Un ciclo biogeoquímico es la circulación de materia entre los elementos bióticos de la tierra, la biósfera, y los elementos abióticos de la misma que incluyen la litósfera, la atmósfera y la hidrósfera.

En términos más comunes sería el intercambio de sustancias entre todo lo que está vivo y la tierra, el aire y el agua existentes en el planeta. Estas permutas incluyen una diversidad de elementos químicos como el calcio, el carbón, el mercurio, el nitrógeno, el oxígeno, el fósforo, el selenio y el sulfuro cada uno de estos en un proceso específico llamados ciclos porque asumen un proceso de consumo y producción de estos elementos..

Adicionalmente a los intercambios de elementos en los ciclos biogeoquímicos, también hay ciclos que emiten y consumen sustancias compuestas por moléculas (dos o más átomos agrupados) como son el agua (Hidrógeno y Oxígeno, H20, y el Sílice (Silicio y Oxígeno, SiO2).

Importancia de los Ciclos Biogeoquímicos.

Desde luego los ciclos biogeoquímicos que incluyen sustancias esenciales para la vida son los más importantes y estudiados ya que su equilibrio es vital para plantas, animales y humanos.

Por ejemplo, ¿qué pasaría si las plantas dejaran de consumir bióxido de carbono y de liberar grandes cantidades de oxígeno en un ciclo continuo? ¿Cuánto tiempo duraría el oxígeno en la atmósfera si no hubiera un sistema que mantuviera el equilibrio del aire que respiramos?

Independientemente del tiempo que resulte de este osado cálculo, la vida se terminaría, al menos para organismos superiores como nosotros.

Tipos de Ciclos Biogeoquímicos

Aunque los más importantes, los relacionados con la vida son los seis primeros, los ciclos más comunes que se han identificado son:

  • Ciclo de nutrientes
  • Ciclo litológico
  • Ciclo del calcio
  • Ciclo del mercurio
  • Ciclo del selenio
  • Ciclo del Sílice

¿Por qué los ciclos biogeoquímicos son fundamentales para la vida?

Las moléculas orgánicas son compuestos químicos que contienen carbono (C), en muchos casos formando enlaces con otros elementos o con otros átomos de carbono.

Entre los otros elementos que se unen al carbono para formar moléculas orgánicas se encuentra principalmente el hidrógeno, el oxígeno, el nitrógeno, el azufre, el fósforo y otros en menor grado.

Estos elementos son imprescindibles para la vida, por lo que su producción y el abasto continuo de ellos a la biósfera terrestre son indispensables e incluso insustituibles para la supervivencia.

Cabe señalar que hay moléculas formadas de carbono y algunos de los elementos mencionados que nos son moléculas orgánicas, como los plásticos por dar un ejemplo y que en muchos casos son creadas por el hombre.

Para darnos una idea de algunos de los compuestos orgánicos creados con estos elementos:

  • Carbohidratos (Carbono, oxígeno, hidrógeno)
  • Lípidos (Carbono, oxígeno, hidrógeno, azufre, fósforo, nitrógeno)
  • Proteinas 
  • Ácidos nucleicos ADN, ARN (Carbono, oxígeno, hidrógeno, fósforo, nitrógeno)

Por lo que podemos apreciar rápidamente que las piezas básicas para la vida, la perpetuación de la misma y la evolución, son creados por estos elementos.

La Tierra es un sistema cerrado.

Pese a que la tierra recibe energía continuamente del sol, e incluso emite cierta energía, la materia existente en el planeta no aumenta ni disminuye, solo se recicla. Por consiguiente para mantener un abasto constante de los elementos básicos para la vida, su recirculación es parte de la maquinaria de la vida misma.

En contraste, los diferentes biomas y ecosistemas que existen en la tierra, son sistemas abiertos que consumen o aportan productos al planeta.

Algunos de los ciclos biogeoquímicos son coadyuvantes o están interconectados, por lo que procesos de uno en ocasiones ayuda a la proliferación o el consumo de sustancias de otro. Por ejemplo, la fotosíntesis conecta al ciclo del oxígeno con el ciclo del carbono a través de este proceso realizado por las plantas que conocemos bien.

El ciclo del agua ayuda igualmente a la distribución de algunos elementos mediante su continuo movimiento en forma de lluvias, ríos y océanos.

Principales Ciclos Biogeoquímicos.

A continuación describimos brevemente los principales ciclos sin entrar en las complejidades de algunos de sus maravillosos subprocesos. Pero que pueden ser encontrados en sus artículos específicos.

Ciclo del agua.

El ciclo del agua comprende la circulación de agua entre los océanos hacia la atmósfera a través de evaporación y su precipitación cuando se condensa, muchas veces esto ya no ocurre sobre el mismo océano sino en la tierra lo que alimenta plantas y reabastece cuerpos de agua. Estos cuerpos de agua pueden ser líquidos donde igual posteriormente sufrirá un proceso de evaporación o sólidos como cuando se encuentra en forma de nieve o hielo. Ver el Ciclo del Agua.

Ciclo del oxígeno.

El ciclo del oxígeno no solo es vital sino fascinante. Empieza con la llegada de energía proveniente del sol donde a través de un proceso maravilloso, la fotosíntesis, mediante el cual las plantas consumen dióxido de carbono y liberan oxígeno hacia la atmósfera. Una enorme cantidad de los seres vivos, principalmente del reino animal, usan este oxígeno para vivir.

Todos estos seres vivos que consumen oxígeno al respirar, a su vez desechan dióxido de carbono como producto de desperdicio, por lo que un claro ciclo entre seres aeróbicos y plantas existe en el planeta. Detalles del ciclo del oxígeno.

Ciclo del azufre.

El azufre posiblemente no sea uno de los elementos más importantes en la composición de los organismos vivos, pero no deja de ser indispensable ya que es fundamental en la composición de las proteínas y de los cofactores enzimáticos. Dos elementos con una importante participación en la conservación de la vida.

Durante el ciclo del azufre, este elemento sufre varias transformaciones a través de combinaciones con diferentes elementos como el hidrógeno y pasando por procesos de oxidación al combinarse con oxígeno.

Trivializando el proceso, el azufre pasa por una etapa de mineralización cuando a partir de fuentes orgánicas se transforma en formas inorgánicas creando minerales los cuales son posteriormente oxidados para ser nuevamente usados por elementos orgánicos.

Este es un proceso largo y complejo que resumimos pero que puede ver el detalle aquí.

Ciclo del Nitrógeno.

Pese a la obsesión e importancia del oxígeno, no debemos olvidar que la atmósfera terrestre está compuesta de 78% Nitrógeno y 21% Oxígeno.

El ciclo del nitrógeno es otro proceso químicamente complejo que pasa por un proceso de descomposición, realizada por bacterias, de ese elemento en forma de gas como se encuentra en la atmósfera en amoníaco que después de un proceso de nitrificación es aprovechado por las plantas de donde pasa a los animales que lo amonifican y lo desechan a para posteriormente ser procesado nuevamente por bacterias y termine liberado a la atmósfera como gas. Ver el ciclo del nitrógeno a detalle.

Ciclo del Carbono.

El carbono es el principal componente de los seres orgánicos. Se considera que hasta un 18% de un ser humano es carbono. En la atmósfera, principalmente se encuentra en forma de dióxido de carbono y metano de donde es absorbido por el proceso de la fotosíntesis realizado por el reino vegetal.

El dióxido de carbono de la atmósfera también es absorbido por los cuerpos de agua, lo que produce su acidificación cuando los niveles son altos o igualmente se adhiere a los diferentes tipos de precipitaciones terminando en la tierra o el océano.

Sin embargo, el carbono se encuentra en una diversidad de formas en la tierra desde el contenido en los seres vivos en toda la biósfera, en el océano tanto disuelto en los mares como en los animales marinos, así como en los sedimentos y depósitos de combustibles fósiles (carbón, petróleo, etc), en minerales como los diamantes y aún incluso en la corteza y el manto terrestres.

Es tan abundante y diverso, que el intercambio de carbono entre estos diferentes repositorios en ocasiones son ciclos completamente independientes y muy diferentes como:

  • Ciclo de carbono atmosférico
  • Ciclo de carbono oceánico
  • Ciclo de carbono de la Biósfera Terrestre
  • Ciclo de Carbono geológico.

Ver el ciclo del Carbono.

Ciclo del fósforo

La importancia del fósforo simplemente se manifiesta cuando sabemos que es el componente principal del ADN.

Posiblemente el ciclo del fósforo sea el más lento comparado con el del agua o del carbono ya que puede durar entre 20,000 y 100,000 años.

Su desarrollo se da cuando plantas absorben fosfatos que son trasladados a los animales consumidores que regresan el fosfato a la tierra cuando mueren y tienen un largo proceso de sedimentación que puede darse en tierra o en los océanos para eventualmente volver a la tierra usada por las plantas nuevamente. Detalle del Ciclo del Fósforo.

Equilibrio de los Ciclos Biogeoquímicos

Los ciclos biogeoquímicos no siempre encuentran el balance perfecto tanto por condiciones ambientales o geológicas o incluso en los últimos siglos por las actividades humanas que trastornan el flujo de sus materiales de muy diversas formas.

Por ejemplo, un exceso de dióxido de carbono en la atmósfera, o un exceso de tala de árboles y bosques, puede alterar el equilibrio del ciclo del oxígeno y del carbono. Una intensa explosión volcánica o una tormenta solar, pueden igual generar cambios irreversibles en algunos lugares.

La complejidad de estos ciclos, hace que hasta pequeños trastornos modifiquen las condiciones y los resultados. Como mencionamos anteriormente factores geológicos, factores extraplanetarios y la influencia de la actividad de los humanos pueden causar mucho daño y su alteración le da forma a la vida en el planeta. Una sequía es un pequeño trastorno del ciclo del agua, sequías de muchos años pueden cambiar la geografía o la demografía de un lugar y la sobrevivencia de las especies que lo habitan. 

El entendimiento de los ciclos biogeoquímicos es vital para la conservación del medio ambiente y la supervivencia de las especies que habitan este planeta, incluidos los seres humanos.