El Ciclo del Carbono y el Ciclo del Nitrógeno
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El Ciclo del Carbono
El ciclo del carbono comprende las transformaciones químicas de compuestos que contienen carbono en los intercambios entre biosfera, atmósfera, hidrosfera y litosfera. Es un ciclo biogeoquímico de gran importancia para la regulación del clima de la Tierra, y en él se ven implicadas actividades básicas para el sostenimiento de la vida, debido a que de él depende la producción de materia orgánica, que es el alimento básico y fundamental de todo ser vivo.
Importancia del Carbono
El carbono es un componente esencial para los vegetales y animales. Forma parte de compuestos como: la glucosa, carbohidrato importante para la realización de procesos como: la respiración; también interviene en la fotosíntesis bajo la forma de CO2 (dióxido de carbono) tal como se encuentra en la atmósfera.
El CO2 en la Atmósfera
La reserva fundamental de carbono, en moléculas de CO2 que los seres vivos puedan asimilar, es la atmósfera y la hidrosfera. Este gas está en la atmósfera en una concentración de más del 0,03% y cada año aproximadamente un 5% de estas reservas de CO2 se consumen en los procesos de fotosíntesis, es decir, que todo el dióxido de carbono se renueva en la atmósfera cada 21 años.
Retorno del CO2 a la Atmósfera
La vuelta de CO2 a la atmósfera se produce cuando en la respiración, los seres vivos oxidan los alimentos produciendo CO2. En el conjunto de la biosfera, la mayor parte de la respiración la hacen las raíces de las plantas y los organismos del suelo y no, como podría parecer, los animales más visibles.
Combustión
Los productos finales de la combustión son CO2 y vapor de agua. El equilibrio en la producción y consumo de cada uno de ellos por medio de la fotosíntesis hace posible la vida.
Fotosíntesis
Los vegetales verdes que contienen clorofila toman el CO2 del aire y durante la fotosíntesis liberan oxígeno, además 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 fotosíntesis.
Reposición del CO2
En la medida en que el CO2 es consumido por las plantas, también es remplazado por medio de la respiración de los seres vivos, por la descomposición de la materia orgánica y como producto final de combustión del petróleo, hulla, gasolina, etc.
Participantes en el Ciclo
En el ciclo del carbono participan los seres vivos y muchos fenómenos naturales como los incendios.
Ciclo en Medios Acuáticos
Los seres vivos acuáticos toman el CO2 del agua. La solubilidad de este gas en el agua es muy superior a la que tiene en el aire.
El Ciclo del Nitrógeno
Los organismos emplean el nitrógeno en la síntesis de proteínas, ácidos nucleicos (ADN y ARN) y otras moléculas fundamentales del metabolismo.
Reserva de Nitrógeno
Su reserva fundamental es la atmósfera, en donde se encuentra en forma de N2, pero esta molécula no puede ser utilizada directamente por la mayoría de los seres vivos (exceptuando algunas bacterias).
Fijación del Nitrógeno
Esas bacterias y algas cianofíceas que pueden usar el N2 del aire juegan un papel muy importante en el ciclo de este elemento al hacer la fijación del nitrógeno. De esta forma convierten el N2 en otras formas químicas (nitratos y amonio) asimilables por las plantas.
Asimilación del Nitrógeno
El amonio (NH4+) y el nitrato (NO3-) lo pueden tomar las plantas por las raíces y usarlo en su metabolismo. Usan esos átomos de N para la síntesis de las proteínas y ácidos nucleicos. Los animales obtienen su nitrógeno al comer a las plantas o a otros animales.
Eliminación del Nitrógeno
En el metabolismo de los compuestos nitrogenados en los animales acaba formándose ion amonio que es muy tóxico y debe ser eliminado. Esta eliminación se hace en forma de amoniaco (algunos peces y organismos acuáticos), o en forma de urea (el hombre y otros mamíferos) o en forma de ácido úrico (aves y otros animales de zonas secas). Estos compuestos van a la tierra o al agua de donde pueden tomarlos de nuevo las plantas o ser usados por algunas bacterias.
Transformación del Nitrógeno
Algunas bacterias convierten amoniaco en nitrito y otras transforman este en nitrato. Una de estas bacterias (Rhizobium) se aloja en nódulos de las raíces de las leguminosas (alfalfa, alubia, etc.) y por eso esta clase de plantas son tan interesantes para hacer un abonado natural de los suelos.
Desnitrificación
Donde existe un exceso de materia orgánica en el mantillo, en condiciones anaerobias, hay otras bacterias que producen desnitrificación, convirtiendo los compuestos de N en N2, lo que hace que se pierda de nuevo nitrógeno del ecosistema a la atmósfera.
El Nitrógeno como Factor Limitante
A pesar de este ciclo, el N suele ser uno de los elementos que escasean y que es factor limitante de la productividad de muchos ecosistemas. Tradicionalmente se han abonado los suelos con nitratos para mejorar los rendimientos agrícolas. Durante muchos años se usaron productos naturales ricos en nitrógeno como el guano o el nitrato de Chile. Desde que se consiguió la síntesis artificial de amoniaco por el proceso Haber fue posible fabricar abonos nitrogenados que se emplean actualmente en grandes cantidades en la agricultura. Como veremos su mal uso produce, a veces, problemas de contaminación en las aguas: la eutrofización.