Proyecto Ciclos de La Naturaleza

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CICLOS DE LANATURALEZA

Características generales de cada ciclo de

la naturaleza

Los Grandes Ciclos Naturales

tienen como función la utilización

del agua, nitrógeno, carbono y

oxígeno para de esta maneralograr que la energía fluya a

través del ecosistema terrestre.

MISHELL ELIZABETH GARCIA MALDONADO

14/08/2011





Página I

INDICE DE CONTENIDO

INDICE DE CONTENIDO _____________________________________________________ I

INDICE DE GRAFICOS ______________________________________________________ III

ÍNDICE DE TABLAS ________________________________________________________ III

INDICE DE ECUACIONES ____________________________________________________ III

RESUMEN _______________________________________________________________IV

1.1 CICLO DEL HIDROGENO O HIDROLOGICO_________________________________ 1

1.1.1 INTRODUCCION AL CAPITULO ____________________________________________ 1

1.1.2 CICLO DEL AGUA _______________________________________________________ 2

1.1.2.1 FASES DEL CICLO DEL AGUA __________________________________________________ 3

1.1.3 COMPARTIMENTOS E INTERCAMBIOS DE AGUA _____________________________ 6

1.1.4 ENERGÍA DEL AGUA ____________________________________________________ 8

1.1.5 BALANCE DEL AGUA ____________________________________________________ 9

1.1.6 EFECTOS QUÍMICOS DEL AGUA ___________________________________________ 9

2.1 INTRODUCCION ____________________________________________________ 12

2.1.1 CICLO DEL CARBONO __________________________________________________ 12

2.1.2 TIPOS DE CICLOS ______________________________________________________ 14

2.1.2.1 CICLO BIOGEOQUÍMICO ____________________________________________________ 14

2.1.3 ALMACENAMIENTO ___________________________________________________ 15

2.1.4 EXPLOTACIÓN ________________________________________________________ 15

3.1 CICLO DEL NITROGENO ______________________________________________ 17

3.1.1 CICLO DEL NITRÓGENO ________________________________________________ 17

3.1.2 EFECTOS ____________________________________________________________ 19



Página II

3.1.2.1 FIJACIÓN Y ASIMILACION DE NITRÓGENO ______________________________________ 20

3.1.2.2 AMONIFICACIÓN _________________________________________________________ 21

3.1.2.3 NITRIFICACIÓN ___________________________________________________________ 22

3.1.2.4 DESNITRIFICACIÓN ________________________________________________________ 22

4.1 CICLO DEL OXIGENO ________________________________________________ 24

4.1.1 ABUNDANCIA EN LA TIERRA ____________________________________________ 25

4.1.2 ATMÓSFERA _________________________________________________________ 25

4.1.3 SERES VIVOS _________________________________________________________ 26

4.1.4 CORTEZA TERRESTRE __________________________________________________ 26

4.1.5 HIDRÓSFERA Y ATMÓSFERA QUÍMICA BÁSICA ESTRUCTURALITICA _____________ 27

BIBLIOGRAFÍA ___________________________________________________________ 29



Página III

INDICE DE GRAFICOS

Grafico 1 REGIONES SIN SALIDA DE MAR _____________________________________________ 10

Grafico 2 CICLO DEL CARBONO_______________________________________________________ 14

Grafico 3. CICLO BIOGEOQUIMICO ____________________________________________________ 15

Grafico 4 CICLO DEL NITROGENO_____________________________________________________ 17

Grafico 5. EFECTOS DEL CICLO_______________________________________________________ 19

Grafico 6. CICLO DEL OXIGENO_______________________________________________________ 24

Grafico 7. CORTEZA TERRESTRE _____________________________________________________ 26

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1 DEPOSITO, VOLUMEN Y PORCENTAJES________________________________________ 6

Tabla 2 DEPOSITO VS TIEMPO MEDIO DE RESISTENCIA ________________________________ 7

INDICE DE ECUACIONES

Ecuación 1. FORMULA BIOLOGIACA DEL NITROGENO __________________________________ 20

Ecuación 2 FORMULA EN REACCIÓN REDOX __________________________________________ 23



Página IV

RESUMEN

os Grandes Ciclos

Naturales tienen como

función la utilización del

agua, nitrógeno, carbono y

oxígeno para de esta manera

lograr que la energía fluya a

través del ecosistema terrestre.

-Ciclo del agua: Efectos que

ejerce en la vida del hombre: Si

no existiera este ciclo se

acabaría muy pronto el agua ya

que no se podría volver a

utilizar, y sin el agua el hombre

no puede existir.En la naturaleza: Sin este ciclo

no podría llover, no se regarían

las plantas, se secarían los ríos

y lagos, por lo cual los animales

se morirían al igual que nosotros

ya que el agua dejaría de estar

presente después de algún

tiempo.

-Ciclo del carbono: Efectos

que ejerce en la vida delhombre: Contribuye a la

formación de combustibles

fósiles, como el petróleo, el cual

es muy importante para el

transporte del hombre y para

muchas otras cosas más.En la naturaleza: Colabora en la

formación de materia orgánica

que es traspasado de las

plantas hacia los animales.

-Ciclo del nitrógeno: Efectos

que ejerce en la vida del

hombre: Es fundamental para la

vida del hombre, además es

parte de las proteínas y los

ácidos nucleicos como el ADN.

En la naturaleza: Compone en

gran cantidad el aire, lo cual es

fundamental en la existencia de

los seres vivos y los seres

humano



MISHEL GARCÍA MALDONADO

Página 1 de 29

n codas y ayudan a los animal

11.. CCAAPPIITTUULLOO II

1.1 CICLO DEL HIDROGENO O

HIDROLOGICO

1.1.1 INTRODUCCION AL CAPITULO

El ciclo hidrológico o ciclo del agua es el proceso de circulación del agua entre

los distintos compartimentos de la hidrósfera. Se trata de un ciclo

biogeoquímico en el que hay una intervención mínima de reacciones químicas, y

el agua solamente se traslada de unos lugares a otros o cambia de estado físico.

El agua de la hidrósfera procede de la desfragmentación del metano, donde tiene

una presencia significativa, por los procesos del vulcanismo. Una parte del agua

puede reincorporarse al manto con los sedimentos oceánicos de los que forma

parte cuando éstos acompañan a la litosfera en subducción.

La mayor parte de la masa del agua se encuentra en forma líquida, sobre todo en

los océanos y mares y en menor medida en forma de agua subterránea o de agua

superficial (en ríos y arroyos). El segundo compartimento por su importancia es el

del agua acumulada como hielo sobre todo en los casquetes

glaciares antártico y groenlandés, con una participación pequeña de los glaciares

de montaña, sobre todo de las latitudes altas y medias, y de la banquisa. Por

último, una fracción menor está presente en la atmósfera como vapor o, en estado

gaseoso, como nubes. Esta fracción atmosférica es sin embargo muy importante

para el intercambio entre compartimentos y para la circulación horizontal del agua,de manera que se asegura un suministro permanente a las regiones de la

superficie continental alejadas de los depósitos principales.

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PROYECTO DE HERRAMIENTAS DE COLABORACION DIGITAL

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1.1.2 CICLO DEL AGUA

El Planeta Tierra presenta una superficie cubierta en un 70% por agua,estimándose que la cantidad de la misma en el mismo es de aproximadamente

1386 millones de kilómetros cúbicos, cifra que se ha mantenido casi constante y

en equilibrio dinámico entre sus tres estados (sólido, líquido y gaseoso) desde el

origen de la vida hasta la actualidad.

El agua existe en la Tierra en tres estados: sólido (hielo, nieve), líquido y gas

(vapor de agua). Océanos, ríos, nubes y lluvia están en constante cambio: el agua

de la superficie se evapora, el agua de las nubes precipita, la lluvia se filtra por latierra, etc. Sin embargo, la cantidad total de agua en el planeta no cambia. La

circulación y conservación de agua en la Tierra se llama ciclo hidrológico, o ciclo

del agua. Cuando se formó, hace aproximadamente cuatro mil quinientos millones

de años, la Tierra ya tenía en su interior vapor de agua. En un principio, era una

enorme bola en constante fusión con cientos de volcanes activos en su superficie.

El magma, cargado de gases con vapor de agua, emergió a la superficie gracias a

las constantes erupciones. Luego la Tierra se enfrió, el vapor de agua se

condensó y cayó nuevamente al suelo en forma de lluvia. El ciclo hidrológico

comienza con la evaporación del agua desde la superficie del océano. A medida

que se eleva, el aire humedecido se enfría y el vapor se transforma en agua: es la

condensación. Las gotas se juntan y forman una nube. Luego, caen por su propio

peso: es la precipitación. Si en la atmósfera hace mucho frío, el agua cae como

nieve o granizo. Si es más cálida, caerán gotas de lluvia. Una parte del agua que

llega a la tierra será aprovechada por los seres vivos; otra escurrirá por el terreno

hasta llegar a un río, un lago o el océano. A este fenómeno se le conoce comoescorrentía. Otro poco del agua se filtrará a través del suelo, formando capas de

agua subterránea. Este proceso es la percolación. Más tarde o más temprano,

toda esta agua volverá nuevamente a la atmósfera, debido principalmente a la

evaporación.



CICLOS DE LA NATURALEZA

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1.1.2.1 FASES DEL CICLO DEL AGUA

El ciclo del agua tiene una interacción constante con el ecosistema debido a que

los seres vivos dependen de este elemento para sobrevivir y a su vez nos ayudan

al funcionamiento del mismo. Por su parte, el ciclo hidrológico presenta cierta

dependencia de una atmósfera poco contaminada y de un cierto grado de pureza

del agua para su desarrollo convencional, ya que de otra manera el ciclo se

entorpecería por el cambio en los tiempos de evaporación, condensación, etc.

Los principales procesos implicados en el ciclo del agua son:

1º EVAPORACIÓN. El agua se evapora en la superficie oceánica,

sobre la superficie terrestre y también por los organismos, en el fenómeno de

la transpiración en plantas y sudoración en animales. Los seres vivos,

especialmente las plantas, contribuyen con un 10% al agua que se incorpora a

la atmósfera. En el mismo capítulo podemos situar la sublimación,

cuantitativamente muy poco importante, que ocurre en la superficie helada de

los glaciares o la banquisa.

2º CONDENSACIÓN. El agua en forma de vapor sube y se

condensa formando las nubes, constituidas por agua en pequeñas gotas.

3º PRECIPITACIÓN. Es cuando las gotas de agua que forman las

nubes se enfrían acelerándose la condensación y uniéndose las gotitas de

agua para formar gotas mayores que terminan por precipitarse a la superficieterrestre en razón a su mayor peso. La precipitación puede ser sólida

(nieve o granizo) o líquida (lluvia). La atmósfera también pierde agua por

condensación (rocío o escarcha) que pasan según el caso al terreno, a la

El agua es un elemento esencial para la subsistencia de los seres vivos




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superficie del mar o a la banquisa. En el caso de la lluvia, la nieve y el granizo

(cuando las gotas de agua de la lluvia se congelan en el aire),

la gravedad determina la caída; mientras que en el rocío y la escarcha el

cambio de estado se produce directamente sobre las superficies que cubren al

encontrarse a una temperatura más fría.

4º INFILTRACIÓN. Ocurre cuando el agua que alcanza el suelo,

penetra a través de sus poros y pasa a ser subterránea. La proporción de agua

que se infiltra y la que circula en superficie (escorrentía) depende de

la permeabilidad del sustrato, de la pendiente y de la cobertura vegetal. Parte

del agua infiltrada vuelve a la atmósfera por evaporación o, más aún, por la

transpiración de las plantas, que la extraen con raíces más o menos extensas y

profundas. Otra parte se incorpora a los acuíferos, niveles que contienen agua

estancada o circulante. Parte del agua subterránea alcanza la superficie allí

donde los acuíferos, por las circunstancias topográficas, intersecan (es decir,

cortan) la superficie del terreno.

5º ESCORRENTÍA. Este término se refiere a los diversos medios por

los que el agua líquida se desliza cuesta abajo por la superficie del terreno. En

los climas no excepcionalmente secos, incluidos la mayoría de los

llamados desérticos, la escorrentía es el principal agente geológico de

erosión y de transporte de sedimentos.

6º CIRCULACIÓN SUBTERRÁNEA. Se produce a favor de

la gravedad, como la escorrentía superficial, de la que se puede considerar una

versión. Se presenta en dos modalidades:

Primero, la que se da en la zona vadosa, especialmente en

rocas certificadas, como son a menudo las calizas, y es una circulación

siempre pendiente abajo.




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Segundo, la que ocurre en los acuíferos en forma de agua intersticial

que llena los poros de una roca permeable, de la cual puede incluso

remontar por fenómenos en los que intervienen la presión y

la capilaridad.

7º EVAPORACIÓN. Este proceso se produce cuando el agua de

la superficie terrestre se evapora y se transforma en nubes.

8º FUSIÓN. Este cambio de estado se produce cuando la nieve pasa

a estado liquido cuando se produce el deshielo.

9º SOLIDIFICACIÓN. Al disminuir la temperatura en el interior de

una nube por debajo de 0° C, el vapor de agua o la misma agua se

congelan, precipitándose en forma de nieve o granizo, siendo la principal

diferencia entre los dos conceptos que en el caso de la nieve se trata de

una solidificación del agua de la nube que se presenta por lo general a

baja altura: al irse congelando la humedad y las pequeñas gotas de agua

de la nube, se forman copos de nieve, cristales de hielo polimórficos (es

decir, que adoptan numerosas formas visibles al microscopio), mientras

que en el caso del granizo, es el ascenso rápido de las gotas de agua que

forman una nube lo que da origen a la formación de hielo, el cual va

formando el granizo y aumentando de tamaño con ese ascenso. Y cuando

sobre la superficie del mar se produce una tromba marina (especie de

tornado que se produce sobre la superficie del mar cuando está muy

caldeada por el sol] este hielo se origina en el ascenso de agua por

adherencia del vapor y agua al núcleo congelado de las grandes gotas de

agua.




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10º EL PROCESO SE REPITE DESDE EL INICIO,

consecutivamente por lo que nunca se termina, ni se agota el agua

1.1.3 COMPARTIMENTOS E INTERCAMBIOS DEAGUA

El agua se distribuye desigualmente entre los distintos compartimentos, y los

procesos por los que éstos intercambian el agua se dan a ritmos

heterogéneos. El mayor volumen corresponde al océano, seguido del hielo

glaciar y después por el agua subterránea. El agua dulce superficial

representa sólo una exigua fracción y aún menor el agua atmosférica (vapor y

nubes).

Tabla 1 DEPOSITO, VOLUMEN Y PORCENTAJES

Depósito Volumen (en millonesde km³)

Porcentaje

Océanos 1 370 90,40386

Casquetes yglaciares

546 8,90

Aguasubterránea

9,5 0,68

Lagos 0,125 0,01




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Humedad delsuelo

0,065 0,005

Atmósfera 0,013 0,001

Arroyos y ríos 0,0017 0,0001

Biomasa 0,0006 0,00004

Tabla 2 DEPOSITO VS TIEMPO MEDIO DE RESISTENCIA

Depósito Tiempo medio deresidencia

Glaciares 20 a 100 años

Nieve estacional 2 a 6 meses

Humedad del suelo 1 a 2 meses

Agua subterránea:somera

100 a 200 años

Agua subterránea:profunda

10.000 años




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Lagos 50 a 100 años

Ríos 2 a 6 meses

El tiempo de residencia de una molécula de agua en un compartimento es

mayor cuanto menor es el ritmo con que el agua abandona ese

compartimento (o se incorpora a él). Es notablemente largo en los casquetes

glaciares, a donde llega por una precipitación característicamente escasa,

abandonándolos por la pérdida de bloques de hielo en sus márgenes o por la

fusión en la base del glaciar, donde se forman pequeños ríos o arroyos que

sirven de aliviadero al derretimiento del hielo en su desplazamiento debido a

la gravedad. El compartimento donde la residencia media es más larga,

aparte el océano, es el de los acuíferos profundos, algunos de los cuales son

«acuíferos fósiles», que no se renuevan desde tiempos remotos. El tiempo de

residencia es particularmente breve para la fracción atmosférica, que se

recicla muy deprisa. El tiempo medio de residencia es el cociente entre el

volumen total del compartimento o depósito y el caudal del intercambio de

agua (expresado como volumen partido por tiempo); la unidad del tiempo de

residencia resultante es la unidad de tiempo utilizada al expresar el caudal.

1.1.4 ENERGÍA DEL AGUA

El ciclo del agua emite una gran cantidad de energía, la cual procede de la

que aporta la insolación. La evaporación es debida al calentamiento solar y

animada por la circulación atmosférica, que renueva las masas de aire y que

es a su vez debida a diferencias de temperatura igualmente dependientes de

la insolación. Los cambios de estado del agua requieren o disipan mucha

energía, por el elevado valor que toman el calor latente de fusión y el calor

latente de vaporización. Así, esos cambios de estado contribuyen al




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calentamiento o enfriamiento de las masas de aire, y al transporte neto de

calor desde las latitudes tropicales o templadas hacia las frías y polares,

gracias al cual es más suave en conjunto el clima.

1.1.5 BALANCE DEL AGUA

Artículo principal: Balance hídrico

Si despreciamos las pérdidas y las ganancias debidas al vulcanismo y a

la subducción, el balance total es cero. Pero si nos fijamos en los océanos, se

comprueba que este balance es negativo; se evapora más de lo que precipita

en ellos. Y en los continentes hay un superávit; es decir que se precipita más

de lo que se evapora. Estos déficit y superávit se compensan con las

escorrentías, superficial y subterránea, que vierten agua del continente al mar.

1.1.6 EFECTOS QUÍMICOS DEL AGUA

El agua al desplazarse a través del ciclo hidrológico,

transporta sólidos y gases en disolución. El carbono, el nitrógeno y el azufre,

elementos todos ellos importantes para los organismos vivientes,

son volátiles y solubles, y por lo tanto, pueden desplazarse por la atmósfera y

realizar ciclos completos, semejantes al ciclo del agua.

La lluvia que cae sobre la superficie del terreno contiene ciertos gases y

sólidos en solución. El agua que pasa a través de la zona

insaturada de humedad del suelo recoge dióxido de carbono del aire y

del suelo y de ese modo aumenta de acidez. Esta agua ácida, al llegar encontacto con partículas de suelo o roca madre, disuelve algunas sales

minerales. Si el suelo tiene un buen drenaje, el flujo de salida del

agua freática final puede contener una cantidad importante de sólidos totales

disueltos, que irán finalmente al mar.

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En algunas regiones, el sistema de drenaje tiene su salida final en un mar

interior, y no en el océano, son las llamadas cuencas endorreicas. En tales

casos, este mar interior se adaptara por sí mismo para mantener el equilibrio

hídrico de su zona de drenaje y el almacenamiento en el mismo aumentará o

disminuirá, según que la escorrentía sea mayor o menor que la evaporación

desde el mismo. Como el agua evaporada no contiene ningún sólido disuelto,

éste queda en el mar interior y su contenido salino va aumentando

gradualmente.

Grafico 1 REGIONES SIN SALIDA DE MAR

Si el agua del suelo se mueve en sentido ascendente, por efecto de

la capilaridad, y se está evaporando en la superficie, las sales disueltas

pueden ascender también en el suelo y concentrarse en la superficie, donde

es frecuente ver en estos casos un estrato blancuzco producido por la

acumulación de sales.

Cuando se añade agua de riego, el agua es transpirada, pero las sales que

haya en el agua de riego quedan en el suelo. Si el sistema de drenaje es

adecuado, y se suministra suficiente cantidad de agua en exceso, como suele

hacerse en la práctica del riego superficial, y algunas veces con el riego por

aspersión, estas sales se disolverán y serán arrastradas al sistema de

drenaje. Si el sistema de drenaje falla, o la cantidad de agua suministrada no

es suficiente para el lavado de las sales, éstas se acumularán en el suelo




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hasta tal grado en que las tierras pueden perder su productividad. Éste sería,

según algunos expertos, la razón del decaimiento de la civilización

Mesopotámica, irrigada por los ríos Tigris y Éufrates con un excelente sistema

de riego, pero con deficiencias en el drenaje.




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22.. CCAAPPIITTUULLOO IIII

2.1 INTRODUCCION

El Ciclo del carbono es básico en la formación de

las moléculas de carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos; pues todas

las moléculas orgánicas están formadas por cadenas de carbonos enlazados entre

sí.

El carbono es un elemento químico de número atómico 6 y símbolo C. Es sólido a

temperatura ambiente. Dependiendo de las condiciones de formación, puede

encontrarse en la naturaleza en distintas formas alotrópicas,carbono amorfo y cristalino en forma de grafito o diamante. Es el pilar básico de

la química orgánica. Se conocen cerca de 10 millones descompuestos de carbono,

y forma parte de todos los seres vivos conocidos.

2.1.1 CICLO DEL CARBONO

La reserva fundamental de carbono, en moléculas de CO2 que los seres vivospuedan 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 anhídrido carbónico se renueva en la atmósfera cada 20 años.

La vuelta de CO2 a la atmósfera se hace 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.

I r a

c




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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.

Los vegetales verdes que contienen clorofila toman el CO2 del aire y durante lafotosíntesis 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.

En la medida de 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.

En el ciclo del carbono participan los seres vivos y muchos fenómenos naturales

como los incendios.

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.




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Grafico 2 CICLO DEL CARBONO

2.1.2 TIPOS DE CICLOS

El ciclo del carbono (CO2) es la sucesión de transformaciones que sufre elcarbono a lo largo del tiempo. 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.

2.1.2.1 CICLO BIOGEOQUÍMICO

Regula la transferencia de carbono entre la atmósfera y la litosfera (océanos ysuelo). El CO2 atmosférico se disuelve con facilidad en agua, formando ácido

carbónico que ataca los silicatos que constituyen las rocas,

resultando iones bicarbonato. Estos iones disueltos en agua alcanzan el mar, son

asimilados por los animales para formar sus tejidos, y tras su muerte se depositan




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en los sedimentos. El retorno a la atmósfera se produce en las erupciones

volcánicas tras la fusión de las rocas que lo contienen. Este último ciclo es de

larga duración, al verse implicados los mecanismos geológicos. Además, hay

ocasiones en las que la materia orgánica queda sepultada sin contacto con el

oxígeno que la descomponga, produciéndose así la fermentación que lo

transforma en carbón, petróleo y gas natural.

Grafico 3. CICLO BIOGEOQUIMICO

2.1.3 ALMACENAMIENTO

El almacenamiento del carbono en los depósitos fósiles supone en la práctica unarebaja de los niveles atmosféricos de dióxido de carbono. Si éstos depósitos se

liberan, como se viene haciendo desde hace tiempo con el carbón, o más

recientemente con el petróleo y el gas natural, el ciclo se desplaza hacia un nuevo

equilibrio en el que la cantidad de CO2 atmosférico es mayor; más aún si las

posibilidades de reciclado del mismo se reducen al disminuir la masa boscosa y

vegetal.

2.1.4 EXPLOTACIÓN

La explotación de combustibles fósiles para sustentar las actividades industriales y

de transporte (junto con la deforestación) es hoy día una de las mayores




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agresiones que sufre el planeta, con las consecuencias por todos

conocidas: cambio climático (por el efecto invernadero), desertificación, etc. La

cuestión ha sido objeto del Convenio sobre cambio climático aprobado en Nueva

York el 9 de mayo de 1992 y suscrito en la cumbre de Río (Río de Janeiro, 11 de

junio de 1992).




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33.. CCAAPPIITTUULLOO IIIIII

3.1 CICLO DEL NITROGENO

3.1.1 CICLO DEL NITRÓGENO

El ciclo del nitrógeno es cada uno de los procesos biológicos y abióticos en que

se basa el suministro de este elemento a los seres vivos. Es uno de los ciclos

biogeoquímicos importantes en que se basa el equilibrio dinámico de composición

de la biosfera.

Grafico 4 CICLO DEL NITROGENO

Los organismos emplean el nitrógeno en la síntesis de proteínas, ácidos

nucleicos (ADN y ARN) y otras moléculas fundamentales del metabolismo.

El nitrógeno es un proceso importante para los organismos, los mismo que ayudan a tener un mejordesarrollo

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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).

Esas bacterias y algas cianofíceas que pueden usar el N2 del aire juegan un papelmuy 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.

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.

En el metabolismo de los compuestos nitrogenados en los animales acaba

formándose ión 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 algunasbacterias.

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.

Donde existe un exceso de materia orgánica en el mantillo, en condicionesanaerobias, hay otras bacterias que producen des nitrificación, convirtiendo los

compuestos de N en N2, lo que hace que se pierda de nuevo nitrógeno del

ecosistema a la atmósfera.




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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.

3.1.2 EFECTOS

Los seres vivos cuentan con una gran proporción de

nitrógeno en su composición química. El nitrógeno

oxidado que reciben como nitrato (NO3 ±) a grupos

amino, reducidos (asimilación). Para volver a contar con nitrato hace falta que los des componedores lo

extraigan de la biomasa dejándolo en la forma

reducida de ion amonio (NH4+), proceso que se

llama amonificación; y que luego el amonio sea

oxidado a nitrato, proceso llamado nitrificación.

Así parece que se cierra el ciclo biológico esencial.

Pero el amonio y el nitrato son sustanciasextremadamente solubles, que son arrastradas

fácilmente por la escorrentía y la infiltración, lo que tiende a llevarlas al mar. Al

final todo el nitrógeno atmosférico habría terminado, tras su conversión, disuelto

en el mar. Los océanos serían ricos en nitrógeno, pero los continentes estarían

Grafico 5. EFECTOSDEL CICLO




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prácticamente desprovistos de él, convertidos en desiertos biológicos, si no

existieran otros dos procesos, mutuamente simétricos, en los que está implicado el

nitrógeno atmosférico (N2). Se trata de la fijación de nitrógeno, que origina

compuestos solubles a partir del N2, y la des nitrificación, una forma de

respiración anaerobia que devuelve N2 a la atmósfera. De esta manera se

mantiene un importante depósito de nitrógeno en el aire (donde representa un

78% en volumen).

3.1.2.1 FIJACIÓN Y ASIMILACION DE NITRÓGENO

La fijación de nitrógeno es la conversión del nitrógeno del aire (N2) a formas

distintas susceptibles de incorporarse a la composición del suelo o de los seres

vivos, como el ion amonio (NH4+) o los iones nitrito (NO2 ±) o nitrato (NO3 ±); ytambién su conversión a sustancias atmosféricas químicamente activas, como el

dióxido de nitrógeno (NO2), que reaccionan fácilmente para originar alguna de las

anteriores.

FIJACIÓN ABIÓTICA. La fijación natural puede ocurrir por

procesos químicos espontáneos, como la oxidación que se produce por la

acción de los rayos, que forma óxidos de nitrógeno a partir del nitrógenoatmosférico.

FIJACIÓN BIOLÓGICA DE NITRÓGENO. Es un

fenómeno fundamental que depende de la habilidad metabólica de unos pocos

organismos, llamados diazótrofos en relación a esta habilidad, para tomar

N2 y reducirlo a nitrógeno orgánico:

Ecuación 1. FORMULA BIOLOGIACA DEL NITROGENO

N2 + 8H+ + 8e + 16 ATP 2NH3 + H2 + 16ADP + 16 Pi

La fijación biológica la realizan tres grupos de microorganismos diazotrofos:




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Bacterias gramnegativas de vida libre en el suelo,

de géneros como Azotobacter , Klebsiella o

el fotosintetizador Rhodospirillum, una bacteria purpúrea.

Bacterias simbióticas de algunas plantas, en las que viven de manera

generalmente endosimbiótica en nódulos, principalmente localizados en

las raíces. Hay multitud de especies encuadradas en el género Rhizobium,

que guardan una relación muy específica con el hospedador, de manera

que cada especie alberga la suya.

Cianobacterias de vida libre o simbiótica. Las cianobacterias de vida libre

son muy abundantes en el plancton marino y son los principales fijadores

en el mar. Además hay casos de simbiosis, como el de la

cianobacteria Anabaena en cavidades subestomáticas

de helechos acuáticos del género Azolla, o el de algunas especies

de Nostoc que crecen dentro deantoceros y otras plantas.

La fijación biológica depende del complejo enzimático de la nitrogenasa.

3.1.2.2 AMONIFICACIÓN

La amonificación es la conversión a ion amonio del nitrógeno que en la

materia viva aparece principalmente como grupos amino (-NH2) o imino (-NH-).

Los animales, que no oxidan el nitrógeno, se deshacen del que tienen en

exceso en forma de distintos compuestos. Los acuáticos producen

directamente amoníaco (NH3), que en disolución se convierte en ion amonio.

Los terrestres producen urea, (NH2)2CO, que es muy soluble y se concentra

fácilmente en la orina; o compuestos nitrogenados insolubles como

la guanina y el ácido úrico, que son purinas, y ésta es la forma común

en aves o en insectos y, en general, en animales que no disponen de unsuministro garantizado de agua. El nitrógeno biológico que no llega ya como

amonio al sustrato, la mayor parte en ecosistemas continentales, es convertido

a esa forma por la acción de microorganismos descomponedores.




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3.1.2.3 NITRIFICACIÓN

La nitrificación es la oxidación biológica del amonio al nitrato por

microorganismos aerobios que usan el oxígeno molecular (O2) como

receptor de electrones, es decir, como oxidante. A estos organismos elproceso les sirve para obtener energía, al modo en que los heterótrofos la

consiguen oxidando alimentos orgánicos a través de la respiración celular. El

C lo consiguen del CO2 atmosférico, así que son organismos autótrofos. El

proceso fue descubierto por Sergéi Vinogradski y en realidad consiste en dos

procesos distintos, separados y consecutivos, realizados por organismos

diferentes:

NITRITACIÓN. Partiendo de amonio se obtiene nitrito (NO2 ±). Lo

realizan bacterias de, entre otros, los

géneros Nitrosomonas y Nitrosococcus.

NITRATACIÓN. Partiendo de nitrito se produce nitrato (NO3 ±). Lo

realizan bacterias del género Nitrobacter .

La combinación de amonificación y nitrificación devuelve a una forma

asimilable por las plantas, el nitrógeno que ellas tomaron del suelo y pusieron

en circulación por la cadena trófica.

3.1.2.4 DESNITRIFICACIÓN

La des nitrificación es la reducción del ion nitrato (NO3 ±), presente en el suelo

o el agua, a nitrógeno molecular o diatónico (N2) la sustancia más abundante

en la composición del aire. Por su lugar en el ciclo del nitrógeno este proceso

es el opuesto a la fijación del nitrógeno.

Lo realizan ciertas bacterias heterótrofas, como Pseudomonas fluorescens,

para obtener energía. El proceso es parte de un metabolismo degradativo de

la clase llamada respiración anaerobia, en la que distintas sustancias, en este




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caso el nitrato, toman el papel de oxidante (aceptor de electrones) que en la

respiración celular normal o aerobia corresponde al oxígeno (O2). El proceso

se produce en condiciones anaerobias por bacterias que normalmente

prefieren utilizar el oxígeno si está disponible.

El proceso sigue unos pasos en los que el átomo de nitrógeno se encuentra

sucesivamente bajo las siguientes formas:

nitrato nitrito óxido nítrico óxido nitroso nitrógeno

molecular

Expresado como reacción redox:

Ecuación 2 FORMULA EN REACCIÓN REDOX

2NO3- + 10e- + 12H+ N2 + 6H2O

Como se ha dicho más arriba, la des nitrificación es fundamental para que el

nitrógeno vuelva a la atmósfera, la única manera de que no termine disuelto

íntegramente en los mares, dejando sin nutrientes a la vida continental. Sin él la

fijación de nitrógeno, abiótica y biótica, habría terminado por provocar la depleción

(eliminación) del N2 atmosférico.

La des nitrificación es empleada, en los procesos técnicos de depuración

controlada de aguas residuales, para eliminar el nitrato, cuya presencia favorece la

eutrofización y reduce la potabilidad del agua, porque se reduce a nitrito por

la flora intestinal, y éste es cancerígeno.




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44.. CCAAPPIITTUULLOO IIVV

4.1 CICLO DEL OX IGENO

El ciclo del oxígeno es la cadena de reacciones y procesos que describen la

circulación del oxígeno en la biosfera terrestre.

Grafico 6. CICLO DEL OXIGENO

El oxígeno es el elemento químico más abundante en los seres vivos. Forma parte

del agua y de todo tipo de moléculas orgánicas. Como molécula, en forma de

O2, su presencia en la atmósfera se debe a la actividad fotosintética de primitivos

organismos. Al principio debió ser una sustancia tóxica para la vida, por su gran

poder oxidante. Todavía ahora, una atmósfera de oxígeno puro produce daños

irreparables en las células. Pero el metabolismo celular se adaptó a usar la

molécula de oxígeno como agente oxidante de los alimentos abriendo así una

nueva vía de obtención de energía mucho más eficiente que la anaeróbica.

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La reserva fundamental de oxígeno utilizable por los seres vivos está en la

atmósfera. Su ciclo está estrechamente vinculado al del carbono pues el proceso

por el que el C es asimilado por las plantas (fotosíntesis), supone también

devolución del oxígeno a la atmósfera, mientras que el proceso de respiración

ocasiona el efecto contrario.

Otra parte del ciclo natural del oxígeno que tiene un notable interés indirecto para

los seres vivos de la superficie de la Tierra es su conversión en ozono. Las

moléculas de O2, activadas por las radiaciones muy energéticas de onda corta, se

rompen en átomos libres de oxígeno que reaccionan con otras moléculas de O2,

formando O3 (ozono). Esta reacción es reversible, de forma que el ozono,

absorbiendo radiaciones ultravioletas vuelve a convertirse en O2.

4.1.1 ABUNDANCIA EN LA TIERRA

El oxígeno es el elemento más abundante en masa en la corteza terrestre y en

los océanos, y el segundo en la atmósfera.

En la corteza terrestre la mayor parte del oxígeno se encuentra formando por parte

de silicatos y en los océanos se encuentra formando por parte de la molécula

de agua, H2O.

En la atmósfera se encuentra como oxígeno molecular (O2), dióxido de

carbono(CO2), y en menor proporción en otras moléculas como monóxido de

carbono (CO),ozono (O3), dióxido de nitrógeno (NO2), monóxido de nitrógeno (NO)

o dióxido de azufre (SO2), por ejemplo. Una toxina

4.1.2 ATMÓSFERA

El O2 le confiere un carácter oxidante a la atmósfera. Se formó

por fotólisis de H2O, formándose H2 y O2:

H2O + h 1/2O2.




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4.1.3 SERES VIVOS

El oxígeno molecular presente en la atmósfera y el disuelto en el agua interviene

en muchas reacciones de los seres vivos. En la respiración celular se reduce

oxígeno para la producción de energía y generándose dióxido de carbono, y en elproceso de fotosíntesis se origina oxígeno y glucosa a partir de agua, dióxido de

carbono (CO2) y radiación solar.

4.1.4 CORTEZA TERRESTRE

El carácter oxidante del oxígeno provoca que algunos elementos estén más o

menos disponibles. La oxidación de sulfuros para dar sulfatos los hace

más solubles, al igual que la oxidación de iones amonio a nitratos. Asimismo

disminuye la solubilidad de algunos elementos metálicos como el hierro al

formarse óxidos insolubles.

Grafico 7. CORTEZA TERRESTRE




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4.1.5 HIDRÓSFERA Y ATMÓSFERA QUÍMICABÁSICA ESTRUCTURALITICA

La hidrosfera es una de las capas fluidas que envuelven la Tierra. Está formada

por agua líquida, aunque también se incluye al hielo como componente sólido y a

las nubes como emulsiones de pequeñas gotitas de agua o cristalitos de hielo.

El vapor de agua presente en la atmósfera está en equilibrio con los depósitos

superficiales y atmosféricos de la hidrosfera y su cantidad depende de la

temperatura terrestre. El agua contribuye a regular el clima del planeta por su gran

capacidad de almacenar energía, modela su superficie con los efectos de los

agentes geológicos, diluye los contaminantes y es esencial para los seres vivos.

Constituye un recurso imprescindible para la agricultura, la industria, la generaciónde energía eléctrica, el transporte, la higiene, etc.

En un futuro no muy lejano el agua se utilizará para la obtención de

hidrógeno a gran escala, gas que a su vez será una de las fuentes energéticas

esenciales para el desarrollo y el progreso del planeta. La energía eléctrica, que

sólo podía almacenarse en pequeñas cantidades en pilas o en condensadores,

podrá utilizarse en la obtención de hidrógeno, el cual constituirá un reservorio

energético de capital importancia y un tipo de energía limpia y no contaminante.

El agua cubre casi las tres cuartas partes de la superficie de nuestro

planeta. Los principales depósitos de agua son los océanos con 1.322 millones de

km3 (97, 2 % del volumen total); los glaciares tienen 29,2 millones de km3 (2,2 %);

las aguas subterráneas poseen 8,4 millones de km3 (0,6 %); los ríos y lagos

almacenan 0,2 millones de km3 (0,002 %); y la atmósfera contiene 0,01 millones

de km3 (0,001 %).

La cantidad de agua dulce que consume una persona anualmente oscilaentre 900 metros cúbicos en una sociedad agrícola y 1500 en una sociedad

industrial; por tanto, los 5000 millones de habitantes de la Tierra necesitan

aproximadamente 7,5 billones de metros cúbicos por año.




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El hombre utiliza fundamentalmente el agua dulce, que representa sólo

una pequeña parte de la hidrosfera, de la cual consigue captar una ínfima parte

para diversos usos. La obtiene sobre todo de la escorrentía superficial y de los

lagos, y en menor medida de los acuíferos subterráneos; para ello construye

embalses, realiza sondeos y captaciones de diversa índole. Ahora se construyen

plantas de desalación de aguas marinas.

El agua es un recurso indispensable para el desarrollo de las civilizaciones.

Desgraciadamente los recursos hídricos no se distribuyen de acuerdo con las

demandas de los mismos, existiendo zonas ricas en agua pero poco pobladas

(regiones circumpolares y Siberia) y a la inversa (París, regiones mediterráneas,

centro Europa, EEUU, etc.)

En algunas regiones donde el agua no se repone con suficiente rapidez (es

un recurso no renovable), por necesidades de desarrollo, se está procediendo a su

agotamiento; tal es el caso del centro de Australia, Arabia Saudita, Egipto, Libia y

Sahara septentrional.

El oxígeno es ligeramente soluble en agua, disminuyendo su solubilidad con la

temperatura. Condiciona las propiedades rédox de los sistemas acuáticos. Oxidamateria bioorgánica dando dióxido de carbono y agua.

El dióxido de carbono también es ligeramente soluble en agua dando carbonatos;

condiciona las propiedades ácido-base de los sistemas acuáticos. Una parte

importante del dióxido de carbono atmosférico es captado por

los océanos quedando en los fondos marinos como carbonato de calcio.




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BIBLIOGRAFÍ A

www.sealgciclosdelanaturaleza8a.blogspot.com/

http://es.wikipedia.org/wiki/ Archivo:Afloramientos_de_sal.jpg

http://mundobiologia.portalmundos.com/los-ciclos-de-la-naturaleza-

%C2%BFel-eterno-retorno/

http://fcoarredondo8c.blogspot.com/

http://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_hidrol%C3%B3gico

http://www.mitecnologico.com/ia/Main/CiclosBiogeoquimicos

http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2ESO/Energia_ecosistemas/c

ontenidos5.htm




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todas las plantas verdes de la tierra que contienen clorofila toman el CO 2 del aire y durante lafotosíntesis liberan oxígeno, además producen el material nutritivo indispensable para los seresvivos

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Proyecto Ciclos de La Naturaleza