hay algunos tipos de átomos que pueden ser parte de una planta un día, un animal al día siguiente, y luego viajar río abajo como parte del agua de un río al día siguiente. Estos átomos pueden formar parte de seres vivos como plantas y animales, así como de seres no vivos como el agua, el aire e incluso las rocas. Los mismos átomos se reciclan una y otra vez en diferentes partes de la Tierra. Este tipo de ciclo de átomos entre seres vivos y no vivos se conoce como ciclo biogeoquímico.,
Todos los átomos son los bloques de construcción de los seres vivos son parte de los ciclos biogeoquímicos. Los más comunes son los ciclos de carbono y nitrógeno.
pequeños átomos de carbono y nitrógeno son capaces de moverse alrededor del planeta a través de estos ciclos. Por ejemplo, un átomo de carbono es absorbido del aire al agua del océano donde es utilizado por el plancton flotante haciendo fotosíntesis para obtener la nutrición que necesitan., Existe la posibilidad de que este pequeño átomo de carbono se convierta en parte del esqueleto del plancton, o en parte del esqueleto del animal más grande que se lo come, y luego en parte de una roca sedimentaria cuando los seres vivos mueran y solo queden huesos. El carbono que forma parte de las rocas y los combustibles fósiles como el petróleo, el carbón y el gas natural pueden mantenerse alejados del resto del ciclo del carbono durante mucho tiempo. Estos lugares de almacenamiento a largo plazo se llaman «sumideros». Cuando se queman combustibles fósiles, el carbono que había estado bajo tierra se envía al aire como dióxido de carbono, un gas de efecto invernadero.,
recientemente, las personas han estado causando que estos ciclos biogeoquímicos cambien. Cuando talamos bosques, hacemos más fábricas y conducimos más autos que queman combustibles fósiles, la forma en que el carbono y el nitrógeno se mueven alrededor de la Tierra cambia. Estos cambios añaden más gases de efecto invernadero en nuestra atmósfera y esto causa el cambio climático.
El ciclo del carbono
el elemento carbono es una parte del agua de mar, la atmósfera, las rocas como la piedra caliza y el carbón, los suelos, así como todos los seres vivos., En nuestro planeta dinámico, el carbono es capaz de moverse de uno de estos reinos a otro como parte del ciclo del carbono.
- El carbono se mueve de la atmósfera a las plantas. En la atmósfera, el carbono se une al oxígeno en un gas llamado dióxido de Carbono (CO2). A través del proceso de fotosíntesis, el dióxido de carbono se extrae del aire para producir alimentos hechos de carbono para el crecimiento de las plantas.
- El carbono se mueve de las plantas a los animales. A través de las Cadenas alimentarias, el carbono que se encuentra en las plantas se traslada a los animales que las comen. Los animales que comen otros animales también obtienen el carbono de sus alimentos.,
- El carbono pasa de las plantas y los animales a los suelos. Cuando las plantas y los animales mueren, sus cuerpos, madera y hojas se descomponen trayendo el carbono al suelo. Algunos están enterrados y se convertirán en combustibles fósiles en millones y millones de años.
- El carbono se mueve de los seres vivos a la atmósfera. Cada vez que exhalas, estás liberando gas dióxido de Carbono (CO2) a la atmósfera. Los animales y las plantas necesitan deshacerse del gas dióxido de carbono a través de un proceso llamado respiración.
- El carbono pasa de los combustibles fósiles a la atmósfera cuando se queman combustibles., Cuando los seres humanos queman combustibles fósiles para alimentar fábricas, plantas de energía, automóviles y camiones, la mayor parte del carbono ingresa rápidamente a la atmósfera como gas dióxido de carbono. Cada año, la quema de combustibles fósiles libera cinco mil millones y medio de toneladas de carbono. De esta cantidad masiva, 3.3 mil millones de toneladas permanecen en la atmósfera. La mayor parte del resto se disuelve en agua de mar.
- El carbono se mueve de la atmósfera a los océanos. Los océanos, y otros cuerpos de agua, absorben algo de carbono de la atmósfera. El carbono se disuelve en el agua.,
El dióxido de carbono es un gas de efecto invernadero y atrapa el calor en la atmósfera. Sin ella y otros gases de efecto invernadero, la Tierra sería un mundo congelado. Pero desde el comienzo de la Revolución Industrial hace unos 150 años, los seres humanos han quemado tanto combustible y liberado tanto dióxido de carbono en el aire que el clima global ha aumentado más de un grado Fahrenheit. La atmósfera no ha mantenido esta cantidad de carbono durante al menos 420.000 años, según datos de núcleos de hielo., El reciente aumento de las cantidades de gases de efecto invernadero como el dióxido de carbono está teniendo un impacto significativo en el calentamiento de nuestro planeta.
El carbono también se mueve a través de nuestro planeta en escalas de tiempo más largas. Por ejemplo, a lo largo de millones de años, la erosión de las rocas en la tierra puede agregar carbono al agua superficial que eventualmente corre hacia el océano. A lo largo de largas escalas de tiempo, el carbono se elimina del agua de mar cuando las conchas y los huesos de los animales marinos y el plancton se acumulan en el fondo del mar. Estas conchas y huesos están hechos de piedra caliza, que contiene carbono., Cuando se depositan en el fondo del mar, el carbono se almacena del resto del ciclo del carbono durante algún tiempo. La cantidad de piedra caliza depositada en el océano depende en cierta medida de la cantidad de océanos cálidos, tropicales y poco profundos en el planeta porque aquí es donde viven prolíficos organismos productores de piedra caliza, como los corales. El carbono puede ser liberado de nuevo a la atmósfera si la piedra caliza se derrite o se metamorfosea en una zona de subducción.
El ciclo del nitrógeno
El nitrógeno es un elemento que se encuentra tanto en la porción viva de nuestro planeta como en las partes inorgánicas del sistema terrestre., El nitrógeno se mueve lentamente a través del ciclo y se almacena en reservorios como la atmósfera, los organismos vivos, los suelos y los océanos a lo largo del camino.
La mayor parte del nitrógeno en la Tierra está en la atmósfera. Aproximadamente el 80% de las moléculas en la atmósfera de la Tierra están hechas de dos átomos de nitrógeno unidos entre sí (N2). Todas las plantas y animales necesitan nitrógeno para producir aminoácidos, proteínas y ADN, pero el nitrógeno en la atmósfera no está en una forma que puedan usar., Las moléculas de nitrógeno en la atmósfera pueden ser utilizables para los seres vivos cuando se rompen durante los rayos o incendios, por ciertos tipos de bacterias, o por bacterias asociadas con las plantas de leguminosas. Otras plantas obtienen el nitrógeno que necesitan de los suelos o el agua en la que viven principalmente en forma de nitrato inorgánico (no3-). El nitrógeno es un factor limitante para el crecimiento de las plantas. Los animales obtienen el nitrógeno que necesitan al consumir plantas u otros animales que contienen moléculas orgánicas compuestas parcialmente de nitrógeno., Cuando los organismos mueren, sus cuerpos se descomponen trayendo el nitrógeno al suelo en la tierra o en los océanos. A medida que las plantas y los animales muertos se descomponen, el nitrógeno se convierte en formas inorgánicas como las sales de amonio (NH4+ ) mediante un proceso llamado mineralización. Las sales de amonio se absorben en la arcilla en el suelo y luego se alteran químicamente por bacterias en nitrito (NO2-) y luego nitrato (NO3- ). El nitrato es la forma comúnmente utilizada por las plantas. Se disuelve fácilmente en agua y se lixivia del sistema del suelo., El nitrato disuelto puede ser devuelto a la atmósfera por ciertas bacterias a través de un proceso llamado desnitrificación.
ciertas acciones de los seres humanos están causando cambios en el ciclo del nitrógeno y la cantidad de nitrógeno que se almacena en los reservorios. El uso de fertilizantes ricos en nitrógeno puede causar la carga de nutrientes en los cursos de agua cercanos a medida que los nitratos del fertilizante se lavan en arroyos y estanques. El aumento de los niveles de nitrato hace que las plantas crezcan rápidamente hasta que agotan el suministro de nitrato y mueren., El número de herbívoros aumentará cuando el suministro de plantas aumenta y luego los herbívoros se quedan sin una fuente de alimento cuando las plantas mueren. De esta manera, los cambios en el suministro de nutrientes afectarán a toda la cadena alimentaria. Además, los seres humanos están alterando el ciclo del nitrógeno mediante la quema de combustibles fósiles y bosques, lo que libera varias formas sólidas de nitrógeno. La agricultura también afecta el ciclo del nitrógeno. Los desechos asociados con la ganadería liberan una gran cantidad de nitrógeno en el suelo y el agua. Del mismo modo, los residuos de las aguas residuales añaden nitrógeno a los suelos y al agua.,
nitrógeno y contaminación del aire
Una antiestética neblina de smog, visible desde el laboratorio de Mesa de NCAR, descansa sobre Boulder Valley. (Imagen: UCAR)
el óxido nítrico (NO) y el dióxido de nitrógeno (NO2) se conocen juntos como óxidos de nitrógeno. Estos óxidos de nitrógeno contribuyen al problema de la contaminación del aire, jugando un papel en la formación de smog y lluvia ácida. Son liberados a la atmósfera terrestre por fuentes naturales y humanas.
el óxido nítrico es un gas incoloro e inflamable con un ligero olor., El dióxido de nitrógeno es un gas rojo-naranja intenso que es venenoso pero no inflamable. Junto con los aerosoles, es responsable del color marrón rojizo del smog. En altas concentraciones es altamente tóxico, y puede causar daño pulmonar grave. El dióxido de nitrógeno es un fuerte agente oxidante, y por lo tanto es muy reactivo con otros compuestos.
Los científicos estiman que entre 20 y 90 millones de toneladas de óxidos de nitrógeno se producen naturalmente cada año a partir de fuentes como volcanes, océanos, descomposición biológica y rayos., Las actividades humanas añaden otros 24 millones de toneladas de óxidos de nitrógeno a nuestra atmósfera anualmente.
tanto el NO como el NO2 se forman durante la combustión a alta temperatura en la atmósfera, cuando el oxígeno se combina con el nitrógeno. Los gases de escape de los automóviles y camiones son fuentes importantes de óxidos de Nitrógeno, al igual que las emisiones de las plantas de generación de energía eléctrica. El escape de un automóvil tiene más de NO2, pero una vez que el NO se libera a la atmósfera, se combina rápidamente con el oxígeno en el aire para formar NO2.
Los óxidos de nitrógeno son al menos parcialmente responsables de varios tipos de contaminación del aire., El dióxido de nitrógeno da su color a la neblina marrón rojiza que llamamos smog. La fotodisociación del dióxido de nitrógeno por la luz solar produce óxido nítrico y Ozono en la troposfera, que es otro componente del smog. Una serie de reacciones químicas transforman los compuestos orgánicos volátiles (COV) en sustancias que se combinan con el dióxido de nitrógeno para producir PAN (nitrato de Peroxiacitilo), otro elemento más en el smog. El dióxido de nitrógeno en el aire también reacciona con el vapor de agua para formar ácido nítrico, uno de los tipos de ácido en la lluvia ácida. La concentración de óxido nítrico en el aire no contaminado es de alrededor de 0.01 ppm., En el smog, la concentración aumenta veinte veces hasta aproximadamente 0,2 ppm.
aunque los óxidos de nitrógeno han ganado dudosa distinción como contaminantes, también se utilizan de manera beneficiosa en algunos procesos industriales. El óxido nítrico se fabrica a gran escala, y posteriormente se utiliza para producir ácido nítrico (HNO3). Para crear óxido nítrico para usos industriales, los químicos combinan amoníaco (NH3) con oxígeno (O2), liberando agua (H2O) como subproducto. Los compuestos nitrogenados derivados del ácido nítrico se utilizan para crear fertilizantes químicos, explosivos y otras sustancias útiles.