Apuntes sobre os ciclos dos elementos

Ciclo do nitróxeno

Os seres vivos contan cunha proporción de nitróxeno na súa composición do 1%. Este atópase no aire en cantidades moito maiores (78% en volume) pero nesta forma só é accesible a un conxunto moi restrinxido de formas de vida, como as cianobacterias e as azotobacteriáceas.

Os organismos fotoautótrofos (plantas ou algas) requiren polo xeral nitrato (NO₃), como forma de ingresar o seu nitróxeno;

Os heterótrofos (p. ex. os animais) necesitan o nitróxeno xa reducido, en forma de radicais amino (-NH₂), para poder formar proteínas e tómano formando parte da composición de distintas biomoléculas nos seus alimentos.

Os autótrofos reducen o nitróxeno oxidado que reciben como nitrato (NO₃), a grupos amino, reducidos (asimilación). Para volver contar con nitrato fai falta que os descomponedores extráiano da biomasa deixándoo na forma reducida de ion amonio (NH₄ ), proceso que se chama amonificación; e que logo o amonio sexa oxidado a nitrato, proceso chamado nitrificación e desenvolvido polas bacterias nitrificantes .
Así parece que se pecha o ciclo biolóxico esencial. Pero o amonio e o nitrato son sustancias extremadamente solubles, que son arrastradas facilmente pola escorrentía e a infiltración, o que tende a levalas ao mar ou lagos.

Existen tamén outros dous procesos, mutuamente simétricos, nos que está implicado o nitróxeno atmósférico (N₂). Trátase da fixación de nitróxeno, que orixina compostos solubles a partir do N₂ inorgánico atmosférico e a desnitrificación, unha forma de respiración anaerobia que devolve N₂ á atmosfera.

Fixación de nitróxeno

A fixación de nitróxeno é a conversión do nitróxeno do aire (N2) a formas distintas susceptibles de incorporarse á composición do chan ou dos seres vivos, como o ion amonio (NH4 ) ou os iones nitrito (NO2) ou nitrato (NO3); e tamén o conversión a sustancias atmosféricas químicamente activas, como o dióxido de nitróxeno (NO2), que reaccionan facilmente para orixinar algunha das anteriores.

• Fixación abiótica

  . A fixación natural pode ocorrer por procesos químicos espontáneos, como a oxidación que se produce pola acción dos raios durantes as tormentas, que forma óxidos de nitróxeno a partir do nitróxeno atmosférico.
  

• Fixación biolóxica

  de nitróxeno. É un fenómeno fundamental que depende da habilidade metabólica duns poucos organismos para tomar N2 e reducilo a nitroxeno orgánico:
  A fixación biolóxica realízana tres grupos de microorganismos :
  
  • Bacterias de vida libre no chan, de xéneros como Azotobacter ou Klebsiella
    
  • Bacterias simbióticas dalgunhas plantas: Hai multitude de especies encadradas no xénero Rhizobium
    
  • Cianobacterias de vida libre ou simbiótica. As cianobacterias de vida libre son moi abundantes no plancto mariño e son os principais fijadores no mar.
    

Amonificación

A amonificación é a conversión a ión amonio do nitróxeno presente nos seres vivos en forma principalmente de (NH₂) ou (NH^-). Os animais, que non oxidan o nitróxeno, desfanse do que teñen en exceso en forma de distintos compostos: os acuáticos producen directamente amoníaco (NH₃), que en disolución se converte en ion amonio (NH4). Os terrestres producen urea, ou compostos nitroxenados insolubles como a guanina e o ácido úrico, é a forma común en aves ou en insectos e, en xeral, en animais que non dispón dunha subministración garantida de auga.

Nitrificación

A nitrificación é a oxidación biolóxica do amonio a nitrato por microorganismos aerobios do solo chamados bacterias nitrificantes. A estes organismos o proceso sérvelles para obter enerxía.

• Partindo de amonio NH₄ obtense nitrito (NO₂) . Realízano bacterias de, entre outros, os xéneros Nitrosomonas e Nitrosococcus.
  
• Logo Partindo de nitrito(NO₂) prodúcese nitrato (NO₃). Realízano bacterias do xénero Nitrobacter.
  A combinación de amonificación e nitrificación devolve a unha forma asimilable polas plantas, o nitróxeno que elas tomaron do chan e puxeron en circulación pola cadea trófica.
  

Desnitrificación

A desnitrificación é a redución do ión nitrato (NO₃), presente no chan ou na auga, a nitróxeno o (N2) a sustancia máis abundante na composición do aire. Este proceso é o oposto á fixación do nitróxeno e empobrece os solos.

Realízano certas bacterias heterótrofas, como Pseudomonas fluorescens, para obter enerxía. O proceso prodúcese en condicións anaerobias por bacterias que normalmente prefiren utilizar o osíxeno se está dispoñible.

O proceso segue uns pasos nos que o átomo de nitróxeno atópase sucesivamente baixo as seguintes formas:

nitrato → nitrito → óxido nítrico → óxido nitroso → nitróxeno molecular

Aa desnitrificación é fundamental para que o nitróxeno volva á atmosfera, o único xeito de que non termine disolto integramente nos mares, deixando sen nutrientes á vida continental, xa que a fixación de nitróxeno, abiótica e biótica, terminaría por provocar a eliminación do N₂ atmosférico.

Ciclo do azufre

O xofre do planeta atópase en forma de minerais, tanto de sulfato (sobre todo xeso e sulfato cálcico) como de sulfuro (especialmente pirita e sulfuro de ferro); con todo, o principal reservorio de xofre da biosfera constitúeo o mar (en forma de sulfato inorgánico)

Na biosfera a principal fonte de S para os seres vivos son os sulfatos inorgánicos. Así o toman do medio as plantas, bacterias e fungos que o incorporan como e como sulfato principalmente, transformándono en H2S. Os heterótrofos tómano dos escalonestróficos inferiores. As plantas tamen poden tomar por absorción foliar o SO2 das emisions antropicas.

As sustancias de refugallo e restos de animais e plantas devolven ao medio o S inorgánico, que mineralizado por bacterias e fungos transfórmano en S (xofre elemental), en H2S (Sulfuro de hidrox) e en sulfuros de Fe. Estas sustancias poden ser oxidadas de novo a sulfato pola acción de diversos microorganismos. O carbón e o petróleo conteñen cantidades importantes de S, en diversos estados químicos, que se transforma en SO2 e pasa á atmosfera cando son queimados.

Nos océanos profundos o SO4 que é reducido a H2S en anaerobiose, polo que pode combinarse co ferro dando piritas ou pode ascender a lugares osixenados para dar SO4 de novo por procesos foto o quimisinteticos.

O paso do H2S a atmósfera é levado principalmente por un grupo de algas que que ao morrer liberan dimetil sulfuro que crean núcleos de condensación que formaran as nubes.

Este ciclo exemplifica como a acción humana pode cambiar as condicións ecolóxicas: un elemento de ciclo principalmente sedimentario, comeza a acumularse, nos últimos decenios, en cantidades apreciables na atmosfera, xunto ao emitido polos volcáns.
O SO2 atmosférico pode oxidarse a SO3 e a H2SO4. O ácido sulfúrico é o causante, xunto co nítrico, da choiva aceda, de acción devastadora sobre bosques e ecosistemas lacustres.

Ciclo do fósforo A proporción de fósforo na materia viva é relativamente pequena, É compoñente dos ácidos nucleicos como o ADN, atópase tamén nos ósos e os dentes de animais, . A maior reserva de fósforo está na cortiza terrestre e nos depósitos de rocas mariñas. Os seres vivos toman o fósforo, P, en forma de fosfatos (PO4)a partir das rocas fosfatadas, que mediante meteorización descomponse e liberan os fosfatos que pasan aos vexetais polo chan, seguidamente,pasan aos animais, cando estes excretan e os descomponedores actúan e volven producir fosfatos. Unha parte destes fosfatos son arrastrados pola chuvia e cursos de auga e poden transportar este fosfato aos mantos acuíferos ou aos océanos, no cal tómano as algas, peixes e aves mariñas, as cales producen guano nas súas defecacións( o cal úsase como abono na agricultura xa que libera grandes cantidades de fosfatos). Os restos dalgunhas algas, os peixes e os esqueletos dos animais mariños dan lugar no fondo do mar polos procesos de sedimentación a rochas fosfatadas , que poden afloran por movementos orogénicos e pasar outra vez aos ecosistemas terrestres. O ciclo do fósforo difire con respecto ao do carbono, nitróxeno e xofre nun aspecto principal. O fósforo non forma compostos volátiles que lle permitan pasar dos océanos á atmosfera e desde alí retornar a terra firme. Unha vez no mar, só existen dous mecanismos para a reciclaxe do fósforo desde o océano cara os ecosistemas terrestres. Un é mediante as aves mariñas que recollen o fósforo que pasa a través das cadeas alimentarias mariñas e que poden devolvelo á terra firme nos seus excrementos. Outro é a posibilidade do levantamento xeolóxico dos sedimentos do océano cara a terra firme, un proceso medido en miles de anos. O home tamén mobiliza o fósforo cando explota rocas que conteñen fosfato para fabricar fertilizantes.