Ciclos biogeoquímicos

Concepto y principios de los ciclos biogeoquímicos, esquematización de los ciclos: agua, carbono, nitrógeno, fósforo y azufre.

1. UNIVERSIDAD RICARDO PALMA
RECURSOS NATURALES Y ECOLOGIA
ARTURO ISLA ZEVALLOS .
Surco, mayo del 2021
CICLOS BIOGEOQUIMICOS

2. REFLEXIÓN

3. LOGROS
Comprende laimportanciadeelementosquímicosenel
funcionamientodelosorganismosvivos.
Describelasprincipalesrutasbiosintéticasydeobtenciónde
energíadelosorganismosimplicadosenciclosbiogeoquímicos
específicos.
Describelosciclosbiogeoquímicoselagua,carbono,nitrógenoy
fósforoyazufre.
Describirelpapeldesempeñadoporloselementosabióticosen
losciclosbiogeoquímicosdelcarbono,nitrógenoyfósforo.
Identificalosprincipalesorganismosqueparticipanenlosciclos
biogeoquímicosimportantesparalavida.
Identificalosproblemasperturbadoresdelosciclos
biogeoquímicosrelevantesparalavida.

4. CONTENIDO
DEFINICIÓN DE CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
CARACTERÍSTICAS DE LOS CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
CICLO DEL AGUA
CICLO DEL CARBONO
CICLO DEL NITRÓGENO
CICLO DEL FÓSFORO
CICLO DEL AZUFRE
PERTURBACIONES DE LOS CICLOS BIOGEOQUÍMICOS

5. Etimológicamente el ciclo biogeoquímico es la conjunción de:
Bio= vida
Geo = tierra
Químico = reacciones químicas.
Portanto,estoscicloscomprendenunaseriedereaccionesquímicasque
ocurrenenlosorganismosvivosdeunabiocenosisyentreestosylos
elementosquenotienenvida,implicandoelusoyliberacióndeenergía.
Elprocesodelosciclosbiogeoquímicossoncircularesporquelos
elementosquímicossedesplazanporlaatmósfera,litósfera,hidrósfera,
parallegaraorganismosvivos,queluego,sedesprendendeestos
organismosvivosparaserincorporadosenelmedioinnertedeun
ecosistema.
CONCEPTO

6. Herbívoros
Omnívoros
Carnívoros
Muerte
Descomposición
Detritos
Restitución
Carroñeros
Energía
solar
O
2
CO
2

7. TIPOS DE CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
Según dónde se ubican los depósitos principales de los elemento, los ciclos pueden
ser:
1.CICLOS BIOGEOQUIMICOS DE TIPO GASEOSO:
Depósitos: atmósfera y la hidrósfera.
Son ciclos más accesiblesa los seres vivos.
Elementos: carbono (C), oxígeno (O2), hidrógeno(H2), nitrógeno (N2), agua (H2O).
2.CICLOS BIOGEOQUIMICOS DE TIPO SEDIMENTARIO:
Depósitos: litósfera, en rocas sedimentarias de la corteza terrestre.
Elementosde las rocas deben ser erosionados y desintegrados para que los
vegetales puedan utilizarlos.
Son ciclos más lentos para que los seres vivos los obtengan.
Durante el proceso de erosión y desintegración de las rocas la mayor parte va al
mar,donde se sedimentan y queda sin ser utilizado por mucho tiempo. Los
elementos que representan este tipo de ciclo son el azufre (S) y fósforo (P).

8. DIFERENCIAS ENTRE LOS TIPOS DE CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
TIPO DE CICLOS
BIOGEOQUÍMICOS
CRITERIOS
GASEOSOS SEDIMENTARIOS
ESPACIAL GLOBALES LOCALES
DEPÓSITO PRINCIPAL ATMÓSFERA ROCAS SEDIMENTARIAS
ACCESIBILIDAD COMPLETAMENTE DIFÍCIL ACCESO
TIPO DE SISTEMA ABIERTO CERRADO
ELEMENTOS CARBONO (C), NITRÓGENO (N
2),
OXÍGENO (O
2), HIDRÓGENO (H
2)
AGUA (H
2O)
FÓSFORO (P),AZUFRE (S)

9. CARACTERÍSTICAS DE LOS CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
Elflujodeenergíaenunecosistemaesabierto;sedegradaenlosniveles
tróficosydisipaenformadecalor(respiración).
Elflujodemateriaescerrado;losnutrientessonrecicladoscuandolamateria
orgánicadelsuelo(restos,deyecciones,etc.)estransformadapor
descomponedoresenmoléculasorgánicasoinorgánicasque,bienson
nuevosnutrientesobienseincorporananuevascadenastróficas.
Loselementos,siguenunciclobiogeoquímicoquetieneunazonabióticay
unazonaabiótica.
Labiogeoquímicaeselestudiodelintercambiodeloselementosquímicos
entreloscomponentesbióticoyabióticodeunecosistema.
Paraimpulsarlosciclosbiogeoquímicosserequieredeenergía.
Rarasvecesloselementosvitalesestándistribuidoshomogéneamenteo
presentesconlamismaestructuraquímica.
Estosmaterialesseencuentranencompartimentosoenunfondocomún,con
tasasdeintercambioentreellosquefluctúan.

10. CICLO DEL AGUA
Elaguaesunrecursonaturalrenovablequeseregeneracontinuamentemediante
elciclodelaguaociclohidrológico:
•Seiniciaconlaevaporacióndelaguadelosmares,deloslagosydelsuelo,ypor
latranspiracióndelasplantas.Elvaporestransportadoporlasmasasdeaireen
movimiento,formandonubes.
•Silasnubesseenfríanagrandesalturas,secondensaelaguaengotas,yse
producelaprecipitaciónenformadelluvia,nieve,granizo,garúa,etc.Durantelas
nocheslahumedadpuedecondensarsesobrelasplantasenformaderocío.
•Laprecipitaciónquecaesobrelasuperficiesedistribuyedevariasmaneras:(1)
unaparteesinterceptadaporlasplantas;(2)otraescurreporlasuperficieytermina
enlosríosylagos;y(3)unapartesefiltraenelsueloyestranspiradaatravésde
lasplantasenformadeaguasubterránea.
•Elciclodelaguaeselresultadodelaaccióndelaenergíacaloríficadelsolsobre
elaguayconstituyeunprocesocontinuoderenovación.
Enlasalturasandinas,encimadelos5,200msnmlasprecipitacionessonenforma
denieveygranizo,yelaguacongeladaquedaalmacenadaenformadeglaciaresy
sereintegramáslentamentealciclo.Losglaciaressonalmacenesimportantesde
agua.

12. CICLO DEL AGUA
MAR
EVAPORACIÓN
PRECIPITACIÓN
CONDENSACIÓN
SOLIDIFICACIÓN
CONGELACIÓN
PRECIPITACIÓN
PRECIPITACIÓN
LAGOS
AGUA DE
ESCORRENTÍA
AGUA
SUBTERRÁNEA
(Nivel freático)
AGUA
SÓLIDA
LLUVIA
PANTANOS
TRANSPIRACIÓN
INFILTRACIÓN
Manantiales
EVAPOTRANSPIRACIÓN
SUBLIMACIÓN

13. CICLO DEL CARBONO
FUENTE:
El carbono es un elemento con un ciclo de tipo gaseoso.
Se encuentra el aire, agua y suelo como CO
2
.
En rocas calcáreas del suelo requieren ser descompuestos y disueltos.
El carbono es un elemento abundante en la atmósfera: 700x10
9
TM.
La velocidad de recuperación es tan rápida como la velocidad de utilización.
En la hidrósfera encontramos aproximadamente 50.000x10
9
TM de carbono.
IMPORTANCIA DEL ELEMENTO:
El carbono forma parte de las moléculas orgánicas como carbohidratos:
lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.
Es indispensable en los procesos fotosintéticos de los autótrofos para formar
compuestos de carbono que servirán de alimento para la cadena trófica.
El carbono es fundamental porque de él depende la producción de materia
orgánica, alimento básico de todos los seres vivos.

16. Elcarbonoconeloxígeno,formadióxidodecarbono,gasimportante
queregulalatemperaturadelatierra,debidoasuspropiedadesde
efectoinvernadero.
ElaumentodelCO
2tienegravesrepercusionesenelclimadelatierra;
amayorconcentracióndelCO
2,mayortemperaturapromedioglobal
delatierra.
Elanálisisdelasburbujasdeaireatrapadasenelhieloantártico,de
800.000añosdeantigüedad,indicaquelaconcentracióndeCO
2dela
Tierrahaidocambiando.
Enestelargoperíodo,laconcentraciónatmosféricadeCO
2varióentre
170ppmy300ppm.
Laactividadhumanaenlaindustrializaciónhainfluenciadoenla
concentraciónactualdeCO
2,a390ppm.,un30%porencimadesu
nivelmáximoenlosúltimos800.000años.
Lasemisionesprevistasparaestesigloprevénunaconcentraciónde
CO
2entredosytresvecesmáselevadaqueenlosúltimos800.000
años,segúnsimulacioneshipotéticasdeemisionespara2100.

17. TENDENCIA DEL DIÓXIDO DE CARBONO…

18. CICLO DEL CARBONO…

19. CAUSAS DEL AUMENTO DE DIÓXIDO DE CARBONO…
(1)Usoindustrialydomésticodecombustiblesquecontienencarbono
(petróleo,carbón,gasnaturalyleña),principalgeneradordela
tendenciaactual.
(2)Deforestaciónqueprovocaladescomposicióndelamateria
orgánica;y
(3)Quemadelabiomasavegetal.
(1)Agricultura(p.ej.cultivodearroz).
(2)Usodegasnatural.
(3)Rellenossanitarios.
(4)Aumentodelhatoganadero;y
(5)Quemadelabiomasavegetal.
Del CO
2:
DelmetanoCH
4
:

20. CICLO DEL CARBONO
1.Las plantas verdes por medio de la fotosíntesis captan el CO
2del
agua o del aire y lo transforman en compuestos orgánicos (glúcidos,
lípidos y proteínas), que servirán para el crecimiento de las propias
plantas. Reacciónde fotosíntesis:
6 CO
2+ 12H
2O→C
6H
12O
6+ 6O
2+ 6H
2O
2. Los consumidores primarios consumen plantas para formar su propia
materia, es descompuesta por procesos químicos en las células y
forman el combustible de su cuerpo. Este proceso se inicia con la
respiración.
3. Los consumidores secundarios se alimentan de otros animales por el
proceso digestivo y los descomponen en las células con la ayuda del
oxígeno que respiran yemiten CO
2. Existen muchos tipos de
carnívoros especializados: los que comen zooplancton o animales
microscópicos del agua se denominan zooplanctívoros; los que
comen insectos se denominan insectívoros, etc.

21. CICLO DEL CARBONO
4. Los seres vivos al morir restituyen el carbonoal medio ambiente en
forma de CO
2y materia orgánica. Los organismos vivos, que se
encargan de la descomposición, proceso también denominado
putrefacción, se denominan detritívoros y están conformados
esencialmente por bacterias y hongos.
5. Otras plantas aprovechan este CO
2y se reinicia el ciclo.
6. La respiración, la fermentación y la combustión, devuelven el gas
carbónico a la atmósfera, cerrando el ciclo.

22. ESQUEMAS DE CICLOS DEL CARBONO

23. ESQUEMAS DE CICLOS DEL CARBONO

24. 6CO
2+12H
2O+Energía C
6H
12O
6+6O
2
+6H
2O
6
Moléculas
de dióxido
de carbono
12
Moléculas
de agua
1
Molécula
de glucosa
6
Moléculas
de oxígeno
6
Moléculas
de agua
Luz
SACAROSA ALMIDONGLUCOSA CELULOSA LIGNINA
Alimentos, energía que mantiene procesos vitales
PROTEINAS CARBOHIDRATOS GRASASAMINOÁCIDOS
ESQUEMA DE DE LA FOTOSÍNTESIS

25. Raíces
CO
2
ESTOMAS
CLOROPLASTOS
GLUCOSA
Residuos
Animales y
de la
descomposición
Capturadores
Del dióxido
De carbono
Lugar donde
Ocurren
Cambios
químicos
CO
2 +H
2 O +
Luz
Agua
Sol
Energía
OXIGENO
C
6H
12O
6
Forma tejidos
O
2
Permite la respiración
Clorofila
ESQUEMA DE DE LA FOTOSÍNTESIS

26. Células vegetales con cloroplastos visibles
Los plastos son órganos numerosos de las plantas y algas. Cloroplastos
(con la verde clorofila), convierten la energía luminosa en química. Los
Cromoplastos con pigmentos de colores. Los Leucoplastos, con pigmentos
incoloros presentes en células no expuestas a la luz: raíces, tubérculos que
almacenan almidón.

27. CICLO DEL NITRÓGENO
Elnitrógenoesungasqueformael78%delaire,paraserutilizadopor
lasplantastienequesertransformadoencompuestosabsorbibles.
Tambiénseencuentraenformainorgánica(amoniaco,nitritos,nitratos)y
orgánicas.
Enlasplantasformaproteínas,ácidosnucleicosyclorofila;asociadosal
crecimiento,reproducciónynutrición,respectivamente.
Lasplantasconadecuadacantidaddenitrógenobrotanprontoysushojas
ytallospresentanuncolorverdeoscuroporlapresenciadeclorofila.
Ladeficienciadenitrógenodahojasdeverdeamarillentoyfrutos
pequeños.
Elexcesodenitrógenoproducevegetaciónexcesivayretrasoenla
maduracióndelasplantas.
Elexcesodenitrógeno,porelusodelosfertilizantesartificiales,en
momentosnosincronizadosconlasnecesidadesdelasplantasyen
cantidadesmuysuperioresalasquenecesitan.Soloseasimilaentreel40-
60%delnitrógenoqueseaplicaenloscultivos,elrestosepierde.
FUENTE:
IMPORTANCIA:

28. ESQUEMA DEL CICLO DEL NITRÓGENO NATURAL
N
2
Nitrógeno
molecular
NH
3
Amoniaco
NH
4
+
EN EL AIRE
EN EL SUELO
Ión amonio
Bacterias
y hongos
NH
4
+
Bacterias
NitrosomasNO
2
¯
Bacterias
Nitrobacter
Ión nitrito
NO
3
¯
Ión nitrato
Plantas
PROCESO DE NITRIFICACIÓN
Bacterias
Rhizobium
Relámpagos
NH
4
+
Ión amonio
PROCESO DE FIJACIÓN
N
N
NOx
Óxidos de
nitrógeno
Oxígeno LluviaNO
3
¯
Suelo Plantas
Plantas
AnimalesBacterias
Pseudomonas
N
2
Atmósfera
PROCESO DE DESNITRIFICACIÓN
PROCESO DE ASIMILACIÓN
PROCESO DE AMONIFICACIÓN
N
2

29. ESQUEMA DEL CICLO DEL NITRÓGENO INDUSTRIAL
CO(NH
2
)
2
Úrea
(NH
4
)
2
SO
4
Sulfato de Amonio
NH
4NO Nitrato de amonio
FERTILIZANTES
NO
3
¯
NH
4
+
Ión nitrato
Se absorbe
directamente
Ión Amonio
procesado por
microorganismos
Liberan
Volatización
Lixiviación
Inmovilización
Desnitrificación
FORMAS
UTILIZABLES
FORMAS
DE PÉRDIDA
Solubles
NO
2
HNO
3 NO
3
¯
GEI Lluvia ácidaPlantasCombustión
vehicular
Óxidos de
nítrógeno
Ácido
nítrico
Nitratos
https://www.youtube.com/watch?v=JXV
ovib1IDo&t=2s

30. EL NITRÓGENO EN LAS PLANTAS

31. EL CICLO DEL NITRÓGENO
1.Fijación del nitrógeno
atmosférico.
Elnitrógeno para ser
absorbido,primerodebeser
fijado:
Fijaciónatmosférica:Serealiza
porunprocesofísicoquímico.
Porejemplolosrelámpagos,
estelademeteoritosouna
radiación cósmica que
transforman el nitrógeno
atmosféricoennitrato(NO
3)¯,
nitrito(NO
2)¯yamoniaco(NH
3),
elquesedisuelveenlalluviay
precipitasobrelatierra,siendo
absorbidaconelaguayotros
mineralesporlasraícesdelas
plantas.

32. EL CICLO DEL NITRÓGENO
Fijaciónbiológica:Esrealizada
poralgasobacteriasfijadorasde
nitrógenoquevivenlibresenel
suelooenelaguaoensimbiosis
conlasraícesdeciertasplantas
leguminosas:alfalfa,frejol,soja,
trébol,lenteja,garbanzo,haba,etc.
Lasalgasmarinasverdeazuladas
fijannitrógenoatmosféricoennitrato
(NO
3)¯.Lamásconocidadelas
bacteriasfijadorasesladelgénero
Rhizobium,laqueseasociaauna
leguminosa.Estasbacteriasentran
enlospelosdelaraízdelas
leguminosasloqueproduceun
nóduloenelqueseproducela
fijacióndelnitrógeno.

33. EL CICLO DEL NITRÓGENO
2. Los animales adquieren los
compuestos de nitrógeno a partir de
los tejidos vegetales.
3. Los animales y regresan el
nitrógeno al suelo, expulsándolos en
forma de productos de desecho
(úrea, ácido úrico-excrementos y
orines) o en forma de restos
orgánicos muertos.
4. Los organismos heterótrofos,
como bacterias y hongos de la
putrefacción descomponen estos
organismos muertos y los reducen
en aminoácidos. El guano de las
islas, producido por las aves
guaneras, contiene abundantes
compuestos nitrogenados.

34. EL CICLO DEL NITRÓGENO
5. Otras bacteriasque se hallan en el suelo
y en el agua, utilizan ese sustrato rico en
nitrógeno y lo transforman en amoniaco,
liberando nitrógeno inorgánico este
proceso de formación de amoniaco se
llama amonificacióno mineralización.
6. El nitrógeno en forma de amonio no es
accesible de esta forma, solo cuando
algunas bacterias las transforman en
nitrato, puedes ser asimilados por las
plantas. Esto proceso se llama nitrificación.
7. La vuelta del nitrógeno a la atmósfera y
por tanto el cierre del ciclo, se realiza por
una serie de bacterias desnitrificantesy
algunos hongos, que descomponen el
nitrato liberando nitrógeno que regresa a la
atmósfera. Esto es la desnitrificación.

35. MATERIA ORGÁNICA
ESQUEMA GLOBAL DEL CICLO DEL NITRÓGENO
NITRITOS
Asimilación

36. EL CICLO BIOGEOQUÍMICO DEL FÓSFORO
1.Existen rocas fosfóricas que los
fenómenos naturales degradan y
liberan los fosfatos, que son
arrastrados hacia el mar. En
Bayovar, en el departamento de
Piura, existe una mina de roca
fosfórica, que desde el 2010 se
explota e industrializa para obtener
un concentrado de fosfatos.
2. Las aves marinas como el guanay,
pelícano, piquero, gaviota, el
pingüino de humboltdy el zarcillo,
viven en colonias muy densas y su
hábitat son las islas. Allí depositan
sus excretas, el preciado guano de
islas que son ricas en fósforo,
nitrógeno y potasio, elementos
nutritivos muy necesarios para la
plantas.

37. 3.Los vegetalesabsorben, con sus
raíces el iónfosfato.
4. Los herbívorostoman los
compuestos de fósforo de las
plantas y los absorben mediante el
proceso de la digestión y los
integran a su organismo, los
carnívorostoman el fósforo de los
herbívoros.
EL CICLO BIOGEOQUÍMICO DEL FÓSFORO

38. 5. Los seres vivos (plantas y
animales) al morir, mediante
el proceso de
descomposición y luego, por
los microorganismos
restituyen los compuestos de
fósforo al suelo y al agua para
estar disponible para las
plantas.
6. En las zonas de erupciones
volcánicas, los compuestos
de fósforo son depositados
por las cenizas. Por esta
razón los suelos de origen
volcánico son ricos en
compuestos de fósforo.
EL CICLO BIOGEOQUÍMICO DEL FÓSFORO

39. ESQUEMA GLOBAL DEL CICLO BIOGEOQUÍMICO DEL FÓSFORO

40. CICLO BIOGEOQUÍMICO DEL AZUFRE
Elazufrepermitelasíntesisdecasitodaslasproteínas,sustanciaesencialque
seencuentraentodoslosseresvivos.Elazufreesmuyabundanteenlacorteza
terrestre,seencuentracomo:azufreelemental,sulfurosminerales,sulfatos,
ácidosulfúricoenelgasnaturalycomoazufreorgánicoenaceitescombustibles
ycarbón,tambiénsepresentaenrocasprimariasbajolaformadesulfuros,y
tiendeaestarencantidadesmayoresenlasrocasígneasbásicas.Estos
sulfurosseoxidanfácilmenteensuelosbienaireados.

41. CICLO BIOGEOQUÍMICO DEL AZUFRE
1.Procesos naturales (intemperismo, volcanismo y erosión) y antrópicos
(combustibles fósiles, minería e industria) liberan dióxido de azufre (SO
2) en la
atmósfera.
2.El SO
2 reacciona con el agua, forma SO
3, luego el iónsulfato SO
4
-
y de allí
ácido sulfúrico SO
4H
2, el cual precipita a la tierra como lluvia ácida.
3.El iónsulfato SO
4
-
es absorbido por las plantas, que alimentan a los
animales.
4.A la muerte de los organismos vivos, los descomponedores entre los que se
encuentran las bacterias anaeróbicas (aerobacter), vierten sulfuro de
hidrógeno (H
2
S) al suelo, el cual tiene dos vías; una, decanta como sulfuros
metálicos y carbón; la otra, por acción de sulfobacteriasel H
2
S libera el azufre
elemental (S) y por otra bacterias quimio fototróficasse convierten en iones
sulfato (SO
4
-
)y podrían ser asimilados por las plantas.

42. COMBUSTIÓN MINERÍA INTEMPERISMO INDUSTRIA VOLCANISMO EROSIÓN
MagmasMeteorizaciónCombustibles Metalurgia Insumo y emisión Fuerza de arrastre
SO
2
Dióxido de azufre
SO
3
SO
4
-
DEPÓSITOS
SEDIMENTARIOS
EVAPORITAS
H
2S
PRODUCTORES
CONSUMIDORES
DESCOMPONEDORES
Sulfuro de hidrógeno
S
DMS
Dimetilsulfuro
Gas volátil de sulfuro
presente en la tropósfera
por descomposición del
fitoplancton de las algas
Trióxido de azufre
Ión sulfato
Desulfidración
Azufre elemental
Lluvia ácida
SULFUROS
METÁLICOS
CARBÓN
Nutrición
Alimentación
Reducción
Aerobater, bacteria
anaeróbica

44. https://ciclos.top/ciclo-del-azufre/
https://www.uaeh.edu.mx/docencia/P_Presentaciones/zimapan/ingenieria_en_procesam
iento_de_recursos_minerales/2018/desarrollo_sustentable_y_medio_ambiente.pdf
https://encolombia.com/medio-ambiente/interes-a/ciclo-del-azufre/
https://geologiaweb.com/geologia-general/ciclo-azufre/
https://www.youtube.com/watch?v=3MVk_YhUVtA
http://web.ecologia.unam.mx/oikos3.0/images/Pdfs/2016-1.pdf
http://www.ege.fcen.uba.ar/wp-content/uploads/2014/05/clase-ciclos-biogeoquimicos-
27-octubre.pdf

45. TRANSFERENCIA DE SABERES
1.Especificar ciclos biogeoquímicos para el medio marino, la amazoníay para el
desierto costero.
2. ¿Qué perturbaciones se manifiestan en el ciclo del agua?
3. ¿Qué perturbaciones se manifiestan en el ciclo del carbono?
4. ¿Qué perturbaciones se manifiestan en el ciclo del nitrógeno?
5.¿Qué perturbaciones se manifiestan en el ciclo del fósforo?
6. ¿ Qué perturbaciones se manifiestan en el ciclo del azufre?
7.¿Cómo el mal funcionamiento de los ciclos biogeoquímicos comprometen las
diversas actividades humanas? Proponga acciones para superarlas.
8. ¿Cuál es el papel de los microorganismos en los ciclos biogeoquímicos?
9. ¿Es peligroso dormir con plantas en la noches?

46. PRODUCTOS QUE CONTIENEN FÓSFORO
Describa en un párrafo ¿qué te sugiere la información de esta tabla?