Introducción al estudio de los ciclos biogeoquímicos
La energía que fluye en los ecosistemas se incorpora, se almacena, se utiliza y, finalmente, se disipa en forma de calor, por lo que ya no puede ser utilizada. Sin embargo, los elementos químicos no presentan estas características ya que pueden variar en su forma química, ser reciclados y usados repetidamente en un ecosistema.
Los nutrientes incorporados a la materia orgánica podrán circular entre los niveles tróficos, pasar a su forma inorgánica por la acción de detritívoros y descomponedores, y volver así a ser incorporados por los productores primarios.
La biogeoquímica es la ciencia que estudia los procesos químicos que ocurren dentro de los compartimentos de la biosfera, particularmente los flujos de elementos entre esos compartimentos, que son: atmósfera, litosfera, hidrosfera, biota y materia orgánica muerta. Además, los ciclos biogeoquímicos se pueden estudiar en diferentes escalas espaciales, por ejemplo, se puede ir aumentando la escala desde la dehesa a la cuenca hidrográfica de la que forma parte la dehesa.
Hay dos tipos de ciclos biogeoquímicos: con fase gaseosa y con fase sedimentaria. En los que tienen fase gaseosa, los principales reservorios del nutriente están en la atmósfera, o en disolución en el agua de los océanos. Un ejemplo es el ciclo del nitrógeno o el del oxígeno. En los ciclos de fase sedimentaria, los principales reservorios están en el suelo, rocas y minerales. Son adquiridos por los organismos cuando se encuentran como sales disueltas en las aguas del suelo, ríos, lagos, mar, etc. Un ejemplo es el fósforo. Por otro lado, hay elementos que presentan las dos fases, por ejemplo el carbono y el azufre.
En un ecosistema en equilibrio las entradas de nutrientes son iguales a las salidas. Si las entradas superan a las salidas se produce almacenamiento, y si las salidas superan a las entradas se produce pérdida. Las vías de entrada de nutrientes son:
– Meteorización de la roca madre: es la principal vía de entrada del calcio, hierro, magnesio, fósforo y potasio en los ecosistemas. La meteorización puede ser mecánica, causada por la congelación del agua o el crecimiento de las raíces en las fisuras de las rocas; o química, que viene determinada por el intercambio de iones entre las partículas del suelo. Suele aportar más nutrientes.
– Fijación biológica: importante para adquirir dióxido de carbono por fotosíntesis y nitrógeno por medio de los mutualismos.
– Deposición atmosférica: puede ser húmeda, por arrastre por la lluvia, nieve e incluso niebla; o seca, que se produce cuando las partículas se asientan durante los periodos sin lluvia.
– Agua de escorrentía: es el agua de lluvia que no es ni filtrada ni absorbida por las plantas. Fluye de forma paralela al suelo y termina en ríos, arroyos y lagos.
Las salidas de nutrientes de un ecosistema se producen por:
– Actividad biológica: pérdida de nutrientes, fundamentalmente hacia la atmósfera. Incluye muchos procesos: respiración aeróbica, respiración anaeróbica, desnitrificación y producción de compuestos orgánicos volátiles por parte de las plantas.
– Alteraciones: incendios que liberan dióxido de carbono y nitrógeno en forma de gas a la atmósfera.
– Agua de escorrentía: posiblemente la vía de salida más importante de nutrientes en muchos ecosistemas terrestres. Es muy rica en materia orgánica muerta y en partículas inorgánicas que son lavadas de los ecosistemas terrestres y exportadas por ríos y arroyos.
– Agua de lixiviación: fundamentalmente en ecosistemas asentados sobre roca madre permeable y que permite que el agua de lluvia se filtre hacia capas más profundas.
– Sedimentación en lagos y océanos: la mayor parte de la materia orgánica muerta que llega al fondo es descompuesta, los nutrientes se liberan y las mezclas de aguas y los afloramientos los llevan de nuevo a la superficie. Pero una pequeña parte se incorpora a los sedimentos oceánicos, donde pueden permanecer millones de años hasta que el suelo del océano es levantado por la actividad geológica y emerge a la atmósfera.