Cicles biogeoquímics

Energia. Cicle geològic. Processos biològics de respiració. Fotosíntesi. Nutrients gasosos. Nutrients sedimentaris. Cicle del carboni. Cicle del nitrogen. Cicle del fòsfor. Molècules. L'efecte hivernacle

  • Enviado por: Albeta90 Bell
  • Idioma: catalán
  • País: España España
  • 6 páginas
publicidad
publicidad

A la natura, l'energia passa d'uns sistemes terrestres a uns altres tot descrivint uns cicles tancats, anomenats cicles biogeoquímics.

L'energia flueix unidireccionalment en els ecosistemes perquè és captada inicialment pels productors i es dissipa finalment en forma de calor; no obstant això, els elements químics que es comporten com a elements biogènics a partir dels quals es nodreixen els diferents components de l'ecosistema, formen un sistema tancat en el qual flueixen de manera de cicles, ja que la quantitat de matèria existent al planeta sempre és la mateixa.

Els cicles biogeoquímics, per tant, comprenen un seguit de camins realitzats per la matèria que s'escapa de la biosfera i viatgen pels altres sistemes (atmosfera, hidrosfera i litosfera) abans de tornar-hi.

En cada sistema els elements químics formen determinades molècules que es transformen en altres de diferents en passar d'un sistema a un altre.

El sistema on la matèria passa més temps es diu magatzem o reserva.

Els cicles biogeoquímics es troben perfectament regulats per diferents tipus de retroalimentacions on es troben implicats el cicle de l'aigua, el cicle geològic i els processos biològics de respiració i fotosíntesi. Les activitats humanes tendeixen a accelerar els cicles biogeològics, per la qual cosa posen en perill els seus delicats mecanismes d'autoregulació , mobilitzant les reserves i provocant greus impactes.

Es distingeixen dos tipus de cicles biogeoquímics: els cicles de nutrients gasosos (com el cicle del carboni, del nitrogen i de l'oxigen) i els cicles de nutrients sedimentaris,. (com el cicle del fòsfor i del sofre). Nosaltres només anem a estudia el cicle del carboni, el del nitrogen i el del fòsfor.

El carboni és l'element bàsic en la formació de les molècules de carbohidrats, lípids, proteïnes i àcids nucleics. La reserva fonamental de carboni, en molècules de CO2 que els éssers vius poden assimilar, és l'atmosfera i la hidrosfera.

El procés fotosintètic incorpora el C del CO2 en l'organisme autòtrof. Des d'ací passarà en forma orgànica a la resta de nivells tròfics. El CO2 torna de nou a l'atmosfera mitjançant els processos de respiració de tots els nivells tròfics, i també durant la descomposició bacteriana dels excrements i els cadàvers dels éssers vius.

Altres vies per les quals el carboni torna a l'atmosfera en forma oxidada són les erupcions volcàniques, la combustió de la biomassa (incendis forestals) i també de carburants fòssils.

 

El petroli, carbó i la presència de roques carbonatades són resultat d'èpoques en les quals s'ha tornat menys CO2 a l'atmosfera del que se'n prenia. A hores d'ara, el ritme creixent de tornada del CO2 a l'atmosfera, provocat per l'activitat humana és responsable de l'efecte hivernacle, ja que el CO2 és un gas més pesant que l'aire en el seu conjunt i té tendència a concentrar-se a les zones baixes de l'atmosfera, on forma un embolcall gasós. Durant el dia aquesta capa de CO2 deixa passar la radiació infraroja procedent del Sol, però a la nit, quan hi ha radiació nocturna, no la deixa eixir. Tot això produeix un fenomen de reflexió de la radiació infraroja per la capa de CO2, i això contribueix a un augment progressiu de la temperatura del planeta que pot estar provocant un canvi climàtic global.

El sistema magatzem es la geosfera, on s'hi pot quedar durant milions d'anys atrapat a les roques.

  • El pas del carboni de l'atmosfera i la hidrosfera a la biosfera es fa gracies a la fotosíntesi, que converteix el CO2 en matèria orgànica.

  • A la biosfera, la matèria orgànica passa d'uns nivells tròfics a uns altres i és transformada en CO2 a través de la respiració, i Aixa torna a l'aigua o a l'aire.

  • De vegades, la mort massiva d'organismes i el seu enterrament en determinades condicions transforma aquesta matèria orgànica en carbó i petroli, que passen a formar part de la geosfera.

  • La precipitació dels bicarbonats de l'aigua és responsable de la formació de roques carbonatades i , en conseqüència, del pas del carboni de la hidrosfera a la geosfera.

  • El pas de la geosfera a l'atmosfera es realitza a través d'erupcions volcàniques que emeten CO i CO2.

Ho podem comprovar en la imatge:

'Cicles biogeoquímics'

La reserva fonamental de nitrogen és l'atmosfera, on es troba en forma de n2 (79% de l'aire), però aquesta molècula gasosa no pot ser utilitzada directament per la majoria dels éssers vius. així, les plantes no poden assimilar el nitrogen directament en forma de gas sinó han d'incorporar-lo des del sòl, on no hi és massa abundant, en forma de ions nitrat o amoni.

té una major importància la fixació biològica del nitrogen; s'estima que a través d'aquest procés es fixen 4000 milions de tones de nitrogen a l'any. els principals agents biològics d'aquesta fixació són determinats bacteris que viuen en el sòl com l'azotobacter i el rhizobium

a la biosfera, el nitrogen forma part de les proteïnes i d'altres molècules orgàniques; a la hidrosfera i a la geosfera es troba en forma de nitrats (no3), que són algunes de les sals minerals que necessiten els productors per fer la fotosíntesi.

  • Els òxids de nitrogen atmosfèrics reaccionen amb el vapor d'aigua i es transformen en àcid nítric, que cau a l'aigua o a terra en forma de precipitació àcida ( pluja i neu àcides).

  • Tant a l'aigua com al sòl, l'àcid nítric es transforma en nitrats, que seran incorporats pels productors i transmesos a la resta de la cadena. El procés de reciclat de nitrogen a la biosfera té lloc gràcies als bacteris nitrificants, que són capaços de transformar l'amoníac procedent de la descomposició de les restes orgàniques (excrements, cadàvers..)en nitrats.

  • La biosfera disposa d'una altra manera d'incorporar nitrogen atmosfèric: transformant directament el N2 en nitrats. Això només ho poden fer algues verdblaves, a l'aigua i alguns bacteris i fongs, a la terra. Un dels fixadors més coneguts és el bacteri del gènere Rhizobium, que viu a les arrels de les lleguminoses, amb les quals estableix simbiosi. Els éssers humans hem imitat a l'acció dels raigs de tempestes per elaborar (nitrats) adobs i amoníac sometent el N2 a altes temperatures.

  • El nitrogen torna de nou a l'atmosfera a través dels volcans, de la putrefacció i per l'acció dels bacteris desnitrificants. Aquests bacteris actuen quan el sòl no té oxigen, per embassament o trepig, i transformen els nitrats en N2 atmosfèric. La humanitat també contribueix al pas de nitrogen a l'atmosfera, a través de la utilització dels motors d'explosió, que emeten òxids de nitrogen a l'aire.

Ho podem demostrar en un dibuix:

'Cicles biogeoquímics'

El fòsfor és un component essencial dels organismes. Forma part dels àcids nucleics (ADN i ARN); de l'ATP i d'altres molècules que tenen PO43- i que emmagatzemen l'energia química; dels fosfolípids que formen les membranes cel·lulars; i dels ossos i dents dels animals.

El sistema que actua com a reserva de fòsfor és la geosfera, on hi queda atrapat durant milions d'anys, a les roques fosfatades. A la biosfera, forma part de molècules orgàniques i d'esquelets, i a la hidrosfera, com a fosfat dissolt.

  • Els fosfats del sòl i de l'aigua són utilitzats pels productors com a sals minerals per a la fotosíntesi. Un cop incorporat a la matèria orgànica, el fòsfor passa d'uns nivells a uns altres i és reciclat seguint el cicle de la matèria.

  • Quan plou molt o hi ha un excés de reg, part del fosfat del sòl és rentat per l'aigua i transportat fins als llacs o a la mar, on precipita entre els sediments i queda atrapat a les roques, ( és un factor limitador en els ecosistemes aquàtics; als llocs en què els corrents marins pugen arrossegant el fòsfor sedimentat, és on es forma el plàncton)

  • El fòsfor és un component molt important dels organismes, perquè forma part de molècules com l'ADN o ARN, així com d'altres que emmagatzemen energia, com ara els fosfolíps. A les plantes n'hi ha menys que als animals.

  • El pas a l'atmosfera es fa a través de l'emissió de cendra i pols dels volcans.

  • Els éssers humans extraiem el fòsfor de les roques per fabricar fertilitzants químics i detergents, i del mar mitjançant la pesca, igual que les aus marines.

Dibuix:

'Cicles biogeoquímics'

4