El flujo de la materia en los ecosistemas

La circulación de elementos en la naturaleza

Los elementos como carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, calcio, potasio, azufre y fósforo son importantes para el crecimiento y desarrollo de los organismos. En la naturaleza son asimilados inicialmente por los organismos productores, que los absorben del suelo, del agua y del aire en forma de iones como los nitratos (NO3)– y de moléculas como el gas carbónico (CO2), para ser transferidos en las cadenas tróficas a los consumidores y los descomponedores.

Los movimientos cíclicos de elementos entre los organismos y su ambiente se conocen como ciclos biogeoquímicos, los cuales se agrupan en ciclos gaseosos y ciclos sedimentarios. En los ciclos gaseosos, los elementos circulan principalmente entre la atmósfera y los organismos habitantes de ecosistemas terrestres y acuáticos. En ellos, los elementos se transportan fácilmente por el viento y el agua de un punto de la Tierra a otro y se reciclan constantemente. Pero su reservorio principal es la atmósfera. Algunos elementos que circulan en estos ciclos son el oxígeno, el carbono, el nitrógeno y el azufre.

Aquellos elementos que no se transforman fácilmente a estado gaseoso y por lo tanto no se encuentran con frecuencia en la atmósfera tienen ciclos sedimentarios. En estos, los elementos circulan principalmente en la corteza terrestre y el tiempo de su reciclaje es largo, pues algunos pueden quedar retenidos en las rocas durante miles y millones de años. Entre ellos están el fósforo, el calcio y el potasio.

Los ciclos geoquímicos permiten el movimiento de la materia en los ecosistemas, la cual pasa de orgánica a inorgánica gracias a la descomposición que ocurre al final de una cadena trófica. Esta materia vuelve a incorporarse en la formación de alimentos, manteniéndose una constante circulación y transferencia de materia. Los ciclos facilitan tanto el reciclaje de la materia como su transporte. Es importante comprender que el flujo de energía (radiación solar) en los ecosistemas va en una sola dirección en cambio el movimiento de los nutrientes (materia) es cíclico.

El carbono, el oxígeno y el nitrógeno son elementos que constituyen diferentes estructuras que forman parte de los seres vivos. El carbono es el elemento fundamental de todos los compuestos orgánicos; el nitrógeno se encuentra en las proteínas y el oxígeno en todos los compuestos orgánicos, excepto en los hidrocarburos.

Necesidad de energía en los ciclos biogeoquímicos

En los ciclos biogeoquímicos ocurren transformaciones de la materia que involucran reacciones químicas, estas requieren energía en los procesos y también pueden liberarla, por lo que existe una relación entre el flujo de materia y de energía, los seres vivos y los elementos químicos.

Los ciclos biogeoquímicos son ciclos de vida que ocurren en la tierra y que son activados de forma directa o indirecta por el Sol, así:

  • En el ciclo del carbono, las plantas toman el CO2 y requieren de la luz solar para iniciar el proceso de fotosíntesis a partir del cual el carbono que se encontraba en un compuesto inorgánico pasará a ser parte de un compuesto orgánico, la glucosa. La respiración celular es un proceso que cumplirán todos los seres aerobios que forman parte de las cadenas alimentarias; esta producirá energía aprovechable para las células y devolverá el CO2 al ambiente.
  • En el ciclo del oxígeno, este se liberará a la atmósfera gracias a la acción del Sol, que descompone el agua. El proceso se denomina fotólisis.
  • En el ciclo del nitrógeno, el nitrógeno gaseoso que se encuentran en el aire es fijado y puede ser aprovechado por los organismos para elaborar compuestos orgánicos como proteínas.
  • En el ciclo del agua, la energía solar facilita que el agua cambie de estado y pueda pasar al estado gaseoso y luego volver a precipitarse.

Equilibrio entre los procesos de fotosíntesis y respiración celular

Estos dos procesos relacionan de manera estrecha a los seres vivos, pues la fotosíntesis captura la energía solar que llega prácticamente a todos los organismos que conforman la Tierra, en tanto que la respiración es un proceso mediante el cual los seres vivos consumen la energía solar que fue previamente transformada y almacenada en los alimentos.

Las plantas realizan fotosíntesis y respiración celular de manera simultánea, pero para que las plantas crezcan se requiere que la velocidad a la que ocurre la fotosíntesis sea mayor a la respiración. Cuando la luz, el CO2 o el agua son escasas las plantas continúan respirando para mantenerse vivas, pero la fotosíntesis que realizan es escasa, lo cual no les permite crecer.

Los animales toman los alimentos de los organismos productores y de otros animales y, junto con el oxígeno que obtienen por medio de la respiración, consiguen la energía necesaria para cumplir con los procesos que los mantienen con vida.

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