Ejercicios: Los ciclos de la materia

Explica la diferencia entre un ciclo biogeoquímico gaseoso y uno sedimentario, y clasifica en uno de los dos tipos los ciclos del carbono, del nitrógeno y del fósforo, justificando tu elección.

Describe 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.

Escribe las ecuaciones químicas globales de la fotosíntesis y de la respiración celular aeróbica, y explica qué papel juegan ambos procesos, en sentidos opuestos, dentro del ciclo del carbono.

Define reservorio y flujo en un ciclo biogeoquímico, e identifica un reservorio y un flujo concretos en el ciclo del carbono, explicando qué proceso mantiene ese flujo.

Explica 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.

Nombra 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 explica por qué la mayoría de las plantas no pueden aprovechar directamente el $\text{N}_2$ del aire.

Explica 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 $\text{CO}_2$. Explica 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.

Ordena las siguientes etapas del ciclo del nitrógeno tal como se suceden en un ecosistema y describe brevemente en qué consiste cada una: nitrificación, fijación, desnitrificación y amonificación.

El fósforo es con frecuencia el nutriente limitante en los ecosistemas continentales. Explica 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.

El esquema representa los principales reservorios y flujos del ciclo del carbono. Nombra los procesos señalados con las letras a, b y c, indica qué proceso corresponde a la flecha marcada con «?» y explica cómo altera ese flujo el equilibrio del ciclo.

Describe 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...).

Las raíces de las leguminosas albergan nódulos con bacterias del género Rhizobium. Explica 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.

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. Calcula el secuestro neto anual de carbono del bosque y explica por qué un bosque joven en crecimiento secuestra mucho más que uno maduro aunque fije menos $\text{CO}_2$ en total.

Explica 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 ganado vacuno emite metano ($\text{CH}_4$) durante la digestión. Explica 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 $\text{CO}_2$ (compara su potencial de efecto invernadero).

Un vertido de fertilizantes ricos en nitratos y fosfatos llega a una laguna. Describe paso a paso cómo se desencadena la eutrofización hasta la muerte masiva de peces, nombrando los procesos de los ciclos de la materia que intervienen.

Las centrales térmicas de carbón emiten $\text{SO}_2$ a la atmósfera. Explica cómo ese gas acaba formando lluvia ácida, qué efectos provoca sobre ecosistemas acuáticos, bosques y edificios, y cita dos medidas que reducen el problema.

Ordena de mayor a menor cantidad almacenada estos reservorios de carbono del planeta: atmósfera, océanos, biosfera, suelos, rocas carbonatadas y combustibles fósiles. Explica después por qué la quema de combustibles fósiles desequilibra el ciclo aunque la cantidad total de carbono del planeta no cambie.

El océano actúa como una «bomba biológica» de carbono. a) Explica en qué consiste ese mecanismo: qué organismo lo inicia y cómo llega el carbono al fondo marino. b) Razona qué diferencia hay entre el carbono almacenado en la superficie (que se intercambia en años) y el que llega a profundidad (que tarda siglos en volver). c) Predice qué efecto tendría sobre el $\text{CO}_2$ atmosférico un debilitamiento de esa bomba por el calentamiento y la estratificación del océano.

Compara dos formas de aportar nitrógeno a un cultivo: la rotación con leguminosas y el abono mineral sintético (proceso Haber-Bosch). a) Explica de dónde sale el nitrógeno en cada caso y qué energía requiere cada vía. b) Analiza los impactos del exceso de abono mineral sobre el ciclo del nitrógeno (lixiviación, eutrofización, óxidos de nitrógeno). c) Propón una estrategia de fertilización que combine ambas ventajas.

Al crear un embalse se inunda un valle con bosques y suelos ricos en materia orgánica. a) Explica qué ocurre con esa materia orgánica bajo el agua y por qué su descomposición se vuelve anaeróbica. b) Razona por qué muchos embalses emiten metano durante años aunque la hidroeléctrica se presente como energía limpia. c) Indica qué medidas previas a la inundación reducirían esas emisiones.

El ciclo del fósforo no tiene fase gaseosa. a) Explica qué implica esa ausencia para la velocidad del ciclo y para el reparto natural del fósforo por los continentes. b) Describe el recorrido del fósforo desde la roca hasta el cultivo y de ahí al río y al mar. c) Las reservas de roca de fosfato son finitas: analiza el problema del «pico del fósforo» y dos soluciones posibles (recuperación desde aguas residuales, eficiencia en el abonado).

Los humedales son llamados a veces «los riñones del paisaje». a) Explica qué procesos del ciclo del nitrógeno (nitrificación y desnitrificación) realizan las bacterias de sus suelos anegados y cómo depuran el agua que los atraviesa. b) Razona por qué los humedales son también grandes sumideros de carbono. c) Argumenta qué se pierde, en términos de ciclos de la materia, cuando se deseca un humedal para urbanizarlo.