CICLOS BIOGEOQUÍMICOS

ACTIVIDAD CICLOS BIOGEOQUÍMICOSLa energía toma un curso unidireccional a través de un ecosistema pero muchas sustancias circulan a través del sistema que son requeridos por los sistemas vivos sólo en cantidades muy pequeñas.Se denomina ciclo biogeoquímico al movimiento de cantidades masivas de carbono, nitrógeno, oxígeno, hidrógeno, calcio, sodio, azufre, fósforo, potasio, y otros elementos entre los seres vivos y el ambiente (atmósfera, biomasa y sistemas acuáticos) mediante una serie de procesos de producción y descomposición. En la biosfera la materia es limitada de manera que su reciclaje es un punto clave en el mantenimiento de la vida en la Tierra; de otro modo, los nutrientes se agotarían y la vida desaparecería.

CICLO DEL AGUA

Los movimientos de sustancias inorgánicas se conocen como ciclos biogeoquímicos porque implican componentes geológicos así como biológicos del ecosistema. Los componentes del entorno geológico son: 1) la atmósfera, constituida fundamentalmente por gases, que incluyen el vapor de agua 2) la litosfera, la corteza sólida de la Tierra

3) la hidrosfera, que comprende los océanos, lagos y ríos, que cubren ¾ partes de la superficie terrestre.Los componentes biológicos de los ciclos biogeoquímicos incluyen los productores , consumidores y degradadores . El papel de cada descomponedor puede ser muy especializado.Como resultado de la actividad metabólica de los descomponedores, de los compuestos orgánicos se liberan sustancias inorgánicas al suelo o al agua. Desde el suelo o el agua, estas sustancias son vueltas a incorporar a los tejidos de los productores primarios, pasan a los consumidores y detritívoros y luego son entregadas a los descomponedores, de los cuales entran nuevamente en las plantas, repitiendo el ciclo. Los ciclos biogeoquímicos que estudiaremos en esta unidad son: el ciclo del agua, el ciclo del nitrógeno, el ciclo del carbono y el ciclo del oxígeno.

EL CICLO DEL AGUA vincula la atmósfera, la hidrosfera y la corteza de la Tierra. El agua de la atmósfera se encuentra principalmente en forma de vapor. En tierra, circula tanto por la superficie (arroyos, ríos y lagos) como por los estratos subterráneos (acuíferos). Generalmente, el agua desemboca en el mar.

1. Observe que para que se dé un posible ciclo del agua completo se necesita de:

A. Energía solar, la gravedad, que la regresa a la tierra por precipitaciónB. Energía solar que la evapora, y la gravedad que la regresa a tierra por

precipitación

C. La evaporación por el sol, y la gravedad que regresa el agua de la atmósfera por evaporación a la tierra.

D. Que el agua escorrentía llega a los océanos, donde actúa la energía solar que la evapora, y la gravedad que la regresa a tierra por precipitación

2. Corrientes ascendentes de aire llevan el vapor a las capas superiores de la atmósfera, donde el agua se condensa y forme las nubes. Las corrientes de aire mueven las nubes sobre el globo, las partículas de nube colisionan, crecen y caen en forma de precipitación. Parte de esta precipitación cae en forma de nieve, y se acumula en capas de hielo y en los glaciares, 3. 3. los cuales pueden almacenar agua congelada por millones de años. El factor que influye para que se condense el agua en las nubes es:A. PresiónB. Densidad

C. TemperaturaD. Líquido

4. El agua es un recurso natural, indispensable para todo ser vivo, gracias a los fenómenos como la evaporación y las precipitaciones, entre otros. Este compuesto de H2 y 02, penetra en los seres vivos gracias a uno de estos procesos:A. PrecipitaciónB. Absorción

C. EvaporaciónD. Transpiración

5. ¿Cuál de las etapas del ciclo del agua no se llevaría a cabo por la tala de bosques?

A. La transpiraciónB. La precipitación

C. La evaporaciónD. La absorción

6. ¿En qué capa se desarrolla la vida en nuestro planeta? A) hidrósfera y litósferaB) hidrósferaC) atmósfera, litósfera e hidrósferaD) litósfera

7. "Son organismos autótrofos que utilizan la energía del sol, el agua y el dióxido de carbono para producir sus propios nutrientes" la definición anterior corresponde a:A) consumidores primariosB) descomponedoresC) consumidores secundariosD) productores

8. Para poder producir el ciclo hidrológico se necesita energía. Esta energía proviene del:

A. VientoB. La gravedad solarC. La radiación de la tierraD. La radiación solar

8. ¿qué factor climático influye directamente en el ciclo del agua?A) la nieveB) las corrientes marinasC) la temperaturaD) los vientosE) la lluvia

CICLO DEL CARBONOEl carbono, vital para todos los seres vivos, circula de manera continua en el ecosistema terrestre. En la atmósfera existe en forma de dióxido de carbono, que emplean las plantas en la fotosíntesis. Los animales usan el carbono de las plantas y liberan dióxido de carbono, producto del metabolismo. Aunque parte del carbono desaparece de forma temporal del ciclo en forma de carbón, petróleo, combustibles fósiles, gas y depósitos calizos, la respiración y la fotosíntesis mantienen prácticamente estable la cantidad de carbono atmosférico. La industrialización aporta dióxido de carbono adicional al medio ambiente.

Desde la perspectiva biológica, los eventos claves aquí son la fotosíntesis y respiración como reacciones complementarias. La respiración toma los carbohidratos y el oxígeno y los combina para producir CO2, agua y energía. La fotosíntesis toma el CO2, agua y produce carbohidratos y oxígeno. Estas reacciones son complementarias tanto en sus productos como en lo referente a la cantidad de energía utilizada. 

La fotosíntesis toma la energía del sol y la acumula en las cadenas carbonadas de los carbohidratos; la respiración libera esta energía rompiendo dichas cadenas.

Plantas y animales respiran, pero sólo las plantas (y otros productores como las cianobacterias) pueden realizar fotosíntesis. El reservorio principal de CO2 está en los océanos y en las rocas. El CO2 se disuelve rápidamente en el agua. Una vez en el agua, precipita como roca sólida conocida como carbonato de calcio (calcita). El CO2 convertido en carbohidratos en las plantas tiene tres rutas posibles: puede liberarse a la atmósfera con la respiración, puede ser consumido por animales o es parte de la planta hasta que ésta muere. Animales obtienen todo el carbono de su alimento, así que todo el carbono en el sistema biológico proviene al final de los organismos autótrofos. En los animales, el carbono tiene las mismas tres rutas. Cuando las plantas y animales mueren pueden ocurrir dos hechos: la energía contenida en las  moléculas es utilizada por los descomponedores (bacterias y hongos del suelo) y el carbono es liberado a la atmósfera en forma de CO2 o puede permanecer intacto y finalmente transformarse en combustibles minerales. Los combustibles fósiles al ser utilizados liberan a la atmósfera CO2.

El ser humano ha alterado enormemente este ciclo del carbono, ya que al quemar los combustibles fósiles se han liberado a la atmósfera excesivas cantidades de dióxido de carbono a la atmósfera. Esta condición es la principal responsable del calentamiento global ya que el CO2 presente en grandes cantidades en la atmósfera impide que el calor del sol escape de la tierra al espacio. EL CICLO DEL OXÍGENO Si observamos nuevamente el ciclo del Carbono, notaremos que también describe el ciclo del Oxígeno, ya que estos átomos están frecuentemente combinados. El Oxígeno está presente en el dióxido de carbono, en los carbohidratos y en el agua, como una molécula con dos átomos de hidrógeno. El oxígeno es liberado a la atmósfera por los autótrofos durante la fotosíntesis y tomado por autótrofos y heterótrofos durante la respiración. De hecho, todo el oxígeno de la atmósfera es biogénico; esto significa que fue liberado desde el agua mediante la fotosíntesis de los organismo autótrofos. Les tomó cerca de 2 mil millones de años a los autótrofos (principalmente cianobacterias) para liberar el 21 % de oxígeno de la atmósfera actual; lo que le abrió la puerta a organismos complejos como los animales multicelulares, que necesitan de grandes cantidades de oxígeno para vivir.

Las reservas de carbono se encuentran en la tierra en forma de combustibles fósiles, entrando hacer parte de la economía de un país, además muchos se transforman en gas que entran hacer parte de las redes alimentarias. Analiza la siguiente ilustración y conteste las preguntas 1 a

6. Los principales emisores de gas carbónico a la atmósfera son:

A. Gases de fábricas, respiración de los animales y plantasB. Gases de fábricas, respiración de los animales y combustibles fósilesC. Gases de fábricas, respiración de los animales y fotosíntesisD. Gases de fábricas, minerales de carbón, respiración de los animales y

plantas

7. La reserva de carbono en la atmósfera, está representado por él:

A. BicarbonatoB. CarbonatosC. Gas carbónicoD. Sulfatos

8. La reserva de carbono es:

A. El carbón, el petróleo y el gas naturalB. Las plantasC. El CO2 en la atmósferaD. El metano (CH4) en la atmósfera

9. El fuego destruye reservas forestales, liberando CO2, este pasa por acción del viento:

A. SueloB. AtmósferaC. AguaD. Ríos

CICLO DEL NITRÓGENO

Aunque el reservorio de nitrógeno se encuentra en la atmósfera, donde constituye haste el 78% del aire seco, el movimiento de nitrógeno en el ecosistema es más semejante al de un mineral que al de un gas. Sólo unos pocos microorganismos son capaces de fijar nitrógeno.

Este es posiblemente uno de los ciclos más complicados, ya que el N se encuentra en varias formas y porque los organismos son los responsables de las interconversiones. Recuerden que el N es uno de los constituyentes de los aminoácidos y proteínas del cuerpo. Las proteínas constituyen la piel y los músculos, además de otras estructuras del cuerpo. Todas las enzimas son proteínas, responsables de todas las reacciones químicas del cuerpo. Teniendo esto en cuenta, es fácil notar la importancia del N y su ciclo.

Es de importancia crítica para todos los organismos. Implica varias etapas: la amonificación degradación de los compuestos orgánicos nitrogenados a amoníaco o ion amonio; la nitrificación, oxidación del amoníaco o el amonio a nitratos que son incorporados por las plantas; y la asimilación, conversión de nitratos a amoníaco y su incorporación a compuestos orgánicos. Los compuestos orgánicos que contienen nitrógeno regresan finalmente al suelo o al agua, completándose el ciclo. El nitrógeno perdido por el ecosistema puede ser restituido por la fijación de nitrógeno, que es la incorporación de nitrógeno elemental a compuestos orgánicos.Como ya se dijo el principal reservorio de nitrógeno es la atmósfera, con 78%. Este nitrógeno  gaseoso está compuesto de dos átomos de nitrógeno unidos, el N2 es un gas inerte, y se necesita una gran cantidad de energía para romper esta unión y combinarlo con otros elementos como el carbono y el oxígeno. Esta ruptura puede hacerse por dos mecanismos: las descargas eléctricas y la fijación fotoquímica proveen suficiente energía para romper la unión del nitrógeno  y unirse a tres átomos de Oxígeno para formar nitratos (NO3

-). Este procedimiento es reproducido en las plantas productoras de fertilizantes. La segunda forma de fijación del nitrógeno es llevada a cabo por bacterias quienes usan

enzimas especiales en lugar de la luz solar o las descargas eléctricas. Entre estas bacterias se encuentran las pueden vivir libres en el suelo, aquellas en simbiosis con raíces de ciertas plantas (Leguminosas) y las cianobacterias fotosintéticas (las antiguas "algas verde-azuladas") que viven libres en el agua. Las tres fijan N, tanto como nitratos (NO3

-) o como amonio (NH3). Las plantas toman los nitratos y los convierten en aminoácidos, los cuales pasan a los animales que las consumen. Cuando las plantas y animales mueren (o liberan sus desechos) el nitrógeno  retorna al suelo. La forma más común en que el nitrógeno  regresa al suelo es como amonio. El amonio es tóxico, pero afortunadamente, existen bacterias nitrificantes (Nitrosomonas y Nitrosococcus) que oxidan el amonio a nitritos, con dos oxígenos. Otro tipo de bacteria (Nitrobacter) continúa la oxidación del nitrito (NO2

-) a nitrato (NO3-) el cual es

absorbido por las plantas que completan el ciclo. Existe un tercer grupo de bacterias desnitrificantes (entre ellas Pseudomonas desnitrificans) que convierten nitritos y nitratos en nitrógeno  gaseoso.

10. grupo de organismos que logra fijar el nitrógeno atmosférico en forma que lo puedan usar los demás seres vivos es:

A. PlantasB. InsectosC. Animales herbívorosD. Bacterias

11. Las plantas obtienen sus proteínas, aminoácidos y ácidos nucleicos, al asimilar el N2, que proviene del:

A. Nitrógeno atmosférico obtenido de la fotosíntesis de las plantasB. Simbiosis mutualista entre el animal y la planta, fijando los nitratos,

nitritos, a través de organismos como las bacterias nitrificantes y hongos descomponedores.

C. De nitratos, nitritos y amoniaco donde actúan bacterias nitrificantesD. De nitratos, donde actúan bacterias desnitrificantes y organismos des

componedores.

la función de los hongos y las bacterias en la circulación de la materia y la energía es:A) desintegran los restos de otros seres vivosB) se reproducen rápidamenteC) provocan grandes enfermedades

En el ciclo del Nitrógeno. la amonificación es producida porA) los animales en forma de orinaB) las plantas a través de la asimilación del nitrato presente en el sueloC) algunas bacterias

En el ciclo del Nitrógeno ¿cómo participan los relámpagos?A) en la nitrificaciónB) en la fijaciónC) en la asimilaciónD) en la desnitrificación

20. Diferencia cada una de los ciclos biogeoquímicos, analiza cada uno de los procesos de forma secuencial y explícalos

El ciclo del nitrógeno, es importante en el mantenimiento de la vida, las plantas deben de contar con él, para formar compuestos químicos como son las proteínas, ácidos nucleicos y vitaminas. Pero ni las plantas, ni os animales pueden usarlo directamente. Conteste las preguntas 5 a 7

CICLO DEL FOSFORO

El fósforo es un componente esencial de los organismos. Forma parte de los ácidos nucleicos (ADN y ARN); del ATP y de otras moléculas que tienen PO43- y que almacenan la energía química; de los fosfolípidos que forman las membranas celulares; y de los huesos y dientes de los animales. Está en pequeñas cantidades en las plantas, en proporciones de un 0,2%, aproximadamente. En los animales hasta el 1% de su masa puede ser fósforo.Su reserva fundamental en la naturaleza es la corteza terrestre. Por meteorización de las rocas o sacado por las cenizas volcánicas, queda disponible para que lo puedan tomar las plantas. Con facilidad es arrastrado por las aguas y llega al mar. Parte del que es arrastrado sedimenta al fondo del mar y forma rocas que tardarán millones de años en volver a emerger y liberar de nuevo las sales de fósforo. Otra parte es absorbido por el plancton que, a su vez, es comido por organismos filtradores de plancton, como algunas especies de peces. Cuando estos peces son comidos por aves que tienen sus nidos en tierra, devuelven parte del fósforo en las heces (guano) a tierra.Es el principal factor limitante en los ecosistemas acuáticos y en los lugares en los que las corrientes marinas suben del fondo, arrastrando fósforo del que se ha ido sedimentando, el plancton prolifera en la superficie. Al haber tanto alimento se multiplican los bancos de peces, formándose las grandes pesquerías del Gran Sol, costas occidentales de Africa y América del Sur y otras.Con los compuestos de fósforo que se recogen directamente de los grandes depósitos acumulados en algunos lugares de la tierra se abonan los terrenos de cultivo, a veces en cantidades desmesuradas, originándose

12. Las principales fuentes de fósforo en un ecosistema terrestre, son:

Las mayores reservas de fósforo se encuentran en el suelo y en las rocas sedimentarias. En condiciones naturales, el fósforo gaseoso no existe en cantidades significativas. Analiza la siguiente ilustración y contesta las preguntas 8 y 9

A. Rocas sedimentarias, donde se encuentren enlazado con el oxígeno en forma de fosfato

B. Heces de orina y cadáveres de animales, que eliminan nitratos de fosfatoC. La atmósfera, porque los organismos des componedores toman y lo

incorporan a la raíz de la planta.D. Aves marinas, que eliminan excrementos ricos en fosfato, por el consumo

de peces

13. Se observa que a todos los niveles, se excreta el fosfato (P04) sobrante. A la larga los organismos des componedores regresan el fósforo restante, en los cuerpos muertos al suelo y al agua en forma de una sustancia química llamada:

A. Silicatos, que pueden ser reabsorbidos por sedimento para incorporarse a las rocas

B. Carbonatos, que pueden ser reabsorbidos por los organismos autótrofosC. Nitratos, que pueden ser enlazados por rocas sedimentarias, y

reabsorbidos por los organismos autótrofosD. Fosfatos, que pueden ser reabsorbidos por los organismos autótrofos o

enlazarse con el sedimento y después incorporarse a las rocas

CONTAMINACIÓN DE LOS CICLOS BIOGEOQUÍMICOSEn los ciclos biogeoquímicos también pueden ser captadas sustancias extrañas que, pasando de un organismo a otro, alcanzan concentraciones elevadas cuando se aproximan a la cima de la cadena alimentaria. El DDT es probablemente la sustancia tóxica más conocida cuyos efectos fueron amplificados de esa manera.En el accidente nuclear de Chernobyl (ocurrido en 1986) fue liberado al ambiente una enorme cantidad de material radiactivo. Aunque las consecuencias de este accidente fueron más graves en las áreas próximas a Chernobyl, traspasaron las fronteras de la ex Unión Soviética, afectando finalmente a unos 100 millones de personas en más de 20 países europeos. La nube radiactiva del accidente se

desplazó en dirección noroeste por el viento y, cuando posteriormente llegaron las lluvias, el material radiactivo volvió a caer al suelo. Una parte sustancial de la radiactividad fue depositada en Noruega, un país que no tiene plantas de energía nuclear. Un componente importante de la lluvia radiactiva de Chernobyl fue el cesio 137. A medida que este elemento pasó del agua de lluvia a los líquenes y luego a los renos, su concentración se incrementó a niveles que excedían en mucho a los que se consideraban seguros para el consumo humano. Las concentraciones más elevadas se produjeron en la leche, los músculos y los huesos de los renos, el medio de subsistencia tradicional para los pueblos Sami o Lapones, de Noruega Central y Meridional.Las consecuencias de Chernobyl nos brindan varias lecciones importantes. La primera y más obvia es que la concentración biológica de sustancias es un fenómeno muy real, con consecuencias potencialmente graves, especialmente para los organismos que se encuentran en la cima de la cadena alimentaria, entre los cuales nos incluimos. La segunda lección es que no debemos ser complacientes con las medidas de seguridad relativas al uso de materiales o tecnologías; son posibles tragedias mucho peor que las de Chernobyl. La tercera lección, y tal vez la más importante, es que las consecuencias de nuestros errores no respetan límites internacionales o normativas ambientales locales, independientemente de si fueron bien concebidas o de cuán fielmente se sigan. La humanidad y todos los demás seres vivos estamos interconectados en un único ecosistema global

TALLER No 31. ¿Qué son los ciclos biogeoquímicos?2. Teniendo en cuenta el siguiente texto elabore el ciclo allí mencionado. “Resultado de la actividad metabólica de los descomponedores, de los compuestos orgánicos se liberan sustancias inorgánicas al suelo o al agua. Desde el suelo o el agua, estas sustancias son vueltas a incorporar a los tejidos de los productores primarios, pasan a los consumidores y detritívoros y luego son entregadas a los descomponedores, de los cuales entran nuevamente en las plantas, repitiendo el ciclo”.3. Dibujar y explicar el ciclo del agua y del carbono 4. Explique cada una de las siguientes etapas que se dan en el ciclo del nitrógeno: la

amonificación, la nitrificación, y la asimilación, 5. Teniendo en cuenta el grafico explique.a. La acción de las bacterias nitrificantes y las desnitrificantes.b. Las dos formas de fijar el nitrógeno al suelo

c. Cual es el componente que se encuentra en mayor cantidad en el aire. (Oxígeno, gas carbónico, nitrógeno, vapor de agua)d. Porque las plantas no toman el nitrógeno del aire

RA

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