Ciclos del azufre, fósforo y nitrógeno
Después de un aguacero fuerte en una zona piñera de San Carlos, el agua de la quebrada baja turbia y, semanas después, aparece cubierta de una capa verde y con peces muertos. Nadie echó veneno. ¿Qué pasó? La respuesta está en cómo circulan el nitrógeno, el fósforo y el azufre, y en lo que ocurre cuando los seres humanos aceleran esos ciclos.
La materia circula: reservorios y ciclos
La energía del Sol entra al ecosistema, pasa de un nivel trófico a otro y se pierde como calor: su flujo es unidireccional. Los elementos químicos, en cambio, circulan en ciclos: los átomos de nitrógeno, fósforo o azufre que hoy forman parte de un frijol pueden haber sido parte de una roca, del aire o de otro organismo.
En cada ciclo biogeoquímico hay:
-
Reservorios (depósitos): lugares donde el elemento se almacena por mucho tiempo (atmósfera, rocas, sedimentos, océanos).
-
Procesos biológicos: absorción por las plantas, consumo, excreción y descomposición por los desintegradores.
-
Procesos geológicos y físicos: erupciones, erosión, lluvia, sedimentación.
-
Orígenes natural y antropogénico (causado por el ser humano) de los aportes.
| Elemento | Reservorio principal | ¿Fase gaseosa importante? |
|---|---|---|
| Nitrógeno (N) | Atmósfera (N₂, cerca del 78 % del aire) | Sí |
| Fósforo (P) | Rocas y sedimentos (ciclo sedimentario) | No |
| Azufre (S) | Rocas, sedimentos y océanos; también la atmósfera (SO₂) | Sí, en menor grado |
Un detalle clave: aunque el aire está lleno de N₂, casi ningún ser vivo puede usarlo así. Las plantas absorben el nitrógeno como iones nitrato (NO₃⁻) o amonio. Por eso el nitrógeno del aire es abundante, pero poco «disponible».
Mencione el principal reservorio de cada uno de estos elementos: nitrógeno, fósforo y azufre. Indique además si el reservorio del fósforo es principalmente atmosférico o…
Mencione el principal reservorio de cada uno de estos elementos: nitrógeno, fósforo y azufre. Indique además si el reservorio del fósforo es principalmente atmosférico o terrestre (rocas y sedimentos).
El ciclo del nitrógeno
Las proteínas y el ADN contienen nitrógeno, así que todos los seres vivos lo necesitan. Tres grupos de procesos, casi todos hechos por bacterias, lo hacen circular (más la amonificación y la absorción, que se explican después de la tabla):
| Proceso | Bacterias | Reciben | Producen |
|---|---|---|---|
| Fijación | Fijadoras (en los nódulos de raíces de frijol y otras leguminosas, o libres en el suelo) | N₂ del aire | Amonio (NH₄⁺) |
| Nitrificación | Nitrificantes del suelo | Amonio | Nitrito y luego nitrato (NO₃⁻) |
| Desnitrificación | Desnitrificantes (suelos mojados, sin oxígeno) | Nitrato | N₂ que regresa a la atmósfera |
Además, los desintegradores transforman el nitrógeno de restos y excretas en amonio (amonificación), y las plantas absorben nitrato y amonio para fabricar proteínas.
¿Por qué los frijoles enriquecen el suelo? Sus nódulos albergan bacterias fijadoras que les dan amonio a cambio de azúcares: una relación de mutualismo. Cuando la planta o sus restos se descomponen, ese nitrógeno queda disponible para el siguiente cultivo.
El nitrato es muy soluble en agua. Si hay mucho y llueve fuerte, el agua lo arrastra hacia abajo (lixiviación) hacia el agua subterránea o hacia las quebradas. En los océanos, el nitrógeno disponible suele ser el nutriente limitante.
Explique qué función cumplen en el ciclo del nitrógeno los siguientes grupos de bacterias: a) bacterias fijadoras de nitrógeno, como las que viven en los nódulos de las…
Explique qué función cumplen en el ciclo del nitrógeno los siguientes grupos de bacterias:
- a) bacterias fijadoras de nitrógeno, como las que viven en los nódulos de las raíces de los frijoles;
- b) bacterias nitrificantes;
- c) bacterias desnitrificantes.
Para cada grupo indique qué sustancia reciben y cuál producen.
Una finca agrícola de Guanacaste cultiva arroz y decide sustituir parte del fertilizante nitrogenado por la siembra de leguminosas entre ciclos de cultivo. Argumente,…
Una finca agrícola de Guanacaste cultiva arroz y decide sustituir parte del fertilizante nitrogenado por la siembra de leguminosas entre ciclos de cultivo. Argumente, usando el ciclo del nitrógeno, por qué esta práctica puede reducir la contaminación del agua subterránea y de las quebradas. Considere en su análisis los procesos de fijación, nitrificación, lixiviación y desnitrificación, e indique una posible desventaja o limitación de la práctica.
El ciclo del fósforo
El fósforo forma parte del ADN, del ATP y de los huesos y dientes. Su ciclo es sedimentario: casi no tiene fase gaseosa.
-
La lluvia y la erosión desgastan las rocas y liberan fosfatos (PO₄³⁻) al suelo y al agua.
-
Las plantas absorben los fosfatos y los animales los obtienen al comer.
-
Los desintegradores devuelven fosfatos al suelo y al agua cuando los organismos mueren o excretan.
-
Parte del fósforo es arrastrada a ríos y mares, se hunde y se acumula en sedimentos. Pasan millones de años hasta que esas rocas se elevan y se erosionan otra vez.
Como el aire no repone fósforo, en muchos ecosistemas acuáticos es el nutriente limitante: el que, por ser el más escaso, frena el crecimiento de algas y plantas. Si se añade fósforo, la productividad se dispara.
Los seres humanos lo aceleramos con fertilizantes, aguas residuales y detergentes con fosfatos. Una parte queda retenida en los sedimentos del fondo y se libera lentamente, por eso un lago contaminado tarda años en recuperarse aunque se detengan los vertidos.
A diferencia del nitrógeno, el ciclo del fósforo no tiene una fase gaseosa importante. Analice las consecuencias de este hecho: explique por qué el fósforo suele ser el…
A diferencia del nitrógeno, el ciclo del fósforo no tiene una fase gaseosa importante. Analice las consecuencias de este hecho: explique por qué el fósforo suele ser el nutriente limitante en muchos ecosistemas acuáticos, cómo el uso de detergentes con fosfatos y de fertilizantes puede alterar esa condición y por qué la recuperación de un lago eutrofizado puede tardar muchos años aun cuando se detengan los vertidos. Proponga dos medidas para reducir el aporte de fósforo a las cuencas.
Eutrofización: cuando sobran nutrimentos
Eutrofización es el enriquecimiento excesivo de un cuerpo de agua con nutrimentos (sobre todo fósforo y nitrógeno), que provoca un crecimiento descontrolado de algas y la caída del oxígeno disuelto.
La secuencia es una cadena de causas:
-
Aporte: fertilizantes, detergentes y aguas residuales llegan al río o laguna por escorrentía, sobre todo con lluvias fuertes.
-
Floración de algas: con nutrimentos de sobra, algas y cianobacterias se multiplican y cubren la superficie.
-
Falta de luz: las plantas sumergidas no reciben luz y mueren.
-
Muerte masiva: las algas viven poco y mueren en gran cantidad.
-
Descomposición: bacterias aerobias descomponen toda esa materia orgánica y consumen el oxígeno disuelto.
-
Mortandad: los peces y otros animales mueren por falta de oxígeno; quedan solo organismos tolerantes y aguas turbias y malolientes.
Prevenir es más barato que recuperar: franjas de vegetación junto a las quebradas, dosis de fertilizante ajustadas al cultivo, tratamiento de aguas residuales y detergentes sin fosfatos.
Defina el término «eutrofización» y mencione el nutriente que con mayor frecuencia la provoca en lagos y ríos.
Defina el término «eutrofización» y mencione el nutriente que con mayor frecuencia la provoca en lagos y ríos.
En una zona piñera de San Carlos se aplican fertilizantes ricos en nitrógeno y fósforo. Después de fuertes lluvias, parte de estos nutrientes llega a un río. Describa,…
En una zona piñera de San Carlos se aplican fertilizantes ricos en nitrógeno y fósforo. Después de fuertes lluvias, parte de estos nutrientes llega a un río. Describa, en orden, los pasos que conducen a la eutrofización de un cuerpo de agua cercano y explique por qué disminuye el oxígeno disuelto y mueren los peces.
El ciclo del azufre y la lluvia ácida
El azufre forma parte de algunos aminoácidos y proteínas. Sus reservorios son las rocas, los sedimentos y los océanos, y llega a la atmósfera sobre todo como dióxido de azufre (SO₂).
| Origen | Ejemplos |
|---|---|
| Natural | Erupciones y emanaciones volcánicas (volcán Poás, Rincón de la Vieja), descomposición de materia orgánica, espuma del mar |
| Antropogénico | Quema de combustibles fósiles con azufre (diésel, búnker) en carros e industrias, fundición de minerales, quema de carbón |
En el aire, el SO₂ reacciona con el agua y el oxígeno y forma ácido sulfúrico. Al caer con la lluvia, la neblina o el rocío se llama lluvia ácida: acidifica suelos y aguas, daña las hojas, arrastra nutrimentos del suelo, puede liberar metales tóxicos y afecta la vida acuática. Un bosque nuboso como el de Monteverde, bañado casi todo el año por neblina, es especialmente vulnerable porque su vegetación está en contacto constante con agua ácida.
Los sulfatos que caen al suelo sí pueden ser absorbidos por las plantas, y así el azufre vuelve a entrar en las cadenas tróficas.
Cerca del volcán Poás, las emisiones de gases volcánicos aportan dióxido de azufre a la atmósfera. Explique brevemente cómo este gas puede originar lluvia ácida y…
Cerca del volcán Poás, las emisiones de gases volcánicos aportan dióxido de azufre a la atmósfera. Explique brevemente cómo este gas puede originar lluvia ácida y mencione una actividad humana que también produzca este contaminante.
Compare el origen natural y el origen antropogénico de los compuestos de azufre que llegan a la atmósfera. Dé al menos dos ejemplos de cada origen y explique qué efecto…
Compare el origen natural y el origen antropogénico de los compuestos de azufre que llegan a la atmósfera. Dé al menos dos ejemplos de cada origen y explique qué efecto puede tener la lluvia ácida sobre un bosque nuboso como el de Monteverde.
Resumen
Vuelva al principio: la quebrada verde de San Carlos se debía a un exceso de nitrógeno y fósforo de los fertilizantes, que provocó eutrofización y la muerte de los peces por falta de oxígeno.