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“INSTITUTO TECNOLOGICO SUPERIOR DE CIUDAD HIDALGO”

INGENIERIA EN MECATRONICA

SEMESTRE 3

MATERIA: DESARROLLO SUSTENTABLE

DOCENTE: JOAQUIN CHAVEZ ARELLANO

INVESTIGACION

ALUMNO: ZARATE MONDRAGON VALERIA NAHOMI

GRUPO: 353-GA

INTRODUCCIÓN Un Ecosistema es un conjunto formado por un espacio determinado y todos los seres vivos que lo habitan. Por ello podemos decir que están formados por el medio físico y los seres vivos que en él se encuentran. Los ecosistemas se pueden clasificar en terrestres (bosques, praderas o desiertos) o acuáticos (de agua dulce o de agua salada). La tierra es un sistema cerrado donde no entra ni sale materia. Las sustancias utilizadas por los organismos no se "pierden" aunque pueden llegar a sitios donde resultan inaccesibles para los organismos por un largo período. Sin embargo, casi siempre la materia se reutiliza y a menudo circula varias veces, tanto dentro de los ecosistemas como fuera de ellos. La energía fluye a través de un ecosistema y se disipa como calor, pero los elementos químicos se reciclan. La manera como un elemento, o un compuesto como el agua, se mueve entre sus diversas lugares y formas vivas y no vivas en la biósfera se llama ciclo biogeoquímico. A través de este documento se analizaran los distintos ciclos biogeoquímicos de los elementos más importantes que podemos encontrar en la naturaleza y nuestro entorno, así como sus etapas y procesos, como se relacionan con los seres vivos como las plantas, animales, etc.

DESARROLLO El término Ciclo Biogeoquímico deriva del movimiento cíclico de los elementos que forman los organismos biológicos (Bio) y el ambiente geológico (geo) e interviene un cambio químico. ¿Pero que son los ciclos biogeoquímicos? Son procesos naturales que reciclan elementos en diferentes formas químicas desde el medio ambiente hacia los organismos, y luego a la inversa. Gracias a los ciclos biogeoquímicos, los elementos se encuentran disponibles para ser usados una y otra vez por otros organismos; sin estos ciclos los seres vivos se extinguirían por esto son muy importantes. Estos son procesos naturales que reciclan elementos en diferentes formas químicas desde el medio ambiente hacia los organismos, y luego a la inversa. Los ciclos biogeoquímicos se componen de dos partes principales  Parte biótica: Comprende la inclusión de sustancias inorgánicas en el organismo y la subsiguiente descomposición y re mineralización. El intercambio de elementos es rápido, pero la cantidad de sustancias inorgánicas no es mayor. El organismo vivo toma elementos inorgánicos y al morir y descomponerse éstos son devueltos al ambiente para ser nuevamente aprovechados  Parte abiótica: El medio contiene gran cantidad de sustancias inorgánicas, que se descomponen con lentitud y están a disposición del organismo en forma abundante y fácil (agua, dióxido de carbono, oxigeno) o escasa y difícil (fósforo y nitrógeno, por ejemplo). En el primer caso se trata de ciclos atmosféricos con grandes reservas de materiales; en el segundo se trata de materiales sedimentarlos (fósforo, hierro, azufre, magnesio, y elementos menores). Existen varios tipos de ciclos biogeoquímicos como el del fósforo y del azufre que son de tipo sedimentario (los nutrientes circulan principalmente en la corteza terrestre) y del carbono, nitrógeno y oxígeno que son de tipo gaseoso (los nutrientes circulan principalmente entre la atmósfera y los organismos vivos). Los principales ciclos Bioquímicos, son los de los elementos como el: Carbono, Hidrogeno, Oxigeno, Nitrógeno, Fosforo, Potasio y Azufre. A continuación analizaremos cada uno de estos ciclos Biogeoquímicos, de que se tratan de forma general, así como la relación que existen entre ellos y las entradas y salidas de energía en los ecosistemas.

Ciclo del Carbono El carbono es un elemento químico de número atómico 6 y símbolo C. Es sólido a temperatura ambiente. Dependiendo de las condiciones de formación, puede encontrarse en la naturaleza en distintas formas alotrópicas, carbono amorfo y cristalino en forma de grafito o diamante. El carbono es parte fundamental y soporte de los organismos vivos, porque proteínas, ácidos nucleicos, carbohidratos, lípidos y otras moléculas esenciales para la vida contienen carbono. El ciclo del carbono es un ciclo biogeoquímico donde el carbono sufre distintas transformaciones a lo largo del tiempo. Este ciclo juega un papel importante en la regulación del clima del planeta. Este elemento se encuentra depositado en todas las esferas del sistema global en diferentes formas: en la atmósfera como dióxido de carbono, metano y otros componentes; en la hidrosfera, en forma de dióxido de carbono disuelto en al agua; en la litósfera, en las rocas y en depósitos de carbón, petróleo y gas; en la biosfera, en los carbohidratos; en la antropósfera, en diferentes formas en los objetos creado por la sociedad. Podemos describir el ciclo del carbono en los siguientes pasos: 1. El dióxido de carbono de la atmósfera es absorbido por las plantas y convertido en azúcar, por el proceso de fotosíntesis. 2. Los animales comen plantas y al descomponer los azúcares dejan salir carbono a la atmósfera, los océanos o el suelo. 3. Bacterias y hongos descomponen las plantas muertas y la materia animal, devolviendo carbono al medio ambiente. 4. El carbono también se intercambia entre los océanos y la atmósfera. Esto sucede en ambos sentidos en la interacción entre el aire y el agua

Ciclo del Hidrogeno El hidrógeno es un elemento químico representado por el símbolo H y con un número atómico de 1. En condiciones normales de presión y temperatura, es un gas diatónico (H2) incoloro, inodoro, insípido, no metálico y altamente inflamable. El hidrógeno es parte de toda la materia viva. Es considerado el primer y más simple elemento y se presenta regularmente en estado gaseoso, El hidrógeno se encuentra en la atmósfera terrestre de manera libre, en concentraciones pequeñas y en abundancia, combinado con otros elementos. Según el bioquímico Albert Szent-Györgyi, ganador del Premio Nobel en Fisiología y Medicina (1937), el hidrógeno es el combustible de la vida. El hidrógeno que se consume en los alimentos entra en el torrente sanguíneo y es quemado por el oxígeno, liberándose energía en forma de adenosín trifosfato (ATP). Los seres humanos poseen el 60 % de agua en su composición química. Debido a la presencia del hidrógeno en el organismo, tanto las células como las articulaciones permanecen hidratadas. El ciclo del hidrogeno abarca los siguientes puntos: 1- Evaporación: La mayor parte del hidrógeno en nuestro planeta se encuentra en el

agua, por lo que el ciclo del hidrógeno está ínfimamente relacionado con el ciclo hidrológico. El ciclo del hidrógeno comienza con la evaporación de la superficie del agua. 2- Condensación: La hidrosfera incluye la atmósfera, la tierra, las aguas superficiales y las aguas subterráneas. A medida que el agua se mueve a través del ciclo, cambia el estado entre las fases líquida, sólida y de gas. El agua se mueve a través de diferentes reservorios, incluyendo el océano, la atmósfera, las aguas subterráneas, los ríos y los glaciares, por los procesos físicos de evaporación (incluyendo la transpiración de la planta), sublimación, precipitación, infiltración, escorrentía y flujo sub superficial. 3- Transpiración: Las plantas absorben el agua del suelo a través de sus raíces para luego bombearla y suministrar nutrientes a sus hojas. La transpiración representa aproximadamente el 10% del agua evaporada. Esta es la descarga de vapor de agua de las hojas de las plantas en la atmósfera. Es un proceso que el ojo no puede ver, a pesar de que las cantidades de humedad que implica son significativas. Se cree que un roble grande puede transpirar 151.000 litros por año. La transpiración es también la razón por la cual hay mayor humedad en lugares con mucha cobertura vegetal. La cantidad de agua que se transpira a través de este proceso

depende de la planta en sí, la humedad en el suelo (suelo), la temperatura circundante y el movimiento del viento alrededor de la planta. 4- Precipitación: Es la caída del agua en cualquier forma a la tierra que da paso a la infiltración, que es el proceso en el cual el agua se absorbe en el suelo o fluye por la superficie. Este proceso se repite una y otra vez como parte de los ciclos terrestres que mantienen los recursos renovables.

Ciclo del Oxigeno El oxígeno es un elemento químico gaseoso, incoloro, inodoro e insípido, abundante en la corteza terrestre, en la atmósfera y los océanos, que es imprescindible para la vida. En la tabla periódica, es representado con el símbolo O y forma parte del grupo Vla, de la familia de los anfígenos o calcógenos. Su número atómico es 8 y su masa atómica, 16. El oxígeno molecular (O2) representa el 20% de la atmósfera terrestre. Este patrimonio abastece las necesidades de todos los organismos terrestres respiradores y cuando se disuelve en el agua, las necesidades de los organismos acuáticos. En el proceso de la respiración, el oxígeno actúa como aceptor final para los electrones retirados de los átomos de carbono de los alimentos.

1- Fase atmosférica: Igual que algunos otros elementos, el O molecular se halla en la atmósfera como parte del aire, participando en un ciclo biogeoquímico referido a la circulación del mismo referido a la circulación del mismo en el ambiente, de donde se toma por los seres vivos con el fin de completar procesos naturales.

2- Fase de fotosíntesis: Durante esta etapa,  tan irreemplazable elemento es producto de la reacción química mediante la cual, los seres vivos contenedores de clorofila utilizan el dióxido de carbono, el agua y la luz del Sol para la obtención de energía y nutrientes, al mismo tiempo que liberan O al medio ambiente. 3- Fase de respiración: La respiración hace referencia a la inspiración de oxígeno y expulsión de dióxido de carbono por parte de los seres vivos,  a través del proceso respiratorio No en vano, estamos hablando del intercambio de gases por parte de los seres vivos y su interacción con el medio ambiente, consistente en la entrada de oxígeno al organismo y la salida de dióxido de carbono de él. 4- Fase de retorno: Esta última fase consiste en la vuelta del O a la atmósfera en forma de desecho de la respiración o dióxido de carbono y se denomina etapa de retorno en el ciclo del oxígeno.

Ciclo del Nitrógeno El nitrógeno es un elemento químico, de número atómico 7, símbolo N y que en condiciones normales forma un gas diatómico (nitrógeno diatómico o molecular) que constituye del orden del 78% del aire atmosférico.  Tanto las plantas como los animales necesitan nitrógeno para elaborar las proteínas que les hacen falta. Las plantas obtienen su nitrógeno de ciertos compuestos nitrogenados existentes en el suelo, con los cuales preparan sus proteínas, El nitrógeno es un componente esencial de los cuerpos de los seres vivos. Los átomos de nitrógeno se encuentran en todas las proteínas y en el ADN. Este es quizá uno de los ciclos más complicados, ya que el nitrógeno se encuentra en varias formas, y se llevan a cabo en él, una serie de procesos químicos en los que el nitrógeno es tomado del aire y es modificado para finalmente ser devuelto a la atmósfera. El ciclo del nitrógeno abarca lo siguiente: 1- Fijación: La fijación biológica del nitrógeno consiste en la incorporación del nitrógeno atmosférico, a las plantas, gracias a algunos microorganismos, principalmente bacterias y cianobacterias que se encuentran presentes en el suelo y en ambientes acuáticos. Esta fijación se da por medio de la conversión de nitrógeno gaseoso (N2) en amoniaco (NH3) o nitratos (NO3-).

2- Nitrificación o mineralización: Solamente existen dos formas de nitrógeno que son asimilables por las plantas, el nitrato (NO3-) y el amonio (NH4+). Las raíces pueden absorber ambas formas, aunque pocas especies prefieren absorber nitratos que amoniaco. El amonio es convertido a nitrato gracias a los microorganismos por medio de la nitrificación. La modificación de NH4+ a NO3- depende de la temperatura del suelo. La transformación, es decir, la conversión se da más rápida cuando la temperatura está arriba de los 10° C y el pH está entre los 5.5-6.5. 3- Asimilación: La asimilación ocurre cuando las plantas absorben a través de sus raíces, nitrato (NO3-) o amoniaco (NH3), elementos formados por la fijación de nitrógeno o por la nitrificación. Luego, estas moléculas son incorporadas tanto a las proteínas, como a los ácidos nucleicos de las plantas. Cuando los animales consumen los tejidos de las plantas, también asimilan nitrógeno y lo convierten en compuestos animales. 4- Amonificación: Los compuestos proteicos y otros similares, que son los constitutivos en mayor medida de la materia nitrogenada aportada al suelo, son de poco valor para las plantas cuando se añaden de manera directa. Así, cuando los organismos producen desechos que contienen nitrógeno como la orina (urea), los desechos de las aves (ácido úrico), así como de los organismos muertos, éstos son descompuestos por bacterias presentes en el suelo y en el agua, liberando el nitrógeno al medio, bajo la forma de amonio (NH3). 5- Inmovilización: Es el proceso contrario a la mineralización, por medio del cual las formas inorgánicas (NH4+ y NO3-) son convertidas a nitrógeno orgánico y, por tanto, no asimilables. 6- Desnitrificación: La reducción de los nitratos (NO3-) a nitrógeno gaseoso (N2), y amonio (NH4+) a amoniaco (NH3), se llama desnitrificación, y es llevado a cabo por las bacterias desnitrificadoras que revierten la acción de las fijadoras de nitrógeno, regresando el nitrógeno a la atmósfera en forma gaseosa. Este proceso ocasiona una pérdida de nitrógeno para el ecosistema.

Ciclo del Fosforo El fosforo se representa con el símbolo P, tiene un número atómico 15 y un peso atómico 30.9738. El fósforo forma la base de gran número de compuestos, de los cuales los más importantes son los fosfatos. En todas las formas de vida, los fosfatos desempeñan un papel esencial en los procesos de transferencia de energía, como el metabolismo, la fotosíntesis, la función nerviosa y la acción muscular. Erosión y meteorización. El fósforo abunda en minerales terrestres, que se encuentran en tierra firme o en el fondo de los mares. Los efectos constantes de la lluvia, la erosión eólica y solar, así como la acción accidental de la minería del ser humano, permiten que estas reservas de fósforo salgan a la superficie y sean transportadas hasta los diversos ecosistemas. El ciclo del fosforo es lento en comparación con los otros ciclos, sus etapas son las siguientes: 1- Erosión y meteorización: El fósforo abunda en minerales terrestres, que se encuentran en tierra firme o en el fondo de los mares. Los efectos constantes de la lluvia, la erosión eólica y solar, así como la acción accidental de la minería del ser

humano, permiten que estas reservas de fósforo salgan a la superficie y sean transportadas hasta los diversos ecosistemas.

2- Fijación en las plantas y transmisión a los animales: Las plantas absorben el fósforo de los suelos y lo fijan en su organismo, tanto en el caso de las plantas terrestres, como de las algas y el fitoplancton que lo absorbe de las aguas marinas. A partir de allí es transmitido a los animales que se alimentan de las plantas, en cuyos cuerpos también es almacenado, y del mismo modo a los depredadores de dichos animales herbívoros y a los depredadores de éstos, repartiéndose a lo largo de la cadena trófica. 3- Retorno al suelo por descomposición: Las excreciones de los animales son ricas en compuestos orgánicos que, al ser descompuestos por las bacterias y otros organismos del reciclaje natural, retornan a ser fosfatos aprovechables por las plantas, o transmisibles al suelo. Lo mismo ocurre cuando los animales mueren y se descomponen, o cuando la carroña dejada de la cacería es descompuesta: los fosfatos retornan al suelo para ser aprovechados por las plantas o para continuar escurriéndose en ríos y lluvias hacia el mar. 4- Retorno al suelo por sedimentación: Otra vía de retorno del fósforo del cuerpo de los animales hacia la tierra, en donde vuelve a formar parte de minerales sedimentarios, es mucho más larga que la permitida por acción de los animales, y tiene que ver con la fosilización de sus restos orgánicos y el desplazamiento tectónico de las reservas de fósforo de origen orgánico hacia las profundidades de la tierra. Pero tales levantamientos geológicos pueden demorar miles de años en ocurrir.

Ciclo del Potasio El potasio es un elemento químico de la tabla periódica cuyo símbolo es K y cuyo número atómico es 19. Es un metal alcalino, blanco-plateado que abunda en la naturaleza, en los elementos relacionados con el agua salada y otros minerales. Este es un elemento esencial para las plantas, los animales y los humanos porque interviene en procesos de la fotosíntesis, en procesos químicos dentro de las células, y contribuye en mantener el agua en las células. Es por esto que el potasio, junto con el nitrógeno y el fósforo, son elementos esenciales para los seres vivos. Se puede definir su ciclo en: 1- Fase de Retrogradación: Es una etapa mediante la cual el potasio es fijado en superficies interlaminares, específicamente en las arcillas. Todo entra en función de las cualidades y de la relación que tenga con los cationes. 2- Etapa de Mineralización: Se ocupa de la descomposición de restos orgánicos mediante los microorganismos de la corteza terrestre. De este modo, se absorbe el potasio presente en los organismos muertos, que abarcan animales, seres humanos y vegetales. 3- Fase de Solubilización: Se trata de la absorción del mineral presente en el suelo, la cual ocurre a través de las plantas. Una vez que dicho elemento se va agotando, es repuesto mediante la constancia del ciclo y diferentes procesos químicos y biológicos. 4- Proceso de Meteorización: Consiste la descomposición del químico que sucede por agentes externos. Por consiguiente, pueden influir la biosfera, atmosfera e hidrosfera de forma directa o indirecta.

Ciclo del Azufre Elemento químico, S, de número atómico 16. El azufre es un nutriente secundario requerido por plantas y animales para realizar diversas funciones, además el azufre está presente en prácticamente todas las proteínas y de esta manera es un elemento absolutamente esencial para todos los seres vivos. El azufre circula a través de la biosfera de la siguiente manera, por una parte se comprende el paso desde el suelo o bien desde el agua, si hablamos de un sistema acuático, a las plantas, a los animales y regresa nuevamente al suelo o al agua. Algunos de los compuestos sulfúricos presentes en la tierra son llevados al mar por los ríos. Este azufre es devuelto a la tierra por un mecanismo que consiste en convertirlo en compuestos gaseosos tales como el ácido sulfhídrico (H2S) y el dióxido de azufre (SO2). Estos penetran en la atmósfera y vuelven a tierra firme. Generalmente son lavados por las lluvias, aunque parte del dióxido de azufre puede ser directamente absorbido por las plantas desde la atmósfera. 1- Las plantas absorben el azufre a través de sus raíces, el cual se halla en la corteza terrestre o en el agua en forma sulfato, componiendo las sales o nutrientes precisos para la realización de sus funciones vitales 2- Mediante este proceso, las plantas reducen los sulfatos a sulfuros

3- Una vez que se encuentra en las plantas y en los vegetales, este elemento pasa al organismo de los animales herbívoros cuando se alimentan a base de plantas 4- Seguidamente, los animales carnívoros que se alimentan de animales herbívoros, hacen que el azufre continúe su ciclo, contribuyendo con sus nutrientes a estos consumidores 5- Al morir los animales carnívoros, sus cadáveres quedan en el suelo, de modo que bacterias y hongos (organismos descomponedores), convierten los restos de estos animales de nuevo en sulfatos, según los van desintegrando y reduciéndolos a partículas orgánicas 6- Gracias a su presencia en los aminoácidos de los cadáveres, el elemento que nos ocupa pasa al suelo, para ser transformado posteriormente en sulfuro de hidrógeno con la ayuda de las bacterias, enriqueciendo y nutriendo de nuevo el suelo 7- En este proceso, el azufre se oxida para dar lugar a la producción del sulfato, que va a ser otra vez absorbido por las plantas por medio de sus raíces, iniciando el ciclo una vez más.

CONCLUSION

Como conclusión podemos decir que los ciclos biogeoquímicos son de vital importancia para la vida en el planeta tierra, es decir ellos se encargan de generar un movimiento de aquellos elementos que necesitan los seres vivos y muchos procesos en nuestro entorno, desde niños aprendimos el ciclo del agua, y la importancia de este, ahora conocemos más de estos ciclos y cómo actúan en la naturaleza. De manera general, estos ciclos se encargan de reutilizar o apropiar los elementos que necesitamos día con día para poder vivir, es decir ellos son los responsables de evitar que los organismos se extingan, como sabemos la materia no se crea ni se destruye, solo se transforma, estos ciclos son una representación de dicho principio, ya que todo lo entra en forma de energía al ecosistema sufre un cambio o se aprovecha de alguna manera, generando así también una salida en este, esto quiere decir que nada aparece o desaparece instantáneamente si no que son procesos tan especiales donde cada elemento tiene una función muy importante en todo el proceso. En general creo que es una base muy necesaria para seguir desarrollando nuestros conocimientos de la materia, ya que estos ciclos y como interactúan con nosotros o la naturaleza es algo que vemos y pasa desapercibido cada día, sin embargo eso no significa que no sean importantes, como observamos en los ciclos antes mencionados, básicamente si estos no existieran la vida perecería o al menos de la manera en que la conocemos, los nutrientes y recursos de agotarían y los seres vivos se extinguirían, por dichos motivos son parte esencial de la vida.

FUENTES

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Audesirk, T.Y Audesirk, G.  Biología. La Vida en la Tierra. Prentice Hall. Campbell, Neil A., Mitchell, Lawrence G., Reece, Jane B. Biología. Conceptos y Relaciones. Tercera Edición. Pearson Educación. G. Tyler Miller, Jr. Ecología y Medio Ambiente. Grupo Editorial Iberoamérica. Solomon, Eldra P., Berg, Linda, Martín, Diana. Biología. Mc Graw Hill – Interamericana "Ciclos biogeoquímicos" por Robert Bear, David Rintoul, Bruce Snyder, Martha Smith-Caldas, Christopher Herren, y Eva Horne. "Biogeochemical cycles (Ciclos biogeoquímicos)" por OpenStax College, Concepts of Biology. Kross, Brian. "How Many Atoms Are in the Human Body?" (¿Cuántos átomos hay en el cuerpo humano?). Jefferson Lab. Consultado el 9 de junio, 2016. http://education.jlab.org/qa/mathatom_04.html. Raven, Peter H., George B. Johnson, Kenneth A. Mason, Jonathan B. Losos, y Susan R. Singer. "Biogeochemical Cycles". (Ciclos biogeoquímicos). En Biology, 1209-1214. 10a ed., AP ed. New York: McGraw-Hill, 2014. Reece, Jane B., Lisa A. Urry, Michael L. Cain, Steven A. Wasserman, Peter V. Minorsky, y Robert B. Jackson. "Ecosystems". (Ecosistemas). En Campbell Biology, 10a ed. San Francisco: Pearson, 2011.