BLOQUE
II: LA BIOSFERA
TEMA
4.-
CIRCULACIÓN DE MATERIA Y ENERGÍA EN LA
BIOSFERA.
1.- INTRODUCCIÓN. DEFINICIONES BÁSICAS.
Biosfera. Es el sistema formado por todos
los seres vivos que habitan en la Tierra. Desde el punto de vista termodinámico
es un sistema abierto, pues intercambia materia y energía con el entorno.
Ecosistema. Es el conjunto de factores
bióticos (seres vivos, comunidad o biocenosis) más los factores abióticos
(componentes físico-químicos) como la luz, la humedad, la temperatura, etc., y las
relaciones que se establecen entre ambos.
Ecosfera. Es el conjunto de todos los
ecosistemas de la Tierra ,
es decir, es el gran ecosistema planetario. La Ecosfera se considera un
sistema cerrado, pues es abierto para la energía (entra energía solar y sale
calor) y cerrado para la materia.
Biomas. Son los diferentes ecosistemas
que hay en la Tierra. Cada bioma posee una flora y una fauna características.
2.- RELACIONES TRÓFICAS.
Las relaciones tróficas representan
la forma de alimentarse de los seres vivos; la manera de transferirse la
materia y la energía. Se representan mediante cadenas tróficas, que
unen mediante flechas cada eslabón o nivel trófico.
2.1.- Niveles
tróficos.
Según la manera de alimentarse, los
seres vivos se clasifican en:
2.1.1.- Productores (1º nivel trófico).
Son los organismos autótrofos,
capaces de sintetizar materia orgánica mediante fotosíntesis (fotosintéticos) o quimiosíntesis (quimiosintéticos).
FOTOSÍNTESIS: CO2 + H2O E. solar materia orgánica + O2.
Son
fotosintéticas algunas bacterias, las algas y las plantas.
QUIMIOSÍNTESIS:
CO2
(u otras sustancias inorgánicas) + H2O Reacciones de materia orgánica oxidación de materia
inorgánica
Son quimiosintéticas algunas
bacterias como las oxidadoras del azufre, que viven junto a volcanes submarinos
que emanan H2S, empleada en lugar del CO2.
La
materia orgánica es posteriormente utilizada y degradada en el proceso de respiración celular hasta convertirla
en energía (mitocondrias) que los animales autótrofos utilizan para sus
procesos vitales y desprenden en forma de calor.
Materia orgánica + 02 CO2 + H2O
+ Energía (una parte queda almacenada en los tejidos y otra parte se libera en
forma de calor)
2.1.2.- Consumidores (2º, 3º y 4º niveles
tróficos).
Son
heterótrofos que utilizan materia orgánica elaborada por los autótrofos de la
que extraen la energía mediante respiración celular.
Hay
dos tipos:
Ø Herbívoros o consumidores primarios. Se
alimentan de los productores. (2º nivel)
Ø Carnívoros o consumidores secundarios. Se
alimentan de los herbívoros. (3º nivel)
Ø Carnívoros finales o superdepredadores. Se
alimentan de los carnívoros (4º nivel)
2.1.3.- Descomponedores.
Son organismos que degradan la
materia orgánica transformándola en sales minerales (materia inorgánica) para
que los productores puedan asimilarla de nuevo. Son heterótrofos y dentro de
ellos existen dos grupos:
Ø Transformadores.
Organismos saprófitos (bacterias y hongos) del suelo que transforman la materia
orgánica en moléculas sencillas tanto orgánicas como inorgánicas.
Ø Mineralizadores “quimiosintéticos”. Son algunas bacterias
que por un lado elaboran materia orgánica, y por otro liberan sales minerales
que fertilizan el suelo.
2.2.- Cadenas y
redes tróficas.
Las cadenas tróficas son las
representaciones de las relaciones tróficas. Son unidireccionales y su sentido
(dirección de la flecha) es el de la transferencia del alimento.
Ej.- roble à ratones à mochuelos à águilas.
Hojas à lombrices à pájaros à culebras.
Fitoplancton
à zooplancton à peces pequeños à peces
más grandes.
Las cadenas terrestres suelen tener
sólo tres eslabones, mientras que las cadenas marinas suelen tener más de tres.
Cuando se interconectan varias
cadenas se forman redes tróficas. En ellas entran los omnívoros, que se alimentan de más de
un nivel trófico; los carroñeros o necrófagos (buitres, chacales) que se
alimentan de cadáveres, y los saprofitos
o detritívoros (lombriz de tierra,
cangrejos), que consumen todo tipo de detritos o restos orgánicos.
3.- CICLO DE LA MATERIA Y FLUJO DE
ENERGÍA.
3.1.- Reciclado
de la materia.
La materia orgánica que cae al suelo
procedente de los distintos niveles tróficos es degradada y transformada en
materia inorgánica (C, H, O, N, S, P, etc.)
por los organismos descomponedores. Esta materia inorgánica, en forma de
sales minerales, vuelve a ser utilizada por los productores para elaborar
materia orgánica. Así, la materia se recicla constantemente y no se pierde.
Decimos que el ciclo de la materia
“tiende” a ser cerrado, porque aunque la mayoría se reutilice, con frecuencia
existen nutrientes que “escapan” de la biosfera, ya sea por gasificación hacia
la atmósfera, por lixiviado o disolución y arrastre en el agua, o por transformación en combustibles fósiles
si quedan encerrados en condiciones anaerobias durante mucho tiempo.
3.2.- Flujo de
la energía.
La energía solar que entra en la
cadena trófica mediante la fotosíntesis se transforma en energía química
contenida en la materia orgánica, forma en la que pasa de unos eslabones a
otros mediante el alimento.
La energía que pasa de uno a otro
nivel no constituye un ciclo cerrado, sino que se trata de un flujo abierto y
su sentido de transferencia es unidireccional. Este flujo va disminuyendo desde
los productores hasta los últimos niveles tróficos, pues hay gastos por
respiración y por desprendimientos de calor tras ser utilizada para realizar
las funciones vitales. Como resultado de esta disminución de energía, el número
de eslabones de la cadena trófica suele ser bastante reducido (5 como máximo).
4.- PARÁMETROS TRÓFICOS.
Son las medidas utilizadas para
evaluar la rentabilidad de cada nivel trófico o del ecosistema completo.
4.1.- Biomasa
(B).
Es la cantidad de peso de la materia
orgánica viva o muerta de cualquier nivel trófico o de cualquier ecosistema.
Para valorarla hay que hacer
referencia a su cantidad por unidad de volumen o área, por lo que se suele
expresar en estas unidades: g C/cm2, kg C/m2, t C/ha,
etc., siendo “C” = materia orgánica.
4.2.- Producción
(P).
Es la cantidad de energía que fluye
por cada nivel trófico, por unidad de área y tiempo. Se mide en g C/cm2
/ día; Kcal /ha /año; también se puede calcular en julios o en vatios (J/s,
V/s), pues 1 cal = 4,9 Julios, y 1 Julio = 0,24 cal.
La producción puede ser:
a) Primaria, que es la energía fijada por
los organismos autótrofos.
b) Secundaria, que es la correspondiente a
los restantes niveles tróficos.
Las producciones pueden ser, a su
vez, brutas y netas.
Ø Producción bruta. Cantidad de energía fijada
por unidad de tiempo. Se expresa como aumento de la biomasa /tiempo. Si nos
referimos a los productores (Producción
Primaria Bruta, PPB), representa el total fotosintetizado por día o por
año. Si se trata de los consumidores, corresponderá a la cantidad de alimento
asimilado del total ingerido.
Ø Producción neta.
Cantidad de energía almacenada en cada nivel
por cada unidad de tiempo. Representa el aumento de la biomasa por unidad de
tiempo, y se obtiene restando de la producción bruta la energía consumida en la
respiración.
Según
la “regla del 10%”, “la energía que pasa de un eslabón a otro
es aproximadamente el 10% de la
acumulada en él”. Como la energía se va perdiendo, ésta es la razón por
la cual el nº de eslabones es muy limitado.
4.3.- Productividad.
Es la relación que existe entre la
producción neta (energía almacenada) y la biomasa (materia orgánica total).
Valora la riqueza de un nivel trófico o del ecosistema. Permite comparar las
producciones o averiguar la velocidad con que se renueva la biomasa, por lo que
también se le llama tasa de renovación.
4.4.- Tiempo de
renovación.
Es el tiempo que tarda en renovarse
la biomasa de un nivel trófico. Se puede medir en días, en años, etc. Se calcula
con la inversa de la productividad.
4.5.- Eficiencia.
Representa el rendimiento de un
nivel trófico o de un ecosistema. Se calcula mediante el cociente
salidas/entradas (producto obtenido/recurso empleado).
Se valora desde distintos puntos de
vista:
Ø La
eficiencia de los productores se calcula mediante la relación energía asimilada (por fotosíntesis) /energía incidente.
Ø Mediante
el cociente Pn/Pb = energía incorporada
en cada nivel trófico/energía total asimilada. Esto nos da información de
la energía que se pierde en la respiración. El nivel más eficiente es el que
pierde menos energía en la respiración.
Ø En los
consumidores, para calcular la eficiencia se aplica la relación Pn /alimento total ingerido (en
ganadería es engorde /alimento ingerido).
La
eficiencia
ecológica es la fracción de la producción neta de un nivel trófico que
se convierte en producción neta en el siguiente nivel, es decir:
Por último, se puede valorar la
eficiencia en función del mayor aprovechamiento energético a partir de la
radiación solar incidente. Desde este punto de vista, es más eficiente una
alimentación a partir del 1º nivel, ya que se aprovecha más la energía y se
podrá alimentar a mayor nº de individuos. Ej.- en el hombre es más eficiente
una alimentación herbívora, pues se desperdicia menor energía cuanto más cerca
se esté del principio de la cadena. Sin embargo es necesario añadir proteínas a
la dieta.
5.- PIRÁMIDES ECOLÓGICAS.
Representan gráficamente las cadenas
tróficas y la pérdida de energía alrededor del 10% que se produce en cada
eslabón. Estas gráficas consisten en una serie de barras horizontales de altura
constante y longitud proporcional al parámetro medido, en forma de pirámide. En
estas gráficas no figuran los descomponedores.
Los parámetros que representan son:
biomasa, energía acumulada o nº de individuos.
5.1.- Pirámides
de energía.
Representa la energía de cada nivel
trófico. Siguen la regla del 10%, por lo que tienen forma de verdadera
pirámide. La unidad básica de medida es el Kilojulio/m2/año.
5.2.- Pirámides
de biomasa.
Representa la biomasa acumulada en
cada nivel. Pueden representar una pirámide real, en la que la biomasa decrece alrededor
de un 10%, o puede haberlas invertidas, en las que un eslabón superior es mayor
que uno inferior.
5.3.- Pirámides
de números.
Se realizan contando los individuos
que constituyen cada uno de los niveles. Pueden ser engañosas si se presentan
invertidas.
6.- FACTORES LIMITANTES DE LA PRODUCCIÓN
PRIMARIA.
La producción primaria es la energía
fijada por los productores que forman la base de las cadenas tróficas.
Una de las mayores preocupaciones es
cómo conseguir las mejoras agrarias para producir más cantidad de alimentos, es
decir, un aumento de la producción primaria por vía fotosintética. Para ello
hay que controlar los factores que la limitan o reducen.
La “Ley del mínimo” dice que
el crecimiento de una especie vegetal se ve limitado por un único elemento que
se encuentra en cantidad inferior a la mínima necesaria y que actúa como factor limitante. Esto quiere decir que
si todos los factores (luz, Tª, humedad) y elementos (P, N, Ca, K, etc.) están
en las cantidades necesarias, excepto uno de ellos, éste será el factor
limitante.
Los factores limitantes de la
producción primaria son: humedad, temperatura, falta de nutrientes,
energías externas y disposición de los pigmentos fotosintéticos.
6.1.- Temperatura
y humedad.
Estos dos factores limitan la
producción primaria en los continentes, aumentando la eficiencia fotosintética
al aumentar ambos parámetros. Pero si la Tª aumenta mucho, la producción
primaria decrece bruscamente debido a la desnaturalización de las enzimas
fotosintéticas, como la rubisco.
La rubisco actúa de manera
distinta dependiendo de la concentración de CO2 y O2.
Si el CO2
está a una concentración de 0,03% y el O2 al 21%, se realiza la fotosíntesis
con normalidad, consumiendo CO2, produciéndose glucosa y
desprendiéndose O2.
Sin
embargo, si la concentración de CO2 desciende por debajo del 0,03%,
se ralentiza la fotosíntesis porque se produce un proceso semejante a la
respiración llamado fotorrespiración, que ocurre simultáneamente a la
fotosíntesis. En la fotorrespiración no se produce glucosa, tan sólo se consume
O2 y se desprende CO2. Este proceso provoca una reducción
en la eficiencia fotosintética entre el 30-50%.
Según
tengan lugar uno o ambos procesos, las plantas terrestres se clasifican en dos
grupos: plantas C3
y plantas C4,
según los átomos de carbono que contenga el primer producto fotosintetizado.
La ruta seguida por cada una de esas
plantas supone una adaptación a las condiciones de humedad y a la eficiencia en
el uso del agua.
6.1.1.- Plantas C3.
Estas plantas (trigo, cebada, soja,
arroz, tomate, algodón, judías, etc.) pierden agua en grandes cantidades por
sus estomas. Esto no les supone un problema cuando hay humedad en el ambiente,
pero en situaciones de sequía, cierran los estomas para no perder tanta agua,
por lo que al realizar la fotosíntesis desciende en su interior el CO2
y aumenta el O2. En esas condiciones da comienzo el proceso de
fotorrespiración, reduciéndose la eficiencia fotosintética, y con ello, la
producción.
6.1.2.- Plantas C4.
Estas plantas (maíz, caña de azúcar,
sorgo, mijo, etc.), aunque el CO2 sea escaso, cuentan con un
mecanismo de bombeo por el que son capaces de incorporarlo en grandes
cantidades procedentes de la atmósfera, acumulándolo en el interior de las
hojas, evitando el proceso de fotorrespiración. Debido a ello, su producción de
materia orgánica es mucho mayor y desde el punto de vista agrario, estas
plantas poseen un mayor interés.
Las plantas C4 que viven
en los desiertos, por ejemplo, los cactus, fijan el CO2 por la
noche, y durante el día cierran estomas y realizan la fotosíntesis a partir del
CO2 que han almacenado.
Si la temperatura es muy baja
durante una época del año, existen mecanismos adaptativos, predominancia de
plantas herbáceas anuales y de plantas que desarrollan estructuras hibernantes
(bulbos, rizomas, tubérculos), y aparecen fotoperíodos o determinadas épocas de
desarrollo de hojas y flores.
6.2.- La falta
de nutrientes.
El CO2 no es un factor limitante, pues existe en todos los
medios. Se ha observado que un aumento de la concentración de CO2
aumenta el rendimiento fotosintético, pero no mucho, pues se necesitan otros
nutrientes.
El P es el factor limitante más importante.
El N es el 2º factor limitante más importante. Cuando falta existen
organismos que lo incorporan de la atmósfera.
6.3.- Energías externas.
Los productores construyen materia
orgánica empleando la energía interna (energía procedente del Sol) y
tomando nutrientes inorgánicos formados por los descomponedores a partir de
materia orgánica muerta. Los productores a veces están muy separados de los
descomponedores, y para que se realice el reciclaje continuo de nutrientes se
necesitan energías externas, de apoyo o auxiliares que comuniquen ambos niveles tróficos.
Estas
energías son de procedencia solar y necesarias para la producción primaria:
mueven el ciclo del agua, originan los vientos y los desplazamientos de
agua, condicionan las variaciones de
temperatura, mueven los nutrientes de unos sistemas a otros, etc.
Ej.-
en los océanos la fotosíntesis se realiza en los primeros 200 metros de
profundidad, mientras que la descomposición de la materia orgánica ocurre en
los fondos marinos, donde se hallan los descomponedores. La enorme distancia
dificulta el retorno y limita la producción primaria. En ciertas zonas, las
corrientes generadas por los aportes de energía externa favorecen afloramientos
en los que el agua del fondo, llena de nutrientes inorgánicos, asciende a la
superficie, pudiendo ser aprovechados por los productores.
Las plataformas costeras son zonas
de elevada productividad, porque el oleaje agita los fondos y además los ríos
arrastran nutrientes. También son productivas las zonas a las que llegan
nutrientes arrastrados por corrientes superficiales marinas.
En los ecosistemas terrestres se
gastan menos energías externas para el reciclaje de nutrientes, pues las
distancias entre las zonas de productores y descomponedores son menores que en
los océanos. Ej.- árboles-suelo, hierbas-suelo.
También
son energías de apoyo o auxiliares las que aporta el hombre en las
explotaciones agrarias para luchar contra los factores limitantes e incrementar
sus cosechas o su producción ganadera: uso de maquinaria para labrar la tierra,
sistemas de riego, instalación de invernaderos contra las bajas Tªs, usos de
plaguicidas, abonos químicos, semillas seleccionadas, etc.
Todas
esas energías implican, directa o indirectamente, el consumo de combustibles
fósiles.
6.4.- La luz y
la disposición de las unidades fotosintéticas.
Salvo en las profundidades
oceánicas, no es muy corriente que la luz limite la producción primaria. Sin
embargo, la estructura del aparato fotosintético de los cloroplastos constituye
un factor limitante.
La luz incide sobre los sistemas de
captación (fotosistemas) presentes en los cloroplastos, y estos pueden hacerse
sobra unos a otros.
Por
otro lado, cada fotosistema posee varios centenares de unidades de captación que
captan la luz y sólo un centro de reacción que transforma
la energía luminosa en energía química.
La
luz aumenta la fotosíntesis hasta un límite; cuando hay mucha luz se produce
una saturación debida a que el centro de reacción se satura y actúa a modo de
embudo, de manera que el sistema fotosintético responde mejor a pequeñas
intensidades de luz (amanecer y atardecer), mientras que las horas centrales
del día producen saturación del mismo.
7.- LOS CICLOS BIOGEOQUÍMICOS.
Son los caminos que recorre la
materia (los distintos elementos químicos), que pasan por la Biosfera (los
distintos niveles tróficos) hacia la atmósfera, la hidrosfera y la litosfera,
para volver de nuevo a la Biosfera.
El tiempo de permanencia de los
elementos en los distintos sistemas es muy variable, denominándose almacén o reserva a aquel lugar donde dicha permanencia es máxima.
En los ciclos biogeoquímicos se hallan
implicados muchos procesos, como el ciclo del agua, el ciclo geológico o de las
rocas, la fotosíntesis, la respiración, etc.
Como son ciclos de materia, tienden
a ser cerrados, pero las actividades humanas provocan la apertura y la
aceleración de estos ciclos, dificultando la sostenibilidad precisa para que
funcionen los ecosistemas.
7.1.- El ciclo
del carbono.
Es un ciclo muy importante para la
regulación del clima en la Tierra. Se divide en dos fases:
a)
Ciclo biológico, en el
que los intercambios se realizan entre el CO2 atmosférico y la biosfera.
Mediante la fotosíntesis, el carbono es retenido en la biosfera y mediante la
respiración es devuelto a la atmósfera. La fotosíntesis moviliza cada año el 5%
del CO2 atmosférico, lo que significa que en 20 años lo renueva por
completo.
b)
Ciclo biogeoquímico, en el
que el CO2 pasa de la atmósfera a la hidrosfera y a la litosfera,
lugares desde donde es devuelto de nuevo a la atmósfera.
Atmósfera
e hidrosfera intercambian CO2 por difusión directa. En la litosfera
se halla formando rocas carbonatadas, silicatos cálcicos o en forma de
combustibles fósiles.
Paso del CO2 de la
atmósfera a la litosfera. El CO2 atmosférico se disuelve
en agua, formando ácido carbónico, que ataca a los carbonatos y silicatos, con
la consiguiente producción de iones (bicarbonato y calcio) y sílice disuelta
según estas reacciones:
En
rocas carbonatadas: CO2 + H2O
+ CaCO3 à Ca2+
+ HCO3-
En
rocas silíceas: 2 CO2 + H2O
+ CaSiO3 à Ca2+
+ 2 HCO3- + SiO2
Al llegar al mar, los animales
transforman de nuevo el bicarbonato y los iones de calcio en carbonato para
incorporarlo a sus tejidos endurecidos:
Ca2+
+ 2 HCO3- à CaCO3
+ CO2 + H2O
En
las rocas carbonatadas, uno de los bicarbonatos formará parte del esqueleto
cálcico de los organismos marinos, acabando en los sedimentos tras su muerte.
El otro bicarbonato se transformará en CO2, que escapará hacia la
atmósfera.
Las
rocas silíceas, que requieren dos moléculas de CO2 para formar dos
bicarbonatos, sólo devuelven a la atmósfera una de ellas, actuando como
sumideros de CO2.
Retorno de CO2 de la
litosfera a la atmósfera. Cuando las rocas carbonatadas sufren
enterramientos, por efecto de la presión y la temperatura dichas rocas pueden
experimentar una fusión parcial, con lo cual el CO2 que contienen queda
libre, escapando hacia la atmósfera durante las erupciones volcánicas.
CaCO3
+ SiO2 à CaSiO3
+ CO2
Sumideros fósiles. A veces
la materia orgánica de la biosfera puede quedar sepultada, manteniéndose fuera
del contacto con el O2, por lo que sufrirá procesos de fermentación
que la transformará en carbón o petróleo, que pasan a formar parte de la
geosfera. Este almacenamiento de CO2 en forma de combustibles
fósiles supone una rebaja en sus niveles atmosféricos.
7.2.- El ciclo
del fósforo.
El fósforo se encuentra
mayoritariamente inmovilizado en los sedimentos oceánicos, formando parte de la
litosfera. Su proceso de liberación está asociado al ciclo geológico, por lo
que es muy lento; este es el motivo de que el fósforo sea un factor limitante de la producción
primaria y un recurso no renovable.
El fósforo es importante porque forma
parte de las biomoléculas (ácidos nucleicos) y de los caparazones y esqueletos
de animales.
Los iones PO43-
son liberados de las rocas fosfatadas y de las cenizas volcánicas y
transportados en su forma insoluble por las aguas continentales. Muchos
quedarán en el suelo y serán incorporados por los productores, pasando por los
distintos niveles tróficos.
El
resto llegará hasta los lagos o el mar, donde precipitarán para formar las rocas fosfatadas. Los restos de
animales y plantas muertos también son arrastrados por lavado al mar, sumándose
ese porcentaje de fósforo.
Hay que señalar que una parte de los
iones fosfato se recuperan para los ecosistemas terrestres a partir del guano, materia resultante de la
acumulación de excrementos y cadáveres de aves marinas, empleado como abono.
La permanencia del fósforo en los
ecosistemas terrestres (de 100 a 10.000 años) es mucho mayor que en los
ecosistemas marinos (de 1 a 10 años).
7.3.- El ciclo
del nitrógeno.
El nitrógeno es un elemento químico
esencial para los organismos vivos; forma parte de los aminoácidos, de las
proteínas y de las bases nitrogenadas de los ácidos nucleicos.
Es
un elemento muy abundante en la atmósfera (78%), siendo entonces ésta su mayor
reserva. Aunque gracias a esta abundancia el nitrógeno no presenta problemas de
suministro, los seres vivos no pueden absorberlo en la forma molecular en que
se halla en la atmósfera (N2), por lo que debe ser transformado en
iones absorbibles por éstos.
La transformación del nitrógeno
molecular (N2) en los iones puede hacerse de dos maneras: una
abiótica, sin la intervención de los seres vivos, y otra biótica, con ayuda de
microorganismos, algunos de vida libre y otros simbióticos.
En general, el ciclo del nitrógeno
en la Naturaleza consta de 4 procesos:
a)
Fijación. Se hace
desde diferentes fuentes: la inorgánica
(desde la fracción atmosférica de nitrógeno o desde los nitratos, los nitritos
o el amoníaco) y la orgánica
(desde las proteínas, la urea o los ácidos nucleicos de los seres vivos). Una
parte del nitrógeno atmosférico se fija con el oxígeno en forma de óxidos,
mediante reacciones fotoquímicas y gracias a la energía aportada por las
descargas eléctricas de las tormentas. Las precipitaciones arrastran ese
nitrógeno al suelo en forma de amoníaco (NH3).
Sin
embargo, la mayor fijación del N2 tiene lugar mediante procesos
biológicos realizados por microorganismos, unos de vida libre y otros
simbióticos; en el primer caso, se pueden citar algunas cianobacterias,
bacterias aerobias como Azotobacter
y anaerobias como Clostridium.
Todas toman el N2 del aire y lo fijan para formar sus aminoácidos.
El compuesto esencial en este proceso es el amoníaco (NH3). En el segundo
caso, se puede citar a Rhizobium,
microorganismo que suele asociarse simbióticamente formando nódulos en los
pelos radicales de especies como los tréboles, guisantes o judías.
b)
Amonificación. Es un
proceso de transformación del nitrógeno de moléculas orgánicas en amoníaco (NH3).
Las proteínas y los ácidos nucleicos, por ejemplo, se degradan por hidrólisis
en sus aminoácidos y bases nitrogenadas, y por desaminación dan lugar al NH3.
En otras ocasiones, las bacterias anaerobias, como Clostridium, liberan el nitrógeno de los aminoácidos en
forma de aminas, que posteriormente son oxidadas por otras bacterias para
obtener NH3.
c)
Nitrificación. El NH3
puede ser absorbido directamente por los microorganismos y las plantas o ser
transformado en nitratos por acción de bacterias nitrificantes. En ese proceso
intervienen las bacterias nitrosantes,
que oxidan el NH3 a nitritos (NO2-), y las nitrificantes, que oxidan los nitritos
a nitratos (NO3-). Los nitratos formados con los cationes
del suelo (Na+ y K+), una vez disueltos en el agua, son
absorbidos directamente por las plantas.
d)
Desnitrificación. Es la
degradación de los nitratos a nitritos y, de estos, a NH3 y N2
gracias a la capacidad que tienen ciertas bacterias anaerobias de utilizar
nitratos en la respiración en lugar de oxígeno. Este proceso da lugar a un
empobrecimiento en nitrógeno del suelo, pues sale del ecosistema terrestre y
pasa a la atmósfera.
La
industria y el transporte, a través de la quema de combustibles fósiles,
incrementan la concentración de los derivados del nitrógeno en combinación con
el oxígeno y la presencia de los iones correspondientes. En estas condiciones
es previsible que las asociaciones simbióticas encargadas de la fijación del
nitrógeno, la amonificación y la nitrificación no tengan razón de ser, y se
incrementen los procesos de desnitrificación que, como se ha contado
anteriormente, favorecen la degradación de los nitratos a nitritos y de éstos a
NH3 y a N2.
7.4.- El ciclo
del azufre.
Este elemento se encuentra
mayoritariamente almacenado en la hidrosfera en forma de sulfato (SO42-).
El ciclo de transferencia tierra-océano es muy lento.
Los sulfatos, en general, son
abundantes en los suelos, pues aunque se pierdan por lixiviado, son repuestos
por la lluvia de forma natural.
Las plantas, bacterias y hongos son
capaces de incorporarlos directamente en forma de SO42-
para reducirlos primero a SO3 y luego a H2S, utilizable
en la fotosíntesis.
Los seres vivos, al morir, liberan H2S
a la atmósfera y a otros sistemas.
Durante la evaporación de lagos y
mares poco profundos, el SO42- se deposita formando yesos
y otras rocas evaporitas. En los océanos profundos y lugares pantanosos, en
ausencia de O2, el sulfato es reducido a H2S gracias a la
actuación de bacterias sulfatorreductoras. Este H2S puede seguir dos
caminos:
a)
Uno descendente, combinándose con Fe y
precipitando en forma de piritas. Este sulfuro será liberado a la atmósfera por
erupciones volcánicas o mediante quema de combustibles fósiles.
b)
Otro ascendente, hasta alcanzar lugares
oxigenados, donde se oxida de nuevo a SO42- mediante
procesos foto o quimiosintéticos.
El
paso de H2S del océano a la atmósfera lo llevan a cabo unas algas
especiales llamadas DMS. Al morir dichas algas, el dimetilsulfuro que contienen
se disipa hacia la atmósfera, donde reacciona para formar ácido sulfúrico, que
se concentrará junto con el vapor de agua atmosférico y caerá a la tierra en
forma de lluvias, devolviendo el azufre al mar. Así se cierra el ciclo.
