ciclos biogeoquimicos.

Ciclo del azufre:

Las fuentes de los compuestos de azufre son las rocas y los suelos; éstos se desplazan por la atmósfera a través de precipitación. El balance geoquímico del azufre probablemente esta mantenido por la depositación, atreves de  la acción bacteriana de minerales sulfatados en los sedimentos.

Los procesos geológicos ocurren en las rocas y suelos, que contienen cantidades considerables de azufre libre o sulfuros, que al oxidarse por medio del agua forman ácido sulfúrico.

Las formas reducidas de ácido sulfúrico se deben al vulcanismo, al origen biogeoquímico y a procesos industriales. Esto da como resultado reacciones de oxidación, como el dióxido de azufre (SO2), sulfitos y acido sulfúrico.

El SO2 constituye el 95% de los compuestos de azufre derivados de la combustión de hidrocarburos.

El azufre en forma de sulfatos, tanto minerales como orgánicos, es utilizado por todos los organismos vivos. Los sulfatos son reducidos a grupos sulfhídricos (SH) durante la síntesis proteica.

Este  ciclo inicia con el elemento situado en la corteza terrestre; de manera natural, como se menciono líneas arriba, se forman óxidos, después ácidos y por ultimo sales que absorben los vegetales a través de sus raíces. Mediante los procesos químicos las sales se transforman en aminoácidos, que durante la fotosíntesis originan las proteínas, así como moléculas complejas y pesadas, lo contrario a los óxidos formados al principio de la cadena.

Al haber precipitación pluvial, las plantas, animales y los seres humanos recibimos un baño de agua acida (acido nítrico y sulfúrico), es decir, lo que conocemos como lluvia acida. No obstante, hace algunas décadas este proceso no afectaba, debido a que los ácidos quedaban disueltos, porque el agua en forma de lluvia era capaz de disolverlos.

Esta capacidad del agua de lluvia comenzó a disminuir a partir de la industrialización y el uso desmedido de los automóviles, cuya gasolina contiene azufre como contaminante. Este tipo de contaminación inicia cuando el tubo de escape de algún motor se calienta y activa el nitrógeno y el azufre liberándolo a la atmosfera, produciendo así ácidos nítricos y sulfúricos que elevan los niveles de contaminación atmosférica.

Quizá esto haya pasado desapercibido para la mayoría de la población que se encuentra reunida en las grandes urbes, incluida la ciudad de México como caso especial. Pero cuando los bosques empezaron a debilitarse y a morir; cuando las estatuas de bronce y otras obras de arte ubicadas en áreas abiertas mostraron señales de corrosión, fue entonces cuando nos percatamos de que la lluvia acida, producto de elementos nitrogenados y sulfúricos, tenían efectos nocivos.

La lluvia acida formada por estos compuestos no tiene fronteras, y al generarse localmente puede alcanzar dimensiones globales; la acción del viento interviene para depositar los elementos de un lugar a otro, así la contaminación que se genera en la ciudad de México  se desplaza a ciudades y países cercanos al nuestro ¿pero qué ocurre si las cantidades de lluvia acida que generan para sus vecinos son mayores que las que caen en su territorio?

El problema es latente. Cualquier tipo de contaminación deteriora el medio ambiente y daña la calidad de vida de las personas que habitamos en un planeta, donde no existen fronteras para la importación y exportación de ambientales.

Ciclo del calcio:

La lluvia combinada con el CO2 y los demás agentes atmosféricos, como el viento y la temperatura, reaccionan y meteorizan las rocas calizas y las rocas carbonaticas ígneas que contienen el calcio en grandes cantidades, arrastrando los compuestos del calcio a los suelos en donde las plantas toman el calcio para sus actividades metabólicas. De aquí pasa a los herbívoros y de estos a los carnívoros para luego ser degradado por medio de los descomponedores. El calcio se recicla continuamente en la litosfera y poco a poco por efecto de la erosión en los suelos, producida por el transporte de las aguas subterráneas y por los agentes atmosféricos como el viento y el agua de lluvia, el calcio se escurre a los arroyos y ríos. El calcio forma depósitos sedimentarios en las cuevas y por efecto de la erosión, este elemento pasa a los cuerpos de agua que se forman cuando caen las lluvias y el agua se filtra por las paredes y el techo de las cuevas. También de forma directa, el calcio va a parar a los ríos para que este elemento químico sea usado por moluscos de agua dulce como gasterópodos y bivalvos, por peces de agua dulce y algas unicelulares que pertenecen al agua dulce; estos animales al morir dejan el calcio para que se una a los sedimentos del rio, esto demuestra entonces que el ciclo del calcio es un ciclo sedimentario únicamente pues no hay naturalmente calcio gaseoso en la atmósfera.

En una cantidad reducida, el calcio sobrante es transportado por el río hacia el mar. En el mar, el calcio es asimilado por las algas unicelulares que son consumidas por el zooplancton o demás microorganismos (entre ellos foraminíferos) y estos finalmente consumidos por los peces de agua salada. También es consumido por bivalvos y corales para formar sus conchas y esqueletos respectivamente.   Cuando los peces, corales y bivalvos marinos como ostras y mejillones mueren, los esqueletos y las conchas se depositan en el fondo marino uniéndose a otros sedimentos listos para formar piedra caliza y después, emerger a la superficie por levantamiento geológico.

Por compactación, el calcio restante se vuelve parte del suelo marino. Por medio de la subducción, la placa que contiene el calcio en el suelo se funde y se combina con el magma para ascender a la litosfera por medio de las erupciones volcánicas en combinación de otros elementos en forma de rocas carbonaticas ígneas comenzando de nuevo el ciclo. Las rocas calizas que se encuentran enterradas en la tierra por procesos geológicos del pasado son degradadas por las bacterias del suelo, así se encuentran en forma disponible para las plantas de dicho suelo y gracias a la acción de la precipitación estas rocas vuelven a ser parte del ciclo. Gracias al ciclo hidrológico, el calcio que también forma parte de la corteza continental, no tarda en llegar desde la litosfera hasta la hidrosfera aunque parte del calcio total se transforma por sedimentación en minerales como la dolomita, el yeso y la anhidrita ya que el calcio es muy poco pedido por la biosfera en relación a otros elementos químicos y tiene esa oportunidad de sedimentar. El calcio global, es decir, la cantidad total de calcio en la tierra, no es un factor limitante pero tampoco es un elemento del cual se pueda prescindir.

Ciclo del carbono:

El carbono, como dióxido de carbono, inicia su ciclo de la siguiente manera: 
Durante la fotosíntesis, los organismos productores (vegetales terrestres y acuáticos) absorben el dióxido de carbono, ya sea disuelto en el aire o en el agua, para transformarlo en compuestos orgánicos. Los consumidores primarios se alimentan de esos productores utilizando y degradando los elementos de carbono presentes en la materia orgánica. Gran parte de ese carbono es liberado en forma de CO2por la respiración, mientras que otra parte se almacena en los tejidos animales y pasa a los carnívoros (consumidores secundarios), que se alimentan de los herbívoros. Es así como el carbono pasa a los animales colaborando en la formación de materia orgánica. 
Los organismos de respiración aeróbica (los que utilizan oxígeno) aprovechan la glucosa durante ese proceso y al degradarla, es decir, cuando es utilizada en su metabolismo, el carbono que la forma se libera para convertirse nuevamente en dióxido de carbono que regresa a la atmósfera o al agua. 
Los desechos de las plantas, de los animales y de restos de organismos se descomponen por la acción de hongos y bacterias. Durante este proceso de putrefacción por parte de los descomponedores, se desprende CO2. 

Distribución del carbono en el universo 

Diagrama del ciclo del carbono 

En niveles profundos del planeta, el carbono contribuye a la formación de combustibles fósiles, como el petróleo. Este importante compuesto se ha originado de los restos de organismos que vivieron hace miles de años. Durante las erupciones volcánicas se libera parte del carbono constituyente de las rocas de la corteza terrestre. 
Una parte del dióxido de carbono disuelto en las aguas marinas ayuda a determinados organismos a formar estructuras como los caparazones de los caracoles de mar. Al morir, los restos de sus estructuras se depositan en el fondo del mar. Con el paso del tiempo, el carbono se disuelve en el agua y es utilizado nuevamente durante su ciclo. 
Los océanos contienen alrededor del 71% del carbono del planeta en forma de carbonato y bicarbonato. Un 3% adicional se encuentra en la materia orgánica muerta y el fitoplancton. El carbón fósil representa un 22%. Los ecosistemas terrestres, donde los bosques constituyen la principal reserva, contienen alrededor del 3-4% del carbono total, mientras que un pequeño porcentaje se encuentra en la atmósfera circulante y es utilizado en la fotosíntesis. 

Ciclo del fósforo:

La proporción de fósforo en la materia viva es relativamente pequeña, pero el papel que desempeña es vital. Es componente de los ácidos nucleicos como el ADN, muchas sustancias intermedias en la fotosíntesis y en la respiración celular están combinadas con el fósforo, y los átomos de fósforo proporcionan la base para la formación de los enlaces de alto contenido de energía del ATP, se encuentra también en los huesos y los dientes de animales, incluyendo al ser humano. Este elemento en la tabla periódica se denomina como "P"
La mayor reserva de fósforo está en la corteza terrestre y en los depósitos de rocas marinas.
El ciclo del fósforo es un ciclo biogeoquímico, describe el movimiento de este elemento en su circulación en el ecosistema.
Los seres vivos toman el fósforo, P, en forma de fosfatos a partir de las rocas fosfatadas, que mediante meteorización se descomponen y liberan los fosfatos. Éstos pasan a los vegetales por el suelo y, seguidamente, pasan a los animales. Cuando éstos excretan, los descomponedores actúan volviendo a producir fosfatos.
Una parte de estos fosfatos son arrastrados por las aguas al mar, en el cual lo toman las algas, peces y aves marinas, las cuales producen guano, el cual se usa como abono en la agricultura ya que libera grandes cantidades de fosfatos; los restos de las algas, peces y los esqueletos de los animales marinos dan lugar en el fondo del mar a rocas fosfatadas, que afloran por movimientos orogénicos.
De las rocas se libera fósforo y en el suelo, donde es utilizado por las plantas para realizar sus funciones vitales. Los animales obtienen fósforo al alimentarse de las plantas o de otros animales que hayan ingerido. En la descomposición bacteriana de los cadáveres, el fósforo se libera en forma de orto fosfatos (PO4H2) que pueden ser utilizados directamente por los vegetales verdes, formando fosfato orgánico (biomasa vegetal), la lluvia puede transportar este fosfato a los mantos acuíferos o a los océanos. El ciclo del fósforo difiere con respecto al del carbono, nitrógeno y azufre en un aspecto principal. El fósforo no forma compuestos volátiles que le permitan pasar de los océanos a la atmósfera y desde allí retornar a tierra firme. Una vez en el mar, solo existen dos mecanismos para el reciclaje del fósforo desde el océano hacia los ecosistemas terrestres. Uno es mediante las aves marinas que recogen el fósforo que pasa a través de las cadenas alimentarias marinas y que pueden devolverlo a la tierra firme en sus excrementos. Además de la actividad de estos animales, hay la posibilidad del levantamiento geológico de los sedimentos del océano hacia tierra firme, un proceso medido en miles de años.
El hombre también moviliza el fósforo cuando explota rocas que contienen fosfato.

Ciclo del nitrógeno:

Está compuesto por las siguientes etapas. 

1- Fijación: se produce cuando el nitrógeno atmosférico (N2) es transformado en amoníaco (NH3) por bacterias presentes en los suelos y en las aguas. Rhizobium es un género de bacterias que viven en simbiosis dentro de los nódulos que hay en las raíces de plantas leguminosas. En ambientes acuáticos, las cianobacterias son importantes fijadoras de nitrógeno. 
2- Amonificación: es la transformación de compuestos nitrogenados orgánicos en amoníaco. En los animales, el metabolismo de los compuestos nitrogenados da lugar a la formación de amoníaco, siendo eliminado por la orina como urea (humanos y otros mamíferos), ácido úrico (aves e insectos) o directamente en amoníaco (algunos peces y organismos acuáticos). Estas sustancias son transformadas en amoníaco o en amonio por los descomponedores presentes en los suelos y aguas. Ese amoníaco queda a disposición de otro tipo de bacterias en las siguientes etapas. 
3- Nitrificación: es la transformación del amoníaco o amonio (NH4+) en nitritos (NO2–) por un grupo de bacterias del género Nitrosomas para luego esos nitritos convertirse en nitratos (NO3–) mediante otras bacterias del género Nitrobacter. 

4- Asimilación: las plantas toman el amonio (NH4+) y el nitrato (NO3–) por las raíces para poder utilizarlos en su metabolismo. Usan esos átomos de nitrógeno para la síntesis de clorofila, de proteínas y de ácidos nucleicos (ADN y ARN). Los consumidores obtienen el nitrógeno al alimentarse de plantas y de otros animales. 
5- Desnitrificación: proceso llevado a cabo por bacterias desnitrificantes que necesitan utilizar el oxígeno para su respiración en suelos poco aireados y mal drenados. Para ello, degradan los nitratos y liberan el nitrógeno no utilizado a la atmósfera. 
NITRIFICACIÓN: transformación bacteriana de amoníaco en nitratos. 
DESNITRIFICACIÓN: transformación bacteriana de nitratos en nitrógeno. 
AMONIFICACIÓN: transformación de los desechos orgánicos en amoníaco por los descomponedores. 
ASIMILACIÓN: absorción de nitratos y amonio por las raíces de las plantas. 
FIJACIÓN: transformación bacteriana del nitrógeno atmosférico en amoníaco. 

El proceso

Los organismos vivos no pueden utilizar directamente el nitrógeno que se encuentra en la atmósfera en forma gaseosa, y que supone el 71% del total; para ello, debe ser transformado previamente en nitrógeno orgánico (nitratos o amoniaco). Esto se consigue, fundamentalmente, mediante la fijación biológica, aunque también las radiaciones cósmicas y la energía que producen los rayos en la atmósfera intervienen en este proceso en menor medida combinando nitrógeno y oxígeno que una vez transformado es enviado a la superficie terrestre por las precipitaciones.

En la fijación biológica intervienen bacterias simbióticas que viven en las raíces de las plantas, sobre todo leguminosas como el guisante, trébol o la alfalfa, pero también determinadas algas, líquenes, etc. Las bacterias se alimentan de estas plantas, pero a cambio le entregan abundantes compuestos nitrogenados. Es muy común en agricultura cultivar leguminosas en determinados terrenos pobres en nitrógeno, o que han quedado agotados por otras cosechas, para permitir rotar los sembrados en el mismo lugar.

Cuando el nitrógeno ha quedado fijado en las raíces de las plantas, ya puede ser absorbido por éstas e incorporarlo a los tejidos en forma de proteínas vegetales. Desde aquí, el nitrógeno ya entra en la cadena alimentaria mediante los animales herbívoros y carnívoros.

Cuando las plantas y animales  mueren, mediante la descomposición se produce una transformación química de los compuestos nitrogenados, convirtiéndose en nitrógeno amoniacal (actividad denominada amonificación), última etapa de la mineralización del nitrógeno que está contenido en la materia orgánica del suelo.

Este amoniaco vuelve a ser en parte recuperado por las plantas, pero el resto alcanza el medio acuático o simplemente permanece en el suelo, donde será convertido en nitrógeno nítrico por los microorganismos, en un proceso que se denomina nitrificación y que es aprovechado de nuevo por las plantas. Los nitratos pueden volver a la atmósfera mediante la desnitrificación, o ser eliminado del suelo por lixiviación (disolución en el agua) y posterior arrastrado a los ríos y lagos.

La influencia humana en el ciclo del nitrógeno.

Los humanos influyen en el ciclo del nitrógeno y pueden sobrecargarlo. Esto puede ser observado en los cultivos intensivos (que obligan a añadir fertilizantes nitrogenados para fertilizar las tierras) y la tala de árboles, que hacen descender el contenido de nitrógeno de los suelos.

El contrapunto a esta carestía de nitrógeno por exceso de cultivo, se encuentra en las tierras que han sido demasiado fertilizadas; la lixiviación del nitrógeno de estas tierras añaden un extra indeseable a los ecosistemas acuáticos cuando es arrastrado por las aguas fluviales. Este exceso de nitrógeno se agrava con la emisión a la atmósfera del dióxido de nitrógeno de las centrales térmicas y los automóviles; una vez descompuesto en la atmósfera es capaz de reaccionar con otros productos contaminantes, generando el conocido smog foto químico, que puede observarse sobre el cielo de muchas grandes ciudades con problemas de contaminación ambiental.