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7/25/2019 Ciclos_Biogeoqumicos_2.pdf

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Dra. FLOR TERESA GARCA HUAMAN Pgina 1

CICLOS BIOGEOQUIMICOS

Se denominaciclo biogeoqumico al movimiento de cantidades masivas decarbono, nitrgeno, oxgeno, hidrgeno, calcio, sodio, azufre, fsforo, potasio, y otros elementosentre los seres vivos y el ambiente(atmsfera, biomasa y sistemas acuticos) mediante unaserie de procesos de produccin y descomposicin. En la biosferala materia es limitada demanera que su reciclaje es un punto clave en el mantenimiento de la vida en la Tierra; deotro modo, los nutrientes se agotaran y la vida desaparecera.

Un elemento qumicoo molculanecesario para la vidade un organismo, se llama nutrienteo nutrimento. Los organismos vivos necesitan de 30 a 40 elementos qumicos, donde elnmero y tipos de estos elementos vara en cada especie. Los elementos requeridos por losorganismos en grandes cantidades se denominan:

1. Macronutrientes: Carbono,oxgeno, hidrgeno, nitrgeno, fsforo, azufre, calcio, magnesioy potasio. Estos elementos y sus compuestos constituyen el 97% de lamasa del cuerpo humano, y ms de 95% de la masa de todos los organismos.

2. Micronutrientes. Son los 30 ms elementos requeridos en cantidades pequeas(hasta trazas): hierro, cobre, zinc, cloro, yodo

La mayor parte de las sustancias qumicas de la tierra no estn en formas tiles para losorganismos. Pero, los elementos y sus compuestos necesarios como nutrientes, sonreciclados continuamente en formas complejas a travs de las partes vivas y no vivas de la biosfera, y convertidas en formas tiles por una combinacin de procesos biolgicos,geolgicos y qumicos.

El ciclo de los nutrientes desde el biotopo(en la atmsfera, la hidrosferay la corteza de latierra) hasta la biota, y viceversa, tiene lugar en los ciclos biogeoqumicos (debio : vida,geo : en la tierra), ciclos, activados directa o indirectamente por la energa solar, incluyenlos del carbono, oxgeno, nitrgeno, fsforo, azufre y del agua (hidrolgico). As, unasustancia qumica puede ser parte de un organismo en un momento y parte del ambiente delorganismo en otro momento.
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CICLO DEL AGUA

Se pudiera admitir que la cantidad total de agua que existe en la Tierra, en sus tres fases:slida, lquida y gaseosa, se ha mantenido constante desde la aparicin de la Humanidad. Elagua de la Tierra que constituye la hidrsfera se distribuye en tres reservorios principales:Los ocanos, los continentes y la atmsfera, entre los cuales existe una circulacin continuael ciclo del agua o ciclo hidrolgico . El movimiento del agua en el ciclo hidrolgico esmantenido por la energa radiante del sol y por la fuerza de la gravedad.

El ciclo hidrolgico se define como la secuencia de fenmenos por medio de los cuales elagua pasa de la superficie terrestre, en la fase de vapor, a la atmsfera y regresa en sus faseslquida y slida. La transferencia de agua desde la superficie de la Tierra hacia la atmsfera,en forma de vapor de agua, se debe a laevaporacin directa, a la transpiracin por las plantas y animales y por sublimacin (paso directo del agua slida a vapor de agua

La cantidad de agua movida, dentro del ciclo hidrolgico, por el fenmeno de sublimacines insignificante en relacin a las cantidades movidas por evaporacin y por transpiracin,cuyo proceso conjunto se denominaevapotranspiracin .

El vapor de agua es transportado por la circulacin atmosfrica y se condensa luego dehaber recorrido distancias que pueden sobrepasar 1,000 km. El agua condensada da lugar ala formacin de nieblas y nubes y, posteriormente, a precipitacin.

La precipitacin puede ocurrir en la fase lquida (lluvia ) o en la fase slida (nieve ogranizo ). El agua precipitada en la fase slida se presenta con una estructura cristalina, enel caso de la nieve, y con estructura granular, regular en capas, en el caso del granizo.

La precipitacin incluye tambin incluye el agua que pasa de la atmsfera a la superficieterrestre por condensacin del vapor de agua ( roco ) o por congelacin del vapor ( helada ) y por intercepcin de las gotas de agua de las nieblas (nubes que tocan el suelo o el mar).
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El agua que precipita en tierra puede tener varios destinos. Una parte es devueltadirectamente a la atmsfera por evaporacin; otra parte escurre por la superficie del terreno,escorrenta superficial, que se concentra en surcos y va a originar las lneas de agua. Elagua restante se infiltra, esto es penetra en el interior del suelo; esta agua infiltrada puedevolver a la atmsfera por evapotranspiracin o profundizarse hasta alcanzar las capas

freticas.Tanto el escurrimiento superficial como el subterrneo van a alimentar los cursos de aguaque desaguan en lagos y en ocanos.

La escorrenta superficial se presenta siempre que hay precipitacin y termina poco despusde haber terminado la precipitacin. Por otro lado, el escurrimiento subterrneo,especialmente cuando se da a travs de medios porosos, ocurre con gran lentitud y siguealimentando los cursos de agua mucho despus de haber terminado la precipitacin que ledio origen.

As, los cursos de agua alimentados por capas freticas presentan unos caudales msregulares.

Como se dijo arriba, los procesos del ciclo hidrolgico decurren en la atmsfera y en lasuperficie terrestre por lo que se puede admitir dividir el ciclo del agua en dos ramas: areay terrestre.

El agua que precipita sobre los suelos va a repartirse, a su vez, en tres grupos: una que esdevuelta a la atmsfera por evapotranspiracin y dos que producen escurrimientosuperficial y subterrneo. Esta divisin est condicionada por varios factores, unos de ordenclimtico y otros dependientes de las caractersticas fsicas del lugar donde ocurre la precipitacin.

As, la precipitacin, al encontrar una zona impermeable, origina escurrimiento superficialy la evaporacin directa del agua que se acumula y queda en la superficie. Si ocurre en unsuelo permeable, poco espeso y localizado sobre una formacin geolgica impermeable, se produce entonces escurrimiento superficial, evaporacin del agua que permanece en lasuperficie y an evapotranspiracin del agua que fue retenida por la cubierta vegetal. Enambos casos, no hay escurrimiento subterrneo; este ocurre en el caso de una formacingeolgica subyacente permeable y espesa.

La energa solar es la fuente de energa trmica necesaria para el paso del agua desde lasfases lquida y slida a la fase de vapor, y tambin es el origen de las circulacionesatmosfricas que transportan el vapor de agua y mueven las nubes.


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CICLO DEL OXIGENO

La reserva fundamental de oxgeno utilizable por los seres vivos est en la atmsfera. Suciclo est estrechamente vinculado al del carbono pues el proceso por el que el C esasimilado por las plantas (fotosntesis), supone tambin devolucin del oxgeno a laatmsfera, mientras que el proceso de respiracin ocasiona el efecto contrario.

Otra parte del ciclo natural del oxgeno que tiene un notable inters indirecto para los seresvivos de la superficie de la Tierra es su conversin enozono . Las molculas de O2,activadas por las radiaciones muy energticas de onda corta, se rompen en tomos libres deoxgeno que reaccionan con otras molculas de O2, formando O3 (ozono). Esta reaccin esreversible, de forma que el ozono, absorbiendo radiaciones ultravioletas vuelve aconvertirse en O2.

El ciclo del oxgeno es la cadena de reacciones y procesos que describen la circulacin deloxgenoen la biosferaterrestre.

Abundancia en la Tierra

El oxgeno es el elementoms abundante en masa en la corteza terrestrey en los ocanos, yel segundo en la atmsfera.

En la corteza terrestrela mayor parte del oxgeno se encuentra formando parte de silicatosyen los ocanos se encuentra formando por parte de la molcula de agua, H2O.

En la atmsfera se encuentra como oxgeno molecular(O2), dixido de carbono(CO2), y enmenor proporcin en otrasmolculas como monxido de carbono(CO),ozono (O3),dixido de nitrgeno (NO2), monxido de nitrgeno(NO) o dixido de azufre(SO2).

Atmsfera
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El O2 le confiere un carcteroxidantea la atmsfera. Se form porfotlisisde H2O, formndose H2 y O2:

H2O + h 1/2O 2.

El oxgeno molecular presente en la atmsferay el disuelto en el agua interviene en muchasreacciones de los seres vivos. En larespiracin celularse reduce oxgeno para la produccin de energa y generndose dixido de carbono, y en el proceso de fotosntesisseorigina oxgeno y glucosa a partir de agua, dixido de carbono (CO2) y radiacin solar.

Corteza terrestre

El carcter oxidante del oxgeno provoca que algunos elementos estn ms o menosdisponibles. La oxidacin de sulfuros para dar sulfatoslos hace ms solubles, al igual quela oxidacin de iones amonioa nitratos. Asimismo disminuye la solubilidad de algunoselementos metlicos como el hierroal formarse xidosinsolubles.

Hidrsfera y atmsfera qumica bsica estructura ltica

El oxgeno es ligeramente soluble en agua, aumentando su solubilidad con la temperatura.Condiciona las propiedadesrdox de los sistemas acuticos. Oxida materia bioorgnicadando el dixido de carbono y agua.

El dixido de carbono tambin es ligeramente soluble en agua dandocarbonatos; condiciona las propiedades cido-basede los sistemas acuticos. Una parte importante deldixido de carbono atmosfrico es captado por los ocanosquedando en los fondos marinoscomo carbonato de calcio.
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CICLO DEL CARBONOEl ciclo del carbono es el sistema de las transformaciones qumicas de compuestos quecontienencarbonoen los intercambios entre biosfera, atmsfera, hidrosferay litosfera. Esun ciclo biogeoqumico de gran importancia para la regulacin del clima de la Tierra, y enl se ven implicadas actividades bsicas para el sostenimiento de la vida.

El carbono es un componente esencial para los vegetales y animales. Forma parte decompuestos como: la glucosa, carbohidrato importantes para la realizacin de procesoscomo: la respiracin; tambin interviene en la fotosntesis bajo la forma de CO2 (dixido decarbono) tal como se encuentra en la atmsfera.
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La reserva fundamental de carbono, en molculas de CO2 que los seres vivos puedanasimilar, es la atmsferay la hidrosfera. Este gas est en la atmsfera en una concentracinde ms del 0,03% y cada ao aproximadamente un 5% de estas reservas de CO2 seconsumen en los procesos de fotosntesis, es decir que todo el anhdrido carbnico serenueva en la atmsfera cada 20 aos.

La vuelta de CO2 a la atmsfera se hace cuando en la respiracin, los seres vivos oxidanlosalimentos produciendo CO2. En el conjunto de la biosferala mayor parte de la respiracinla hacen las races de las plantasy los organismos del suelo y no, como podra parecer, losanimales ms visibles.

Los productos finales de la combustinson CO2 y vapor de agua. El equilibrio en la produccin y consumo de cada uno de ellos por medio de la fotosntesis hace posible lavida.

Los vegetales verdes que contienen clorofilatoman el CO2 del aire y durante la fotosntesis

liberanoxgeno, adems producen el material nutritivo indispensable para los seres vivos.Como todas las plantas verdes de la tierra ejecutan ese mismo proceso diariamente, no es posible siquiera imaginar la cantidad de CO2 empleada en la fotosntesis.

En la medida de que el CO2 es consumido por las plantas, tambin es remplazado pormedio de la respiracin de los seres vivos, por la descomposicinde la materia orgnicaycomo producto final de combustin del petrleo, hulla, gasolina, etc.

En el ciclo del carbono participan los seres vivos y muchos fenmenos naturales como losincendios.

Los seres vivos acuticos toman el CO2 del agua. La solubilidad de este gas en el agua es

muy superior a la que tiene en el aire.
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CICLO DEL NITROGENO

El ciclo del nitrgeno es cada uno de los procesos biolgicos y abiticosen que se basa elsuministro de este elemento a los seres vivos. Es uno de los ciclos biogeoqumicosimportantes en que se basa el equilibrio dinmico de composicin de la biosfera.

Efectos

Los seres vivos cuentan con una gran proporcin de nitrgeno en su composicin qumica.El nitrgeno oxidado que reciben como nitrato (NO3 ) a grupos amino, reducidos(asimilacin ). Para volver a contar con nitrato hace falta que los descomponedores loextraigan de la biomasa dejndolo en la forma reducida de ion amonio (NH4+), proceso quese llamaamonificacin ; y que luego el amonio sea oxidado a nitrato, proceso llamadonitrificacin .

As parece que se cierra el ciclo biolgico esencial. Pero el amonio y el nitrato sonsustancias extremadamente solubles, que son arrastradas fcilmente por la escorrenta y lainfiltracin, lo que tiende a llevarlas al mar. Al final todo el nitrgeno atmosfrico habraterminado, tras su conversin, disuelto en el mar. Los ocanos seran ricos en nitrgeno, pero los continentes estaran prcticamente desprovistos de l, convertidos en desiertos biolgicos, si no existieran otros dos procesos, mutuamente simtricos, en los que estimplicado el nitrgeno atmosfrico (N2). Se trata de lafijacin de nitrgeno , que originacompuestos solubles a partir del N2, y la desnitrificacin , una forma de respiracinanaerobia que devuelve N2 a la atmsfera. De esta manera se mantiene un importantedepsito de nitrgeno en el aire (donde representa un 78% en volumen).
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Fijacin y asimilacin de nitrgeno

El primer paso en el ciclo es la fijacin (reduccin) del nitrgeno atmosfrico( N2) a formasdistintas susceptibles de incorporarse a la composicin del suelo o de los seres vivos, comoel ion amonio(NH4+) o los iones nitrito (NO2 ) o nitrato (NO3 ) (aunque el amonio puede

ser usado por la mayora de los organismos vivos, las bacteriasdel suelo derivan la energade la oxidacinde dicho compuesto a nitrito y ltimamente a nitrato); y tambin suconversin a sustancias atmosfricas qumicamente activas, como el dixido de nitrgeno(NO2), que reaccionan fcilmente para originar alguna de las anteriores.

Fijacin abitica. La fijacin natural puede ocurrir por procesos qumicosespontneos, como la oxidacin que se produce por la accin de los rayos, queforma xidos de nitrgeno a partir del nitrgeno atmosfrico.

Fijacin biolgica de nitrgeno . Es un fenmeno fundamental que depende de lahabilidad metablica de unos pocos organismos, llamados diaztrofosen relacin aesta habilidad, para tomar N2 y reducirloa nitrgeno orgnico:

N2 + 8H+ + 8e + 16 ATP 2NH 3 + H2 + 16ADP + 16 Pi

La fijacin biolgica la realizan tres grupos de microorganismos diazotrofos:

Bacterias gramnegativas de vida libre en el suelo, de gneroscomo Azotobacter, Klebsiella o el fotosintetizador Rhodospirillum , una bacteria purprea.

Bacteriassimbiticasde algunas plantas, en las que viven de manera generalmenteendo simbiticaen ndulos, principalmente localizados en las races. Hay multitudde especies encuadradas en el gnero Rhizobium , que guardan una relacin muyespecfica con el hospedador, de manera que cada especie alberga la suya, aunque

hay excepciones. Cianobacteriasde vida libre o simbitica. Las cianobacterias de vida libre son muyabundantes en el planctonmarino y son los principales fijadores en el mar. Ademshay casos de simbiosis, como el de la cianobacteria Anabaena en cavidadessubestomticas de helechosacuticos del gnero Azolla , o el de algunas especies de

Nostoc que crecen dentro de antocerosy otras plantas.

La fijacin biolgica depende del complejo enzimtico de la nitrogenasa.

Amonificacin

La amonificacines la conversin a ion amonio del nitrgeno que en la materia vivaaparece principalmente como grupos amino(-NH2) o imino(-NH-). Los animales, que nooxidan el nitrgeno, se deshacen del que tienen en exceso en forma de distintoscompuestos. Los acuticos producen directamente amonaco (NH3), que en disolucin seconvierte en ion amonio. Los terrestres producen urea, (NH2)2CO, que es muy soluble y seconcentra fcilmente en la orina; o compuestos nitrogenados insolubles como la guaninayel cido rico, que son purinas, y sta es la forma comn enaves o en insectosy, engeneral, en animales que no disponen de un suministro garantizado de agua. El nitrgeno
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biolgico que no llega ya como amonio al sustrato, la mayor parte enecosistemascontinentales, es convertido a esa forma por la accin de microorganismosdescomponedores.

CICLO: Algunas bacterias convierten amoniaco en nitrito y otras transforman este en

nitrato. Una de estas bacterias(Rhizobium) se aloja en ndulos de las races de lasleguminosas (alfalfa, alubia, etc.) y por eso esta clase de plantas son tan interesantes parahacer un abonado natural de los suelos.

Donde existe un exceso de materia orgnica en el mantillo, en condiciones anaerobias, hayotras bacterias que producen desnitrificacin, convirtiendo los compuestos de N en N2, loque hace que se pierda de nuevo nitrgeno del ecosistema a la atmsfera.

Nitrificacin

La nitrificacin es la oxidacin biolgica del amonio al nitrato por microorganismos

aerobios que usan el oxgeno molecular (O2) como receptor de electrones , es decir, como oxidante . A estos organismos el proceso les sirve para obtener energa, al modo en que loshetertrofosla consiguen oxidando alimentos orgnicos a travs de la respiracin celular. El C lo consiguen del CO2 atmosfrico, as que son organismos auttrofos. El proceso fuedescubierto porSergi Vinogradskiy en realidad consiste en dos procesos distintos,separados y consecutivos, realizados por organismos diferentes:

Nitritacin . Partiendo de amonio se obtiene nitrito (NO2 ). Lo realizan bacterias de,entre otros, los gneros Nitrosomonas y Nitrosococcus .

Nitratacin . Partiendo de nitrito se produce nitrato (NO3 ). Lo realizan bacteriasdel gnero Nitrobacter .

La combinacin de amonificacin y nitrificacin devuelve a una forma asimilable por las plantas, el nitrgeno que ellas tomaron del suelo y pusieron en circulacin por la cadenatrfica.

Desnitrificacin

La desnitrificacin es la reduccindel ion nitrato (NO3 ), presente en el suelo o el agua, anitrgeno molecular o diatmico (N2) la sustancia ms abundante en la composicin delaire. Por su lugar en el ciclo del nitrgeno este proceso es el opuesto a la fijacin delnitrgeno.

Lo realizan ciertas bacterias hetertrofas, comoPseudomonas fluorescens , para obtenerenerga. El proceso es parte de un metabolismo degradativo de la clase llamada respiracinanaerobia, en la que distintas sustancias, en este caso el nitrato, toman el papel de oxidante(aceptor de electrones) que en la respiracin celular normal o aerobia corresponde aloxgeno (O2). El proceso se produce en condicionesanaerobias por bacterias quenormalmente prefieren utilizar el oxgeno si est disponible.
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El proceso sigue unos pasos en los que el tomo de nitrgeno se encuentra sucesivamente bajo las siguientes formas:

nitrato nitrito xido ntrico xido nitroso nitrgeno molecular

Expresado como reaccin redox: 2NO3- + 10e- + 12H+ N 2 + 6H2O

Como se ha dicho ms arriba, la desnitrificacin es fundamental para que el nitrgenovuelva a la atmsfera, la nica manera de que no termine disuelto ntegramente en losmares, dejando sin nutrientes a la vida continental. Sin l la fijacin de nitrgeno, abitica y bitica, habra terminado por provocar la deplecin (eliminacin) del N2 atmosfrico.

La desnitrificacin es empleada, en los procesos tcnicos de depuracin controlada deaguas residuales, para eliminar el nitrato, cuya presencia favorece la eutrofizacin y reduce

la potabilidad del agua, porque se reduce a nitrito por laflora intestinal, y ste escancergeno.

Reduccin desasimilatoria

Es la respiracin anaerobiadel nitratoy nitritoa la forma gaseosa N2O y a la forma ionamonio. Se produce en estercoleros yturberas donde residen bacterias del gneroCitrobacter sp. Este gnero es tpico de lascoliformes enterofecales , por lo que tambinforma parte de la flora intestinalde mamferos, ya que procesan parte de lalactosaqueingieren. En principio se estudi esta bacteria en las turberas debido a que son productorasde NO2, un gas de efecto invernadero, en la actualidad se realizan estudios de las bateras

enzimticas relacionadas con el retorno de amonio al suelo y su inhibicin en presencia desulfatos.

CICLO DEL AZUFRE:

El azufre forma parte de protenas. Las plantasy otros productores primarioslo obtienen principalmente en su forma de ionsulfato (SO4 -2). Los organismos que ingieren estas plantas lo incorporan a las molculas de protena, y de esta forma pasa a los organismos delnivel trficosuperior. Al morir los organismos, el azufre derivado de sus protenas entra enel ciclo del azufre y llega a transformarse para que las plantas puedan utilizarlos de nuevocomo ion sulfato.

Los intercambios de azufre, principalmente en su forma dedixido de azufre(SO2),realizan entre las comunidades acuticas y terrestres, de una manera y de otra en laatmsfera, en las rocas y en los sedimentos ocenicos, en donde el azufre se encuentraalmacenado. El SO2 atmosfrico se disuelve en el agua de lluvia o se deposita en forma devapor seco. El reciclaje local del azufre, principalmente en forma de ion sulfato, se lleva acabo en ambos casos. Una parte delsulfuro de hidrgeno(H2S), producido durante elreciclaje local del sulfuro, se oxiday se forma SO2.
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CICLO DEL FOSFORO:

El fsforo es un componente esencial de los organismos. Forma parte de loscidosnucleicos (ADN y ARN); delATP y de otras molculas que tienen PO43- y que almacenanla energa qumica; de losfosfolpidos que forman las membranas celulares; y de loshuesos y dientes de los animales. Est en pequeas cantidades en las plantas, en proporciones de un 0,2%, aproximadamente. En los animales hasta el 1% de su masa puedeser fsforo.

Su reserva fundamental en la naturaleza es la corteza terrestre. Por meteorizacin de las

rocas o sacado por las cenizas volcnicas, queda disponible para que lo puedan tomar las plantas. Con facilidad es arrastrado por las aguas y llega al mar. Parte del que es arrastradosedimenta al fondo del mar y forma rocas que tardarn millones de aos en volver aemerger y liberar de nuevo las sales de fsforo.

Otra parte es absorbida por el plancton que, a su vez, es comido por organismos filtradoresde plancton, como algunas especies de peces. Cuando estos peces son comidos por aves quetienen sus nidos en tierra, devuelven parte del fsforo en las heces(guano) a tierra.

Es el principalfactor limitante en los ecosistemas acuticos y en los lugares en los que lascorrientes marinas suben del fondo, arrastrando fsforo del que se ha ido sedimentando, el

plancton prolifera en la superficie. Al haber tanto alimento se multiplican los bancos de peces, formndose las grandes pesqueras del Gran Sol, costas occidentales de frica yAmrica del Sur y otras.

Con los compuestos de fsforo que se recogen directamente de los grandes depsitosacumulados en algunos lugares de la tierra se abonan los terrenos de cultivo, a veces encantidades desmesuradas, originndose problemas de eutrofizacin.
http://www.tecnun.es/asignaturas/Ecologia/Hipertexto/00General/Glosario.html#Guanohttp://www.tecnun.es/asignaturas/Ecologia/Hipertexto/11CAgu/150Eutro.htmhttp://www.google.com.pe/imgres?imgurl=http://www.profesorenlinea.cl/imagenciencias/cicloazufre001.gif&imgrefurl=http://www.profesorenlinea.cl/Ciencias/Ciclo_del_azufre.htm&h=467&w=537&sz=22&tbnid=uIU-IQeHfnD-UM:&tbnh=83&tbnw=96&prev=/search?q=CICLO+DEL+AZUFRE&tbm=isch&tbo=u&zoom=1&q=CICLO+DEL+AZUFRE&docid=aJliw86CmKNdeM&hl=es&sa=X&ei=_K2jTvaNGcyRgQeTiYmdBQ&ved=0CCUQ9QEwAA&dur=2453http://www.tecnun.es/asignaturas/Ecologia/Hipertexto/11CAgu/150Eutro.htmhttp://www.tecnun.es/asignaturas/Ecologia/Hipertexto/00General/Glosario.html#Guano


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