Introducción a los Ciclos Biogeoquímicos
Los ciclos biogeoquímicos son las trayectorias, más o menos extensas, que realizan los elementos químicos que forman parte de los seres vivos. Estos elementos transitan desde la biosfera (seres vivos) hacia otros sistemas abióticos como la atmósfera, la litosfera o la hidrosfera, es decir, circulan entre la biocenosis y el biotopo.
Se clasifican en función del principal reservorio donde se acumulan:
- Ciclos de elementos gaseosos: Como el nitrógeno y el carbono. Su principal depósito es la atmósfera. Los elementos circulan con rapidez por los diferentes compartimentos del ciclo.
- Ciclos de elementos sedimentarios: Como el fósforo y el azufre. Su principal depósito es la corteza terrestre. Son ciclos lentos y a menudo limitan el desarrollo de los seres vivos.
Ciclo del Carbono
El carbono se encuentra en la atmósfera en forma de dióxido de carbono (CO2), en la hidrosfera como ion carbonato o bicarbonato, y en la litosfera como constituyente de las rocas carbonatadas o en forma de combustibles fósiles, como el carbón y el petróleo.
Gracias a la fotosíntesis, las plantas verdes captan el carbono a partir del dióxido de carbono atmosférico y lo integran en sus tejidos. Los consumidores, al alimentarse de las plantas, lo incorporan a su cuerpo. El carbono es retenido por el organismo hasta su muerte. Una vez ocurrida esta, sus restos son utilizados por los descomponedores.
La respiración produce dióxido de carbono que, de esa forma, vuelve a la atmósfera. Parte del carbono se encuentra en forma de rocas calizas, arrecifes calcáreos y combustibles de origen orgánico, como el petróleo, donde puede quedar retenido por mucho tiempo. Las erupciones volcánicas que afectan a rocas calizas, la combustión del carbón y del petróleo, y los incendios forestales, producen un aumento en el dióxido de carbono atmosférico.
Ciclo del Nitrógeno
Los organismos emplean el nitrógeno en la síntesis de proteínas, ácidos nucleicos y otras moléculas fundamentales del metabolismo.
Su reserva fundamental es la atmósfera, donde se encuentra en forma de N2, pero esta molécula no puede ser utilizada directamente por la mayoría de los seres vivos.
Algunas bacterias y cianobacterias convierten el N2 atmosférico en otras formas químicas (primero en amoniaco y posteriormente en nitritos y nitratos) asimilables por las plantas, proceso conocido como fijación del nitrógeno.
Una de estas bacterias, Rhizobium, se aloja en nódulos de las raíces de las leguminosas (alfalfa, alubia, etc.), lo que permite a estas plantas producir un abonado natural de los suelos.
El amonio (NH4+) y el nitrato (NO3–) pueden ser absorbidos por las plantas a través de sus raíces y utilizados en su metabolismo para la síntesis de proteínas y ácidos nucleicos. Los animales obtienen su nitrógeno al consumir plantas o a otros animales.
En el metabolismo de los compuestos nitrogenados en los animales, se forma el ion amonio, que es muy tóxico y debe ser eliminado. Esta eliminación se realiza en forma de amoniaco (en algunos peces y organismos acuáticos), urea (en humanos y otros mamíferos) o ácido úrico (en aves y otros animales de zonas secas). Estos compuestos regresan a la tierra o al agua, donde pueden ser tomados nuevamente por las plantas o utilizados por algunas bacterias.
Existen otras bacterias que realizan la desnitrificación, convirtiendo los compuestos de nitrógeno nuevamente en N2, lo que provoca la pérdida de nitrógeno del ecosistema hacia la atmósfera.
El nitrógeno suele ser un 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 utilizaron productos naturales ricos en nitrógeno como el guano o el nitrato de Chile. Desde que se logró la síntesis artificial de amoniaco, fue posible fabricar abonos nitrogenados que se emplean actualmente en grandes cantidades en la agricultura, lo que puede producir eutrofización.
Ciclo del Fósforo
El fósforo forma parte de muchas moléculas orgánicas. Su reserva fundamental en la naturaleza es la corteza terrestre. Por meteorización de las rocas o liberado por las cenizas volcánicas, queda disponible para que lo puedan tomar las plantas. Con facilidad es arrastrado por las aguas y llega al mar. Parte del fósforo arrastrado se sedimenta en el fondo del mar y forma rocas que tardarán millones de años en volver a emerger y liberar de nuevo las sales de fósforo.
Otra parte es absorbida por el plancton que, a su vez, es consumido por organismos filtradores de plancton, como algunas especies de peces. Cuando estos peces son comidos por aves que anidan en tierra, devuelven parte del fósforo en sus heces (guano) al suelo.
Es el principal factor limitante en los ecosistemas acuáticos. En los lugares donde las corrientes marinas suben del fondo, arrastrando el fósforo sedimentado, el plancton prolifera en la superficie. Al haber tanto alimento, se multiplican los bancos de peces, formándose las grandes pesquerías en las costas occidentales de África, América del Sur y otras regiones.
Los compuestos de fósforo que se recogen directamente de los grandes depósitos acumulados en algunos lugares de la tierra se utilizan para abonar los terrenos de cultivo, a veces en cantidades desmesuradas, lo que puede originar problemas de eutrofización.
Ciclo del Azufre
El azufre es menos abundante que otros elementos mencionados, pero es imprescindible porque forma parte de las proteínas.
Su reserva fundamental es la corteza terrestre y es utilizado por los seres vivos en pequeñas cantidades. La actividad industrial humana está provocando un exceso de emisiones de gases sulfurosos a la atmósfera, ocasionando problemas como la lluvia ácida.
Sucesión Ecológica
La sucesión ecológica se refiere a los cambios progresivos que se producen en un ecosistema a lo largo del tiempo. Durante la sucesión, la biocenosis instalada en un biotopo es sustituida por otras comunidades cada vez más diversas y complejas, hasta que se alcanza una organización muy estable y que prácticamente no varía, denominada comunidad clímax. Las sucesiones comienzan con especies pioneras u oportunistas (estrategas de la r) que, con el tiempo, serán sustituidas por especies especialistas (estrategas de la K).
Se distingue entre:
- Sucesión primaria: Ocurre cuando el lugar no estuvo ocupado con anterioridad por una comunidad (ejemplos: isla volcánica, dunas, aluviones).
- Sucesión secundaria: Se establece cuando la comunidad preexistente ha desaparecido tras una catástrofe (por ejemplo, tras un incendio).
Denominamos sere o serie a la secuencia de comunidades que se sustituyen una a otra en un área determinada. Cada una de las comunidades que se suceden en una serie recibe el nombre de etapa seral.
Características de la Sucesión Ecológica
- Aumento de la biomasa del ecosistema.
- Aumento de la diversidad (incremento del número de especies) y estabilización del número de individuos de las poblaciones.
- Disminución de la producción neta: Llega prácticamente a cero en los ecosistemas climácicos, ya que toda la biomasa producida se utiliza en la respiración (mantenimiento) de la biocenosis. En un ecosistema joven (primeras etapas de la sucesión), la producción neta es mayor que cero y la biomasa aumenta, mientras que en los ecosistemas maduros (últimas etapas de la sucesión), la producción neta está próxima a cero.
- Aumento de la estabilidad y del número de nichos ecológicos. Las relaciones entre las especies de la biocenosis se vuelven muy fuertes.
- Cambio de unas especies por otras: Las especies pioneras u oportunistas (estrategas de la r) son sustituidas por especies especialistas (estrategas de la K).
Regresión Ecológica
La regresión ecológica es el proceso de reorganización de la estructura de un ecosistema que se produce cuando este sufre una alteración o se destruyen algunos de sus componentes. El ecosistema se vuelve más inmaduro y pierde biodiversidad. Es importante destacar que la regresión no es un proceso inverso a la sucesión.
Algunas regresiones provocadas por la actividad humana incluyen la deforestación, los incendios forestales o la introducción de especies exóticas.