Los ciclos de la materia
El carbono que exhalás hoy pudo haber formado parte, hace millones de años, de un helecho gigante o de un animal extinto, o hace pocos años de un maquilishuat del bosque de Montecristo. A diferencia de la energía, que se disipa como calor y no vuelve, los átomos de la materia no se destruyen: pasan de los seres vivos a la atmósfera, al agua o a las rocas, y regresan una y otra vez. Esos recorridos se llaman ciclos biogeoquímicos.
Reservorios, flujos y tipos de ciclo
Un roble del bosque nuboso de Montecristo acumula carbono en su tronco. Si el árbol arde o se descompone, esa masa desaparece de la vista, pero los átomos siguen existiendo. ¿Dónde se almacena la materia del planeta y cómo viaja de un lugar a otro?
Explicá la diferencia entre un ciclo biogeoquímico gaseoso y uno sedimentario, y clasificá en uno de los dos tipos los ciclos del carbono, del nitrógeno y del fósforo,…
Explicá la diferencia entre un ciclo biogeoquímico gaseoso y uno sedimentario, y clasificá en uno de los dos tipos los ciclos del carbono, del nitrógeno y del fósforo, justificando tu elección.
Definí reservorio y flujo en un ciclo biogeoquímico, e identificá un reservorio y un flujo concretos en el ciclo del carbono, explicando qué proceso mantiene ese flujo.
Definí reservorio y flujo en un ciclo biogeoquímico, e identificá un reservorio y un flujo concretos en el ciclo del carbono, explicando qué proceso mantiene ese flujo.
Los descomponedores: el motor del reciclaje
Una hoja de roble cae al suelo del bosque de El Imposible y en pocas semanas casi desaparece. ¿Adónde va?
Los productores solo pueden usar nutrientes inorgánicos. Sin descomponedores, los nutrientes quedarían encerrados en materia muerta, el suelo se agotaría y los ciclos se detendrían, aunque hubiera luz y agua para los productores.
Explicá qué es la descomposición de la materia orgánica, qué grupos de organismos la llevan a cabo y por qué los ciclos de la materia se detendrían sin ellos aunque…
Explicá qué es la descomposición de la materia orgánica, qué grupos de organismos la llevan a cabo y por qué los ciclos de la materia se detendrían sin ellos aunque siguiera habiendo productores.
El ciclo del agua
El Sol calienta el océano Pacífico, el agua sube y días después llueve sobre el volcán de Santa Ana. ¿Qué mueve el agua por el planeta?
El agua se relaciona con los otros ciclos: el Sol la mueve y a la vez impulsa la fotosíntesis. El agua es reactivo de la fotosíntesis y producto de la respiración. Además, la escorrentía arrastra nutrientes (N y P) hacia ríos y lagunas.
Explicá cómo la deforestación de una cuenca tropical altera a la vez el ciclo del carbono y el ciclo del agua: qué ocurre con el carbono almacenado en la biomasa, con la…
Explicá cómo la deforestación de una cuenca tropical altera a la vez el ciclo del carbono y el ciclo del agua: qué ocurre con el carbono almacenado en la biomasa, con la evapotranspiración, con las lluvias de la región y con la escorrentía.
El ciclo del carbono
Los océanos también son parte del ciclo: el $\text{CO}_2$ se disuelve en el agua y el fitoplancton lo fija por fotosíntesis. Parte de ese carbono baja al fondo en forma de restos y conchas. Por eso los océanos actúan como una esponja del $\text{CO}_2$ atmosférico.
Escribí las ecuaciones químicas globales de la fotosíntesis y de la respiración celular aeróbica, y explicá qué papel juegan ambos procesos, en sentidos opuestos, dentro…
Escribí las ecuaciones químicas globales de la fotosíntesis y de la respiración celular aeróbica, y explicá qué papel juegan ambos procesos, en sentidos opuestos, dentro del ciclo del carbono.
Explicá qué papel juega el fitoplancton en el ciclo del carbono oceánico y por qué se dice que los océanos actúan como una esponja del $\text{CO}2$ atmosférico.
Explicá qué papel juega el fitoplancton en el ciclo del carbono oceánico y por qué se dice que los océanos actúan como una esponja del $\text{CO}_2$ atmosférico.
La combustión de la gasolina y la respiración celular liberan $\text{CO}2$. Explicá qué tienen en común químicamente ambos procesos, en qué se diferencian y por qué solo…
La combustión de la gasolina y la respiración celular liberan $\text{CO}_2$. Explicá qué tienen en común químicamente ambos procesos, en qué se diferencian y por qué solo uno de ellos ha formado parte del ciclo natural del carbono durante millones de años.
El esquema representa los principales reservorios y flujos del ciclo del carbono. Nombrá los procesos señalados con las letras a, b y c, indicá qué proceso corresponde a…
El esquema representa los principales reservorios y flujos del ciclo del carbono. Nombrá los procesos señalados con las letras a, b y c, indicá qué proceso corresponde a la flecha marcada con «?» y explicá cómo altera ese flujo el equilibrio del ciclo.
El carbono en acción: del aire a tu cuerpo
El metano ($\text{CH}_4$) es otra forma del carbono. Lo producen microorganismos anaerobios (arqueobacterias metanógenas) en el estómago de las vacas, los arrozales inundados y los botaderos. Aunque su cantidad es mucho menor que la del $\text{CO}_2$, retiene muchísimo más calor por molécula, así que su efecto invernadero es mayor.
La deforestación altera a la vez varios ciclos. Al talar, el carbono de la biomasa pasa a la atmósfera como $\text{CO}_2$ (si se quema o se descompone). Sin árboles baja la evapotranspiración, llueve menos en la región y aumenta la escorrentía, que arrastra el suelo.
Describí el recorrido posible de un átomo de carbono desde que forma parte del $\text{CO}2$ atmosférico hasta incorporarse a un músculo de tu cuerpo y volver a la…
Describí el recorrido posible de un átomo de carbono desde que forma parte del $\text{CO}_2$ atmosférico hasta incorporarse a un músculo de tu cuerpo y volver a la atmósfera, nombrando el proceso biológico de cada salto (fotosíntesis, alimentación, respiración...).
Un bosque maduro fija $10\ \text{t}$ de $\text{CO}2$ por hectárea y año, pero sus árboles y descomponedores liberan $9.5\ \text{t}$ por respiración en el mismo periodo.…
Un bosque maduro fija $10\ \text{t}$ de $\text{CO}_2$ por hectárea y año, pero sus árboles y descomponedores liberan $9.5\ \text{t}$ por respiración en el mismo periodo. Calculá el secuestro neto anual de carbono del bosque y explicá por qué un bosque joven en crecimiento secuestra mucho más que uno maduro aunque fije menos $\text{CO}_2$ en total.
El ganado vacuno emite metano ($\text{CH}4$) durante la digestión. Explicá qué proceso anaeróbico lo produce, en qué ciclo de la materia se encuadra y por qué preocupa…
El ganado vacuno emite metano ($\text{CH}_4$) durante la digestión. Explicá qué proceso anaeróbico lo produce, en qué ciclo de la materia se encuadra y por qué preocupa su emisión aunque sea mucho menor en cantidad que la de $\text{CO}_2$ (comparà su potencial de efecto invernadero).
El ciclo del nitrógeno
El aire que respirás contiene un $78\ \%$ de nitrógeno, y sin embargo muchas milpas amarillean si no se les echa abono. ¿Por qué un elemento tan abundante en la atmósfera resulta inaccesible para las plantas y cómo logran incorporarlo?
Describí el papel de las bacterias fijadoras de nitrógeno y de las bacterias nitrificantes, indicando qué transformación química realiza cada grupo y por qué resultan…
Describí el papel de las bacterias fijadoras de nitrógeno y de las bacterias nitrificantes, indicando qué transformación química realiza cada grupo y por qué resultan imprescindibles para la nutrición de las plantas.
Nombrá las principales formas químicas que adopta el nitrógeno a lo largo de su ciclo ($\text{N}2$ atmosférico, amonio, nitrito, nitrato y materia orgánica) y explicá…
Nombrá las principales formas químicas que adopta el nitrógeno a lo largo de su ciclo ($\text{N}_2$ atmosférico, amonio, nitrito, nitrato y materia orgánica) y explicá por qué la mayoría de las plantas no pueden aprovechar directamente el $\text{N}_2$ del aire.
Ordená las siguientes etapas del ciclo del nitrógeno tal como se suceden en un ecosistema y describí brevemente en qué consiste cada una: nitrificación, fijación,…
Ordená las siguientes etapas del ciclo del nitrógeno tal como se suceden en un ecosistema y describí brevemente en qué consiste cada una: nitrificación, fijación, desnitrificación y amonificación.
Las raíces de las leguminosas albergan nódulos con bacterias del género Rhizobium. Explicá qué intercambian la planta y la bacteria en esa simbiosis, qué proceso del…
Las raíces de las leguminosas albergan nódulos con bacterias del género Rhizobium. Explicá qué intercambian la planta y la bacteria en esa simbiosis, qué proceso del ciclo del nitrógeno realiza la bacteria y qué ventaja agrícola tiene incluir leguminosas en la rotación de cultivos.
El ciclo del azufre
El azufre es parte de aminoácidos como la cisteína y la metionina, y huele fuerte en las fumarolas de los volcanes de El Salvador. ¿Por dónde viaja este elemento entre las rocas, el aire y los seres vivos?
Explicá la diferencia entre un ciclo biogeoquímico gaseoso y uno sedimentario, y clasificá en uno de los dos tipos los ciclos del carbono, del nitrógeno y del fósforo,…
Explicá la diferencia entre un ciclo biogeoquímico gaseoso y uno sedimentario, y clasificá en uno de los dos tipos los ciclos del carbono, del nitrógeno y del fósforo, justificando tu elección.
El ciclo del fósforo
El fósforo es con frecuencia el nutriente limitante en los ecosistemas continentales. Explicá qué significa que un nutriente sea «limitante», por qué el ciclo del…
El fósforo es con frecuencia el nutriente limitante en los ecosistemas continentales. Explicá qué significa que un nutriente sea «limitante», por qué el ciclo del fósforo es tan lento y qué consecuencia tiene que carezca de fase gaseosa.
Eutrofización: cuando los ciclos se desequilibran
Tras abonar intensamente los cultivos vecinos, un embalse del río Lempa, o una laguna cercana a un cañaveral, de aguas limpias se cubre en pocos días de una capa verde opaca y luego aparecen peces muertos en la orilla. ¿Cómo puede un aporte masivo de nutrientes terminar aniquilando a la fauna acuática?
Ampliación: los ciclos y la actividad humana
Las personas aceleran los ciclos de la materia. Al quemar combustibles fósiles se añade $\text{CO}_2$ más rápido de lo que los océanos y la vegetación lo absorben. Las emisiones anuales parecen pequeñas frente al total almacenado en los océanos, pero el ciclo natural estaba casi equilibrado, así que un pequeño aporte sostenido se acumula en la atmósfera.
El proceso Haber-Bosch fabrica fertilizante rompiendo el triple enlace del $\text{N}_2$ con mucha energía y combustible fósil. En cambio, las leguminosas y el abono verde fijan nitrógeno con energía solar. Los nitratos y fosfatos que no usa el cultivo llegan por escorrentía a ríos y lagunas, y causan eutrofización. Los humedales y manglares, como los de la bahía de Jiquilisco, funcionan como filtros: allí las bacterias desnitrificantes devuelven el nitrato a la atmósfera como $\text{N}_2$ y parte del carbono se acumula en el sedimento.
Lluvia ácida: azufre y nitrógeno en la atmósfera
Al quemar carbón o combustibles con azufre, las centrales térmicas de carbón y los carros emiten dióxido de azufre ($\text{SO}_2$) y óxidos de nitrógeno ($\text{NO}_x$). En la atmósfera reaccionan con el agua y forman ácido sulfúrico y ácido nítrico, que caen con la lluvia. La lluvia normal tiene un pH cercano a $5.6$; la lluvia ácida tiene un pH menor. Como son gases, los vientos pueden llevarlos lejos de la fuente.
El efecto sobre un lago depende de la roca de su cuenca. Una cuenca caliza (carbonato de calcio) neutraliza los ácidos y mantiene el pH estable. Una cuenca granítica casi no neutraliza: el agua se acidifica, libera iones de aluminio ($\text{Al}^{3+}$) del suelo, tóxicos para peces y anfibios, y estos desaparecen.
Embalses y gases de efecto invernadero
Al inundar una represa hidroeléctrica (como Cerrón Grande o 5 de Noviembre) queda bajo el agua materia orgánica. En el fondo, sin oxígeno, bacterias anaerobias la descomponen y producen metano ($\text{CH}_4$), además de $\text{CO}_2$. El agua cálida del trópico acelera esa descomposición, y si no se retira la vegetación hay más biomasa para degradar. Por eso un embalse tropical con selva inundada puede emitir más gases de efecto invernadero por unidad de energía que uno frío y despejado.
Hierro, fitoplancton y bomba biológica
En gran parte del océano abierto sobran nitrato y fosfato, pero hay poca clorofila. Son las zonas llamadas HNLC (alto nutriente, baja clorofila). Allí el nutriente limitante es el hierro, que el fitoplancton necesita para hacer la fotosíntesis y que casi no llega mar adentro.
La bomba biológica de carbono es el transporte de carbono desde la superficie al fondo: el fitoplancton fija $\text{CO}_2$, parte de su biomasa y de las conchas muertas se hunde y el carbono queda en los sedimentos profundos durante siglos o milenios. Si el carbono solo se recicla cerca de la superficie (los herbívoros y las bacterias lo respiran de nuevo), no hay secuestro duradero. Por eso se ha propuesto «fertilizar» con hierro, pero hundir tanta materia orgánica puede agotar el oxígeno del fondo y alterar la fauna que vive allí.
Volvé al principio: el carbono que exhalás hoy pudo pertenecer a un organismo de hace millones de años porque, al morir y descomponerse, ese carbono pasó a la atmósfera como $\text{CO}_2$ o quedó atrapado en rocas sedimentarias; después una planta lo volvió a fijar por fotosíntesis y llegó a ti por la cadena alimentaria.