Concepto de energía: Al mirar a nuestro
alrededor se observa que las plantas crecen, los animales se trasladan y que
las máquinas y herramientas realizan las más variadas tareas. Todas estas
actividades tienen en común que precisan del concurso de la energía.
La energía es la
propiedad de todo cuerpo o sistema material en virtud de la cual éste puede
cambiar y transformarse o puede actuar sobre otros originando en ellos procesos
de cambio, como por ejemplo: Moverse o mover a otro, un objeto que estaba
quieto pasa a moverse, moverse de otra manera (más rápido o lento), cambiar su
temperatura, deformarse... Vamos, que cada vez que ocurre algo, que algo se
mueve, que hay una modificación en el estado de las cosas respecto de su
situación anterior hay energía. La energía se posee y se puede transmitir de
unos objetos a otros.
Diferentes fuentes de energía
Las formas de energía:
Cada vez que hablamos de energía hablamos de un concepto que explica lo que
ocurre y que puede medirse. La forma en que los acontecimientos ocurren y por
tanto la manera en que se manifiesta la energía se llama formas de energía. Son
las siguientes:
• Mecánica: Aquella
relacionada con el movimiento y las fuerzas que pueden producirlo. Se
distingue:
• Sonora o vibrante: Asociada a la transmisión de vibraciones a través de la materia.
• Sonora o vibrante: Asociada a la transmisión de vibraciones a través de la materia.
• Energía térmica: Asociada
a la temperatura de los cuerpos. Se debe a la agitación de las moléculas que
constituyen la materia. Cuanta más temperatura tiene un cuerpo más vibran sus
átomos (razón por la que los cuerpos calientes dilatan). Un cuerpo a baja
temperatura tendrá menos energía térmica que otro que esté a mayor temperatura.
La transferencia de energía térmica de un cuerpo a otro debido a una diferencia
de temperatura se denomina calor.
• La Energía química: es la
asociada a los enlaces entre átomos y moléculas que constituyen la materia y
que se observa en las reacciones químicas. Por ejemplo, el carbón al quemarse
deja de ser sólido, se rompen los enlaces entre sus átomos y se transforma en
“humo” (gases) generando calor al liberarse la energía de sus enlaces.
• La Energía eléctrica:
es causada por el movimiento de las cargas eléctricas en el interior de los
materiales conductores, por tanto asociada a la corriente eléctrica. Esta
energía produce, fundamentalmente 3 efectos: luminoso, térmico y magnético.
• La Energía radiante: es
la que poseen las ondas electromagnéticas como la luz visible, las ondas de
radio, los rayos ultravioleta (UV), los rayos infrarrojos (IR), etc. La característica
principal de esta energía es que se puede propagar en el vacío, sin necesidad
de soporte material alguno. Ej: La energía que proporciona el Sol y que nos
llega a la Tierra en forma de luz y calor.
• Energía nuclear: es la energía
almacenada en el núcleo de los átomos y que se libera en las reacciones
nucleares de fusión (unión de núcleos) o fisión (ruptura de núcleos), ej.: la
energía del uranio que se manifiesta en los reactores nucleares.
ACTIVIDAD EN CLASE COMPLETAR LA INFORMACIÓN DE LA SIGUIENTE TABLA
LAS PROPIEDADES DE LA ENERGÍA
La energía tiene unas propiedades que nos resultan
muy útiles en nuestra vida, Algunas de las propiedades de la energía son: La
energía se transfiere, se puede almacenar, se transporta y se transforma.
La
energía se transfiere. La energía puede pasar de unos cuerpos
a otros. Al dar una patada a un balón la energía mecánica del pie se transfiere
al balón
La
energía se puede almacenar. La energía se almacena en las pilas y
las baterías.
La energía se transporta de un lugar a otro. La
energía eléctrica se transporta por cables.
La
energía de transforma de unos tipos a otros. La energía
química de los combustibles se transforma en energía mecánica en los motores de
los coches.
EL
CALOR Y LA TEMPERATURA
El
calor
El calor es una forma de energía que se transmite de
unos cuerpos a otros y hace que aumente su temperatura.
La
temperatura
La temperatura mide el grado de calor o de frío que
tienen los cuerpos. Se mide en grados centígrados (°C).
El
termómetro es un aparato que se emplea para medir la
temperatura.
Los objetos que están a mayor temperatura se
perciben más calientes que los que están a menor temperatura. Además, cuando un
cuerpo recibe calor, aumenta su temperatura, mientras que cuando pierde calor,
disminuye su temperatura.
La
transmisión del calor
El calor se transmite a través de los materiales.
Según se comporten con el calor, los cuerpos pueden ser: conductores o
aislantes.
Materiales
conductores. Son los materiales que transmiten el calor
rápidamente. Los metales.
Materiales
aislantes. Son los materiales que transmiten el calor
lentamente. El corcho, el vidrio, la lana, la madera y el plástico.
La
dilatación y contracción de los cuerpos
La dilatación es el aumento de tamaño que
experimenta un cuerpo cuando sube la temperatura.
La contracción es la disminución de tamaño que
experimenta un cuerpo cuando baja la temperatura.
El
calor y las transformaciones de la energía
El calor está presente en las transformaciones de la
energía, pues siempre que se produce una transformación de energía, una parte
de ella se transforma en calor.
Cuando encendemos una bombilla, la energía eléctrica
se convierte en luz, pero si tocamos la bombilla está caliente, estos se deben
a que parte de la energía eléctrica se ha transformado en calor.
LA ELECTRICIDAD Y EL MAGNETISMO
Las cargas eléctricas
La electricidad es una forma de energía que depende
de la carga eléctrica de los cuerpos.
La carga de los cuerpos
En general, todos los objetos que nos
rodean tienen el mismo número de cargas positivas y negativas. Son
eléctricamente neutros.
Las fuerzas entre las cargas eléctricas
Los cuerpos cargados ejercen fuerzas
sobre otros cuerpos cargados. Estas fuerzas pueden ser de atracción o de
repulsión.
Fuerzas de atracción. Los cuerpos cargados con cargas eléctricas de
distinto tipo se atraen.
LOS
IMANES Y EL MAGNETISMO
Un imán es un
objeto capaz de atraer a objetos fabricados con hierro y otros metales.
El magnetismo es la propiedad que tienen los imanes
para atraer otros imanes o algunos objetos metálicos.
Los imanes pueden ser naturales o artificiales.
ACTIVIDAD DE BIOLOGÍA: LEE Y RESPONDE LAS PREGUNTAS
TOMADO DE: BAYONA, L. A. RICARDO, O. R. Explora la tierra y la vida 7°. Editorial Educar Editores. S.A. 2010. Páginas 90-91
EJE
TEMÁTICO: COMPONENTE ECOSISTEMICO Y BIODIVERSIDAD
I. INDICADORES DE
DESEMPEÑO: Analizar el potencial de los recursos naturales de
mi entorno para la obtención de energía
e indico sus posibles usos. Identificar
factores de contaminación en mi entorno y sus implicaciones para la
salud. Manejar y cuidar de manera
adecuada los recursos de su entorno
II.
CONTENIDO: Los ciclos biogeoquímicos
Tomado de:
CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
Se denomina ciclo bioquímico al
movimiento de cantidades masivas de carbono, nitrógeno, oxígeno, hidrógeno,
calcio, sodio, azufre, fósforo, potasio, y otros elementos entre los seres
vivos y el ambiente (atmósfera, biomasa y sistemas acuáticos) mediante una
serie de procesos de producción y descomposición. En la biosfera la materia es
limitada de manera que su reciclaje es un punto clave en el mantenimiento de la
vida en la Tierra; de otro modo, los nutrientes se agotarían y la vida
desaparecería.
Un elemento químico o molécula
necesario para la vida de un organismo, se llama nutriente o nutrimento. Los
organismos vivos necesitan de 30 a 40 elementos químicos, donde el número y
tipos de estos elementos varía en cada especie. Los elementos requeridos por
los organismos en grandes cantidades se denominan:
1. Macronutrientes: Carbono, oxígeno, hidrógeno,
nitrógeno, fósforo, azufre, calcio, magnesio y potasio. Estos elementos y sus
compuestos constituyen el 97% de la masa del cuerpo humano, y más de 95% de la
masa de todos los organismos.
El ciclo de los nutrientes desde el
biotopo (en la atmósfera, la hidrosfera y la corteza de la tierra) hasta la
biota, y viceversa, tiene lugar en los ciclos biogeoquímicos (de bio: vida,
geo: en la tierra), ciclos, activados directa o indirectamente por la energía
solar, incluyen los del carbono, oxígeno, nitrógeno, fósforo, azufre y del agua
(hidrológico). Así, una sustancia química puede ser parte de un organismo en un
momento y parte del ambiente del organismo en otro momento.
La integración de las actividades
metabólicas de todos los microorganismos de un ecosistema es la causa de una
gran parte de los cambios que se producen tanto en sus componentes bióticos
como en los abióticos.
Las interacciones son dinámicas porque
cambian con el tiempo mientras las diferentes poblaciones se van adaptando al
ambiente (en sentido amplio) para lograr un equilibrio en el conjunto.
Ciclo biogeoquímico: movimientos de
materiales a través de reacciones químicas en toda la biosfera.
Supone un cambio de materiales entre
las partes bióticas y abióticas de la biosfera. Los microorganismos, a través
de sus actividades metabólicas, desempeñan un papel importante en el
intercambio de materiales entre los diversos apartados de la biosfera.
Los principales elementos integrantes
de la materia viva son los más intensamente ciclados por los microorganismos:
el carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre.
La actividad humana que origina una
liberación de elementos alterando los equilibrios de las etapas de los ciclos
biogeoquímicos pueden tener gran importancia en el desarrollo de las
poblaciones microbianas, de plantas y de animales y en la productividad de los
ecosistemas particulares.
Ciclo del carbono
El ciclo comprende la transferencia
del bióxido de carbono y el carbono orgánico entre la atmósfera, donde está
principalmente en forma de CO2, y la hidrosfera y litosfera donde
está en forma de carbono orgánico e inorgánico. El proceso de fijación del
carbono atmosférico se produce por microorganismos fotolitotrofos y
quimiolitotrofos. El carbono fijado (reducido) vuelve a la atmósfera como
resultado de la respiración.
La formación de metano (CH4)
por bacterias metanógenas es una desviación del ciclo llevada a cabo por arqueobacterias.
El metano no es utilizable por otros organismos. La principal fuente de metano
atmosférico es la biógena y, dentro de ella, la producción de este gas durante
el proceso de fermentación que tiene lugar en el rumen de los herbívoros.
Relaciones tróficas: El carbono
fijado por los productores primarios (producción primaria bruta) comienza a ser
consumida por los propios productores primarios y mineralizado por ellos a CO2.
Sólo una parte de la producción primaria (producción primaria neta) sirve de
alimento para los productores secundarios y así se forman las cadenas tróficas.
La mayor parte del carbono se pierde
de forma en forma de CO2 por lo que conforme se asciende en la
cadena trófica la cantidad de biomasa es menor. Por otra parte, el balance
entre el carbono fijado por la fotosíntesis y el consumido durante la
respiración da lugar a una acumulación o reducción de la biomasa total del
ecosistema. Normalmente, entre el 85% y el 90% de la energía acumulada en forma
de carbono orgánico en un nivel trófico es consumida por la respiración durante
la transferencia al siguiente nivel. Por esto, la cantidad de biomasa en
niveles tróficos superiores es cada vez menor.
Se pueden establecer cadenas tróficas
de materia viva (organismos depredadores) y cadenas tróficas de materia muerta
(detritus) en la que la actividad de los microorganismos conduce a la
mineralización (producción de CO2) o la reinserción en el ciclo
(formación de biomasa por los microorganismos consumidores de detritus)
biológico del material inutilizable.
Los microorganismos son los
principales responsables de la mineralización de la materia orgánica de los
detritus. Los distintos productos orgánicos tienen diferentes tasas de
mineralización por los microorganismos. Así mismo, en la velocidad de
mineralización microbiana tiene una gran influencia el pH, temperatura, humedad
y grado de aireación del suelo; factores que influyen también en los tipos de
poblaciones microbianas que van a desarrollar los respectivos procesos.
Movilización e inmovilización
microbiana del carbono: La actividad microbiana puede hacer el
carbono inaccesible a los consumidores mediante transformaciones que lleven a
la formación de humus (restos de material vegetal difícilmente metabolizable) o
a la producción de metano. Así mismo, la conversión de formas de carbono no
digestibles (celulosa, materia fecal) en biomasa utilizable es resultado de la
actividad microbiana.
Ciclo del hidrógeno y del oxígeno
Son ciclos íntimamente relacionados
con el del carbono.
El sitio de reserva principal de ambos
elementos es el agua y el ciclo comprende reacciones de oxidorreducción
componentes de los procesos respiratorios y de fotolisis del agua.
Actividades microbianas y oxígeno: El
metabolismo microbiano está condicionado por la disponibilidad y tolerancia al
oxígeno. El nivel de oxígeno en un ambiente puede medirse por el potencial de
oxidorreducción del mismo. La actividad microbiana (excepto en el caso de la
fotosíntesis oxigénica) tiende a reducir el potencial redox y a dificultar la
vida aerobia. Muchos microorganismos pueden continuar su actividad en
condiciones anaerobias; pero esto no es posible en el caso de animales.
pH y actividades microbianas: La actividad
microbiana causa cambios en el pH del suelo o agua en la que se produzca. Estos
cambios en el pH pueden tener efectos selectivos fuertes sobre otras bacterias
(no suficientemente acidófilas para tolerar ambientes extremos cuando éstos se
produzcan) y tiene efectos químicos sobre la solubilidad de gases en el agua,
la disponibilidad de nutrientes cuya solubilidad varía y la concentración de
metales pesados en los ecosistemas.
Ciclo del nitrógeno: Fijación del
nitrógeno
Proceso de reducción del N2
atmosférico, no asimilable, a NH4+ asimilable por las plantas y, a
través de ellas, por toda la cadena trófica.
La fijación de nitrógeno se produce
únicamente por bacterias en condiciones anaerobias y requiere el consumo de una
gran cantidad de energía.
La fijación de nitrógeno supone unos
2x108Tm al año (unas 8 veces la producción anual de abonos nitrogenados).
Amonificación: Consiste en
la liberación del NH4+ de las moléculas iorgánicas. Es un proceso
microbiano producido por microorganismos ureolíticos y por especies que posean
desaminasas.
Nitrificación: Proceso en el
que ciertos quimiolitotrofos utilizan la energía liberada en la oxidación del
NH4+ para sus reacciones metabólicas. Este proceso es muy poco
eficiente, por lo que es necesaria la oxidación de una gran cantidad de
substrato para que pueda producirse un crecimiento apreciable de este tipo de
microorganismos. Por otra parte, el proceso es obligadamente aerobio.
La nitrificación produce un cambio
notable en el estado de oxidación del nitrógeno fijado al pasar de forma
catiónica (NH4+) a aniónica (NO3-). En suelos arcillosos
de gran carga negativa, el NH4+ queda retenido con más facilidad,
mientras que el NO3- no se
retiene y pasa a aguas subterráneas con lo que sale del sistema. Un efecto
colateral negativo de la nitrificación es que los nitratos son tóxicos para
animales ya que pueden dar lugar, entre otros efectos indeseables, a la
producción de nitrosaminas y de otros agentes cancerígenos. En ciertas
ocasiones, se han utilizado inhibidores de la nitrificación para reducir estos
efectos en el suelo.
Desnitrificación: Se produce
por la actividad de microorganismos que, en condiciones de anaerobiosis, son
capaces de utilizar NO3- y NO2- como aceptores finales de
electrones en procesos de respiración anaerobia. Los productos finales son
diferentes estados de oxidación del nitrógeno (NO, N2O, N2)
dependiendo de la disponibilidad de materia orgánica, de la concentración de
nitratos y del pH del suelo.
Este proceso cierra el ciclo del
nitrógeno: es una reducción desasimiladora.
Ciclo del azufre
El ciclo comprende varios tipos de
reacciones redox desarrolladas por microorganismos:
I.
Ciertos tipos de bacterias son capaces de
extraer el azufre de compuestos orgánicos (proceso de desulfuración) que rinde
SO4= en condiciones aerobias y H2S en condiciones
anaerobias.
Bacterias anaerobias respiradoras de SO4=
que producen la acumulación de H2S hasta alcanzar concentraciones
tóxicas.
Bacterias fotosintéticas anaerobias pueden
usar el H2S como donador de electrones en sus procesos metabólicos
dando lugar a depósitos de azufre elemental (Sº).
Bacterias quimiolitotrofas que utilizan el H2S
como fuente de energía para la producción de ATP.
En muchos casos se producen
asociaciones entre bacterias formadoras y consumidores de H2S en un
sistema balanceado. En todos los caos, el Sº es la forma no asimilable y sólo
puede entrar en el ciclo por la acción de algunas bacterias que son capaces de
oxidarlo a SO4=.
Drenaje ácido de las minas: En minas de
carbón en muchas ocasiones hay una contaminación con pirita (Fe2S)
que se oxida rápidamente en contacto con el aire y por acción microbiana. La
oxidación de estos sulfuros puede dar lugar a la producción de grandes
cantidades de SO4H2 que acidifica el suelo impidiendo
todo crecimiento posterior de plantas o de bacterias no acidófilas extremas.
Este ácido puede alcanzar el agua de los ríos al escurrir de las pilas de
carbón que están sufriendo el proceso.
OTROS CICLOS
Fósforo
Este ciclo no está sometido a procesos
redox porque la forma esencial del fósforo (tanto orgánico como inorgánico) es
el fosfato. La actividad microbiana reside en la capacidad de producción de
otros ácidos orgánicos que aumenten o disminuyan la solubilidad de los fosfatos
en el ecosistema haciéndolos más o menos accesibles a otros organismos.
El fosfato suele ser limitante del
crecimiento. Una entrada masiva de fosfatos en el sistema (como ocurre debido
al empleo masivo de detergentes fosfatados) aumenta la productividad del
ecosistema con lo que la materia orgánica aumenta considerablemente. Cuando esta
materia orgánica comienza a descomponerse, se incrementan los procesos de
respiración y, por consiguiente, el consumo de oxígeno, lo que genera un
incremento de anaerobiosis conocido como proceso de eutrofización.
Hierro
El ciclo de este elemento está
asociado a la conversión entre sus formas Fe2+ más solubles que las
Fe3+. Los microorganismos que oxidan hierro (quimiolitotrofos) producen cambios
en la accesibilización del elemento a otros miembros del ecosistema.
Calcio
El ciclo biogeoquímico del calcio
consiste en variaciones de su solubilidad debido a la formación de compuestos
carbonatados más (Ca(CO3H)2) o menos (CaCO3)
como consecuencia de la liberación por microorganismos de ácidos orgánicos que
desplacen el equilibrio entre ambas formas.
Metales pesados
Los microorganismos pueden cambiar el
estado de oxidación o de modificación (metilación, por ejemplo) de metales
pesados de manera que aumenten o disminuyan su toxicidad o su adsorción a las
membranas y estructuras biológicas, lo que influye determinantemente en su
acumulación a lo largo de la cadena trófica.
III.
ACTIVIDAD:
1.
Dibuja los ciclos biogeoquímicos descritos en
el tema
Para desarrollar la actividad (contaminación del suelo, agua y aire)
ACTIVIDAD DE BIOLOGÍA: LEE Y RESPONDE LAS PREGUNTAS
TOMADO DE: BAYONA, L. A. RICARDO, O. R. Explora la tierra y la vida 7°. Editorial Educar Editores. S.A. 2010. Páginas 90-91
EJE
TEMÁTICO: COMPONENTE ECOSISTEMICO Y BIODIVERSIDAD
I. INDICADORES DE
DESEMPEÑO: Analizar el potencial de los recursos naturales de
mi entorno para la obtención de energía
e indico sus posibles usos. Identificar
factores de contaminación en mi entorno y sus implicaciones para la
salud. Manejar y cuidar de manera
adecuada los recursos de su entorno
II.
CONTENIDO: Los ciclos biogeoquímicos
Tomado de:
CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
Se denomina ciclo bioquímico al
movimiento de cantidades masivas de carbono, nitrógeno, oxígeno, hidrógeno,
calcio, sodio, azufre, fósforo, potasio, y otros elementos entre los seres
vivos y el ambiente (atmósfera, biomasa y sistemas acuáticos) mediante una
serie de procesos de producción y descomposición. En la biosfera la materia es
limitada de manera que su reciclaje es un punto clave en el mantenimiento de la
vida en la Tierra; de otro modo, los nutrientes se agotarían y la vida
desaparecería.
Un elemento químico o molécula
necesario para la vida de un organismo, se llama nutriente o nutrimento. Los
organismos vivos necesitan de 30 a 40 elementos químicos, donde el número y
tipos de estos elementos varía en cada especie. Los elementos requeridos por
los organismos en grandes cantidades se denominan:
1. Macronutrientes: Carbono, oxígeno, hidrógeno,
nitrógeno, fósforo, azufre, calcio, magnesio y potasio. Estos elementos y sus
compuestos constituyen el 97% de la masa del cuerpo humano, y más de 95% de la
masa de todos los organismos.
2. Micronutrientes. Son los 30 ó más elementos
requeridos en cantidades pequeñas (hasta trazas): hierro, cobre, zinc, cloro,
yodo
El ciclo de los nutrientes desde el
biotopo (en la atmósfera, la hidrosfera y la corteza de la tierra) hasta la
biota, y viceversa, tiene lugar en los ciclos biogeoquímicos (de bio: vida,
geo: en la tierra), ciclos, activados directa o indirectamente por la energía
solar, incluyen los del carbono, oxígeno, nitrógeno, fósforo, azufre y del agua
(hidrológico). Así, una sustancia química puede ser parte de un organismo en un
momento y parte del ambiente del organismo en otro momento.
La integración de las actividades
metabólicas de todos los microorganismos de un ecosistema es la causa de una
gran parte de los cambios que se producen tanto en sus componentes bióticos
como en los abióticos.
Las interacciones son dinámicas porque
cambian con el tiempo mientras las diferentes poblaciones se van adaptando al
ambiente (en sentido amplio) para lograr un equilibrio en el conjunto.
Ciclo biogeoquímico: movimientos de
materiales a través de reacciones químicas en toda la biosfera.
Supone un cambio de materiales entre
las partes bióticas y abióticas de la biosfera. Los microorganismos, a través
de sus actividades metabólicas, desempeñan un papel importante en el
intercambio de materiales entre los diversos apartados de la biosfera.
Los principales elementos integrantes
de la materia viva son los más intensamente ciclados por los microorganismos:
el carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre.
La actividad humana que origina una
liberación de elementos alterando los equilibrios de las etapas de los ciclos
biogeoquímicos pueden tener gran importancia en el desarrollo de las
poblaciones microbianas, de plantas y de animales y en la productividad de los
ecosistemas particulares.
Ciclo del carbono
El ciclo comprende la transferencia
del bióxido de carbono y el carbono orgánico entre la atmósfera, donde está
principalmente en forma de CO2, y la hidrosfera y litosfera donde
está en forma de carbono orgánico e inorgánico. El proceso de fijación del
carbono atmosférico se produce por microorganismos fotolitotrofos y
quimiolitotrofos. El carbono fijado (reducido) vuelve a la atmósfera como
resultado de la respiración.
La formación de metano (CH4)
por bacterias metanógenas es una desviación del ciclo llevada a cabo por arqueobacterias.
El metano no es utilizable por otros organismos. La principal fuente de metano
atmosférico es la biógena y, dentro de ella, la producción de este gas durante
el proceso de fermentación que tiene lugar en el rumen de los herbívoros.
Relaciones tróficas: El carbono
fijado por los productores primarios (producción primaria bruta) comienza a ser
consumida por los propios productores primarios y mineralizado por ellos a CO2.
Sólo una parte de la producción primaria (producción primaria neta) sirve de
alimento para los productores secundarios y así se forman las cadenas tróficas.
La mayor parte del carbono se pierde
de forma en forma de CO2 por lo que conforme se asciende en la
cadena trófica la cantidad de biomasa es menor. Por otra parte, el balance
entre el carbono fijado por la fotosíntesis y el consumido durante la
respiración da lugar a una acumulación o reducción de la biomasa total del
ecosistema. Normalmente, entre el 85% y el 90% de la energía acumulada en forma
de carbono orgánico en un nivel trófico es consumida por la respiración durante
la transferencia al siguiente nivel. Por esto, la cantidad de biomasa en
niveles tróficos superiores es cada vez menor.
Se pueden establecer cadenas tróficas
de materia viva (organismos depredadores) y cadenas tróficas de materia muerta
(detritus) en la que la actividad de los microorganismos conduce a la
mineralización (producción de CO2) o la reinserción en el ciclo
(formación de biomasa por los microorganismos consumidores de detritus)
biológico del material inutilizable.
Los microorganismos son los
principales responsables de la mineralización de la materia orgánica de los
detritus. Los distintos productos orgánicos tienen diferentes tasas de
mineralización por los microorganismos. Así mismo, en la velocidad de
mineralización microbiana tiene una gran influencia el pH, temperatura, humedad
y grado de aireación del suelo; factores que influyen también en los tipos de
poblaciones microbianas que van a desarrollar los respectivos procesos.
Movilización e inmovilización
microbiana del carbono: La actividad microbiana puede hacer el
carbono inaccesible a los consumidores mediante transformaciones que lleven a
la formación de humus (restos de material vegetal difícilmente metabolizable) o
a la producción de metano. Así mismo, la conversión de formas de carbono no
digestibles (celulosa, materia fecal) en biomasa utilizable es resultado de la
actividad microbiana.
Ciclo del hidrógeno y del oxígeno
Son ciclos íntimamente relacionados
con el del carbono.
El sitio de reserva principal de ambos
elementos es el agua y el ciclo comprende reacciones de oxidorreducción
componentes de los procesos respiratorios y de fotolisis del agua.
Actividades microbianas y oxígeno: El
metabolismo microbiano está condicionado por la disponibilidad y tolerancia al
oxígeno. El nivel de oxígeno en un ambiente puede medirse por el potencial de
oxidorreducción del mismo. La actividad microbiana (excepto en el caso de la
fotosíntesis oxigénica) tiende a reducir el potencial redox y a dificultar la
vida aerobia. Muchos microorganismos pueden continuar su actividad en
condiciones anaerobias; pero esto no es posible en el caso de animales.
pH y actividades microbianas: La actividad
microbiana causa cambios en el pH del suelo o agua en la que se produzca. Estos
cambios en el pH pueden tener efectos selectivos fuertes sobre otras bacterias
(no suficientemente acidófilas para tolerar ambientes extremos cuando éstos se
produzcan) y tiene efectos químicos sobre la solubilidad de gases en el agua,
la disponibilidad de nutrientes cuya solubilidad varía y la concentración de
metales pesados en los ecosistemas.
Ciclo del nitrógeno: Fijación del
nitrógeno
Proceso de reducción del N2
atmosférico, no asimilable, a NH4+ asimilable por las plantas y, a
través de ellas, por toda la cadena trófica.
La fijación de nitrógeno se produce
únicamente por bacterias en condiciones anaerobias y requiere el consumo de una
gran cantidad de energía.
La fijación de nitrógeno supone unos
2x108Tm al año (unas 8 veces la producción anual de abonos nitrogenados).
Amonificación: Consiste en
la liberación del NH4+ de las moléculas iorgánicas. Es un proceso
microbiano producido por microorganismos ureolíticos y por especies que posean
desaminasas.
Nitrificación: Proceso en el
que ciertos quimiolitotrofos utilizan la energía liberada en la oxidación del
NH4+ para sus reacciones metabólicas. Este proceso es muy poco
eficiente, por lo que es necesaria la oxidación de una gran cantidad de
substrato para que pueda producirse un crecimiento apreciable de este tipo de
microorganismos. Por otra parte, el proceso es obligadamente aerobio.
La nitrificación produce un cambio
notable en el estado de oxidación del nitrógeno fijado al pasar de forma
catiónica (NH4+) a aniónica (NO3-). En suelos arcillosos
de gran carga negativa, el NH4+ queda retenido con más facilidad,
mientras que el NO3- no se
retiene y pasa a aguas subterráneas con lo que sale del sistema. Un efecto
colateral negativo de la nitrificación es que los nitratos son tóxicos para
animales ya que pueden dar lugar, entre otros efectos indeseables, a la
producción de nitrosaminas y de otros agentes cancerígenos. En ciertas
ocasiones, se han utilizado inhibidores de la nitrificación para reducir estos
efectos en el suelo.
Desnitrificación: Se produce
por la actividad de microorganismos que, en condiciones de anaerobiosis, son
capaces de utilizar NO3- y NO2- como aceptores finales de
electrones en procesos de respiración anaerobia. Los productos finales son
diferentes estados de oxidación del nitrógeno (NO, N2O, N2)
dependiendo de la disponibilidad de materia orgánica, de la concentración de
nitratos y del pH del suelo.
Este proceso cierra el ciclo del
nitrógeno: es una reducción desasimiladora.
Ciclo del azufre
El ciclo comprende varios tipos de
reacciones redox desarrolladas por microorganismos:
I.
Ciertos tipos de bacterias son capaces de
extraer el azufre de compuestos orgánicos (proceso de desulfuración) que rinde
SO4= en condiciones aerobias y H2S en condiciones
anaerobias.
Bacterias anaerobias respiradoras de SO4=
que producen la acumulación de H2S hasta alcanzar concentraciones
tóxicas.
Bacterias fotosintéticas anaerobias pueden
usar el H2S como donador de electrones en sus procesos metabólicos
dando lugar a depósitos de azufre elemental (Sº).
Bacterias quimiolitotrofas que utilizan el H2S
como fuente de energía para la producción de ATP.
En muchos casos se producen
asociaciones entre bacterias formadoras y consumidores de H2S en un
sistema balanceado. En todos los caos, el Sº es la forma no asimilable y sólo
puede entrar en el ciclo por la acción de algunas bacterias que son capaces de
oxidarlo a SO4=.
Drenaje ácido de las minas: En minas de
carbón en muchas ocasiones hay una contaminación con pirita (Fe2S)
que se oxida rápidamente en contacto con el aire y por acción microbiana. La
oxidación de estos sulfuros puede dar lugar a la producción de grandes
cantidades de SO4H2 que acidifica el suelo impidiendo
todo crecimiento posterior de plantas o de bacterias no acidófilas extremas.
Este ácido puede alcanzar el agua de los ríos al escurrir de las pilas de
carbón que están sufriendo el proceso.
OTROS CICLOS
Fósforo
Este ciclo no está sometido a procesos
redox porque la forma esencial del fósforo (tanto orgánico como inorgánico) es
el fosfato. La actividad microbiana reside en la capacidad de producción de
otros ácidos orgánicos que aumenten o disminuyan la solubilidad de los fosfatos
en el ecosistema haciéndolos más o menos accesibles a otros organismos.
El fosfato suele ser limitante del
crecimiento. Una entrada masiva de fosfatos en el sistema (como ocurre debido
al empleo masivo de detergentes fosfatados) aumenta la productividad del
ecosistema con lo que la materia orgánica aumenta considerablemente. Cuando esta
materia orgánica comienza a descomponerse, se incrementan los procesos de
respiración y, por consiguiente, el consumo de oxígeno, lo que genera un
incremento de anaerobiosis conocido como proceso de eutrofización.
Hierro
El ciclo de este elemento está
asociado a la conversión entre sus formas Fe2+ más solubles que las
Fe3+. Los microorganismos que oxidan hierro (quimiolitotrofos) producen cambios
en la accesibilización del elemento a otros miembros del ecosistema.
Calcio
El ciclo biogeoquímico del calcio
consiste en variaciones de su solubilidad debido a la formación de compuestos
carbonatados más (Ca(CO3H)2) o menos (CaCO3)
como consecuencia de la liberación por microorganismos de ácidos orgánicos que
desplacen el equilibrio entre ambas formas.
Metales pesados
Los microorganismos pueden cambiar el
estado de oxidación o de modificación (metilación, por ejemplo) de metales
pesados de manera que aumenten o disminuyan su toxicidad o su adsorción a las
membranas y estructuras biológicas, lo que influye determinantemente en su
acumulación a lo largo de la cadena trófica.
III.
ACTIVIDAD:
1.
Dibuja los ciclos biogeoquímicos descritos en
el tema
2.
¿De qué forma se benefician los seres vivos
con los ciclos biogeoquímicos?
3.
¿De qué manera la contaminación afecta los
ciclos biogeoquímicos?
4.
Haga una conclusión sobre el tema visto
Para desarrollar la actividad (contaminación del suelo, agua y aire)
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