1 El ciclo del carbono

Este ciclo, que es de suma importancia para la regulación del clima de la Tierra, se encuentra dividido en dos fases:

a) Ciclo biológico

En el que la propia biosfera controla los intercambios de este elemento con la atmósfera. Mediante la fotosíntesis el carbono es retenido y mediante la respiración es devuelto. La fotosíntesis moviliza cada año el 5% del CO2 atmosférico, lo que significa que en veinte años lo renueva totalmente.

b) Ciclo biogeoquímico

Propiamente dicho, que controla las transferencias de CO2 entre los demás subsistemas. El carbono se encuentra en la atmósfera formando tres tipos de compuestos: CO2, CO y CH4. Las proporciones de cada uno de ellos son: 358 ppm para el CO2, 0,1 ppm para el CO y 1.6 ppm para el CH4. En la litosfera lo podemos encontrar formando rocas carbonatadas o combustibles fósiles.

– Paso del CO2 de la atmósfera a la litosfera

El CO2 atmosférico se disuelve con facilidad en agua para formar ácido carbónico que ataca a los carbonatos con la producción de iones bicarbonato y calcio. Al llegar al mar, los corales, las algas, moluscos transforman nuevamente el bicarbonato y los iones de calcio en carbonato cálcico para incorporarlo a sus tejidos endureciéndolos. En las rocas carbonatadas, uno de los iones bicarbonato formará parte del esqueleto de organismos marinos, que acabará en los sedimentos tras su muerte. El otro se transformará en CO2, que escapará a la atmósfera.

– Retorno de CO2 a la atmósfera

El enterramiento de algunas rocas carbonatadas acaba produciendo una fusión parcial de dichas rocas. En otros casos estos materiales afloran a la superficie quedando bajo la acción de los agentes de meteorización. El resultado final es la liberación del CO2, que escapa hacia la atmósfera durante las erupciones volcánicas o las reacciones de meteorización química.

– Sumideros fósiles de carbono orgánico

En ciertas ocasiones la materia orgánica de la biosfera puede quedar sepultada fuera del contacto con el O2, por lo que sufre un proceso biológico de fermentación que la transformará en carbón y petróleo que se acumulan en la geosfera. El almacenaje litosférico de CO2 en forma de carbón y petróleo supone una rebaja neta de sus niveles atmosféricos. El retorno a la atmósfera del carbono retenido en estos sumideros se produce por la combustión del carbón y petróleo inducida por el hombre.

2 Ciclo del nitrógeno

Este ciclo, es el más rápido y el más complejo de los que existen en la ecosfera. La atmósfera actúa como sistema de reserva de este elemento, pues está constituida en un 78% por el mismo, gracias a la existencia de los seres vivos, sin embargo, los organismos encuentran gran dificultad para conseguirlo. Los principales componentes nitrogenados atmosféricos son:

  • N2: forma mayoritaria de presentación de este elemento en la atmósfera, es una molécula inerte e inaccesible para casi todos los seres vivos.
  • NH3: procedente de las erupciones volcánicas o de la putrefacción de los organismos vivos.
  • NO, N2O y NO2: compuestos que pueden difundir hacia los otros sistemas terrestres. Proceden del suelo, de las emisiones volcánicas, así como de la oxidación espontánea del N2 durante las tormentas eléctricas. El ser humano ha incrementado dichas emisiones como resultado del abonado excesivo y los procesos de combustión a altas temperaturas, provocadas por el paso de aire por la cámara de combustión de los motores.

El ciclo consta de cuatro procesos: fijación, amonificación, nitrificación y desnitrificación.

Fijación

Aunque la fuente primaria está en la atmósfera, la reserva más accesible es el nitrógeno almacenado en forma orgánica o inorgánica.

– Atmosférica

Cierta cantidad de N atmosférico es fijada abióticamente en forma de óxidos por medio de las descargas eléctricas de las tormentas y las reacciones fotoquímicas, siendo arrastrado por el agua de lluvia con la que puede reaccionar dando ácido nítrico. Al caer al suelo, reacciona con sus componentes, formando los nitratos que las plantas asimilan.

– Biológica

En principio, el nitrógeno constituye un elemento limitante de la producción primaria, tras el fósforo, pero, a diferencia de este último, existen microorganismos capaces de captarlo directamente de la atmósfera. La fijación biológica es de una gran importancia económica, ya que estos microorganismos transforman la forma inerte del nitrógeno en otra aprovechable por las plantas. Todas ellas toman directamente el nitrógeno del aire y lo utilizan para formar sus aminoácidos. El compuesto resultante de la fijación es el amoniaco. Dentro de las bacterias las hay de vida libre, como el género Azotobacter, que viven en el suelo, o las cianobacterias, que forman parte del fitoplancton de las aguas. Otras viven en simbiosis con algunas plantas, como es el caso del género Rhizobium, presente en las raíces de las leguminosas invadiendo sus pelos radicales donde se multiplican formando nódulos, en cuyo interior se realiza la fijación. Dentro de los hongos, destacamos un actinomiceto del género Frankia, que forma nódulos radiculares en ciertos árboles, como el aliso.

Amonificación

Cuando los organismos mueren, el nitrógeno de sus restos orgánicos se convierte en amoniaco. Tras la hidrólisis de las proteínas y ácidos nucleicos para liberar aminoácidos, se producen reacciones de desaminación, que liberan amoniaco, que es la forma que tienen los organismos de excretar el exceso de N. En condiciones anaerobias, las bacterias del género Clostridium producen putrefacciones en las que se libera como producto final el amoniaco.

Nitrificación

El amoniaco puede ser asimilado directamente por las plantas y los microorganismos o ser transformado en nitritos y nitratos por la acción de las bacterias nitrificantes. Entre estas bacterias distinguimos las nitrosantes que oxidan el amoniaco a nitrito y las nitrificantes que oxidan los nitritos a nitratos.

Desnitrificación

En ciertas ocasiones en el suelo se dan condiciones anaerobias en las que actúan las bacterias desnitrificantes. Son un grupo de microorganismos que realizan transformaciones anaerobias del NO3, en N2 que escapa hacia la atmósfera. De esta manera, a partir de los nitratos se forman dos gases: el N2 y el NO2 que se liberan a la atmósfera reduciéndose así la cantidad de nitratos del suelo. Los excrementos de los animales se transforman en ácido úrico o urea que se hidroliza dando amoniaco y CO2 como productos finales.