Ciclos Biogeoquímicos

Los elementos químicos que constituyen la vida circulan sin cesar entre los organismos, el suelo, el agua y la atmósfera, y el seguimiento de estos ciclos revela cómo se interconectan los ecosistemas y el sistema terrestre.

Definition

Los ciclos biogeoquímicos son las vías por las cuales los elementos químicos se mueven y se transforman entre los compartimentos vivos, edáficos, acuáticos y atmosféricos de los ecosistemas y del sistema terrestre.

Scope

Este tema abarca el ciclo a escala global y de ecosistema de los elementos esenciales para la vida: el ciclo del carbono y su intercambio entre la biosfera, la atmósfera y los océanos; el ciclo del nitrógeno con la fijación, nitrificación y desnitrificación; el ciclo del fósforo; el ciclo del azufre; y el ciclo hidrológico como transportador de nutrientes disueltos. Se tratan los reservorios y flujos, los tiempos de residencia y cómo la actividad humana ha alterado estos ciclos.

Core questions

• ¿Cómo se mueven el carbono, el nitrógeno y el fósforo entre los organismos y el medio ambiente?
• ¿Qué transformaciones experimenta cada elemento en su ciclo?
• ¿Cómo se cuantifican los reservorios y los flujos y qué determina los tiempos de residencia?
• ¿Cómo han alterado las actividades humanas los ciclos biogeoquímicos globales?

Key theories

Reservorios, flujos y tiempos de residencia

Cada ciclo se describe por reservorios de un elemento y los flujos entre ellos, con la relación entre el tamaño del reservorio y el flujo definiendo el tiempo de residencia y revelando qué compartimentos responden rápida o lentamente a la perturbación.

Alteración humana de los ciclos de los elementos

La fijación industrial de nitrógeno, la combustión de combustibles fósiles y el uso de fertilizantes han duplicado aproximadamente los aportes de nitrógeno reactivo y han perturbado sustancialmente los ciclos del carbono y el fósforo, con amplias consecuencias ecológicas.

Mechanisms

Los elementos se mueven entre reservorios a través de transformaciones biológicas y transporte físico. El carbono es fijado por la fotosíntesis, devuelto por la respiración y la descomposición, e intercambiado con la atmósfera y los océanos; el nitrógeno es fijado de la atmósfera por microorganismos especializados, convertido a través de la nitrificación y asimilación, y devuelto al aire por la desnitrificación; el fósforo, al carecer de una fase gaseosa, cicla lentamente a través de la meteorización de las rocas, la absorción y la sedimentación. El tamaño de cada reservorio en relación con los flujos de entrada y salida determina la velocidad de su recambio y su sensibilidad a las perturbaciones.

Clinical relevance

La comprensión biogeoquímica sustenta la ciencia del cambio climático, la gestión de la eutrofización por contaminación de nutrientes, la fertilidad del suelo y el uso de fertilizantes, y el diseño de políticas para limitar la perturbación de los ciclos globales de los elementos. Esto es contexto educativo, no una prescripción de manejo.

History

Vernadsky enmarcó la biosfera como una fuerza geoquímica en la década de 1920, y Hutchinson avanzó la biogeoquímica cuantitativa a mediados del siglo XX. La preocupación por la perturbación humana creció con los estudios de la lluvia ácida, la cascada de nitrógeno descrita por Galloway y el papel del ciclo global del carbono en el cambio climático.

Key figures

• Vladimir Vernadsky
• G. Evelyn Hutchinson
• William Schlesinger
• James Galloway

Seminal works

• schlesinger2013
• chapin2011
• galloway2004

Frequently asked questions

¿Por qué el ciclo del fósforo es diferente al del carbono y el nitrógeno?

El fósforo no tiene una forma gaseosa significativa, por lo que no puede circular a través de la atmósfera; en cambio, ingresa a los ecosistemas lentamente a través de la meteorización de las rocas y finalmente se pierde en los sedimentos, lo que lo convierte en un nutriente limitante común.

¿Qué es la cascada de nitrógeno?

La cascada de nitrógeno es la secuencia de efectos ambientales que un solo átomo de nitrógeno reactivo puede causar a medida que se mueve a través del aire, el agua y el suelo, contribuyendo a su vez al smog, la lluvia ácida, la eutrofización y el calentamiento por efecto invernadero antes de ser desnitrificado.