La biogeoquímica es una disciplina que explica la estructura y la función de los ecosistemas a través de interacciones que se representan en forma de ciclos. Los ciclos biogeoquímicos describen la transformación de los elementos químicos esenciales para la vida (macroelementos: carbono, nitrógeno, fósforo y azufre) y de elementos con funciones complementarias que se requieren en menor proporción (microelementos, p. ej. hierro).

La transformación de estos macro y microelementos permiten el almacenamiento y la liberación de energía en la fracción biótica y abiótica de los ecosistemas. Ambas fracciones forman parte de los componentes que definen el medio ambiente: atmósfera, biosfera, geosfera e hidrosfera.

Los ciclos biogeoquímicos y su relación con los componentes del medio ambiente

Un ciclo biogeoquímico describe, cualitativa y cuantitativamente, la transformación y el movimiento de sustancias químicas desde una perspectiva global. Los reservorios de los elementos biogeoquímicos están en los componentes del medio ambiente, los cuales, están en comunicación continua. La transformación de estos elementos se realiza por procesos de óxido-reducción. A continuación se describen los principales:

• Carbono: Es la unidad fundamental de la materia orgánica y es un componente geológico mayor, su ciclo describe el cambio de especies oxidadas (p. ej. dióxido de carbono) a especies orgánicas reducidas (biogénicas).
• Nitrógeno: Es un componente macromolecular (ácidos nucleicos y proteínas) que tiene un importante papel metabólico y puede ser el nutriente limitante en diversos ecosistemas. El ciclo del nitrógeno inicia en la atmósfera, donde está en estado gaseoso, se reduce (amonio) y se oxida gradualmente a formas biológicas aprovechables (p. ej. nitratos).
• Fósforo: Es un componente estructural (membrana celular y ácidos nucleicos) y tiene un papel metabólico esencial (ATP). El ciclo del fósforo se denomina como endógeno, porque no presenta formas químicas en estado gaseoso, y su movilidad ocurre a través del intemperismo y la erosión.
• Azufre: Es un componente celular menor (proteínas). El océano es su principal reservorio de azufre, siendo el sulfato la forma química más estable.
• Hierro: Se encuentra en diferentes estados de oxidación, puede estar en fases solubles o insolubles dependiendo del pH y de la disponibilidad de oxígeno. El ciclo del hierro tiene un impacto importante en la productividad primaria global, ya que se moviliza de los desiertos a los océanos a través de la atmósfera en forma de aerosoles.

Los componentes del medio ambiente influyen en el funcionamiento de los ciclos biogeoquímicos. Por ejemplo, la atmósfera es una capa gaseosa que regula la incidencia de la radiación solar y aísla a la Tierra de las condiciones adversas del espacio exterior.

Sin embargo, la biosfera afecta el equilibrio de ciclos biogeoquímicos por la ineficiencia de sus procesos metabólicos. Por ejemplo, la actividad de los organismos fotosintetizadores explica las concentraciones relativamente altas de oxígeno en la atmósfera, sin embargo, las plantas también liberan diversos compuestos volátiles de efecto invernadero, cuyas emisiones deben ser reguladas para evitar su acumulación. Además de la biosfera, se ha sugerido la existencia de un quinto componente que afecta el equilibrio de los procesos químicos globales.

La antroposfera es el componente que se relacionada con el estrés ambiental generado por el hombre. A partir de la revolución industrial, el impacto antropogénico sobre el ambiente es igual de importante que los procesos naturales.

Se ha estimado que el 40% de la superficie terrestre ha sido modificada para los asentamientos humanos y la producción agrícola. La pérdida de la diversidad biológica y la simplificación de los ecosistemas son consideradas la huella ecológica distintiva de la humanidad y la razón de su éxito evolutivo. Debido a la gran cantidad de impactos negativos generados por el hombre se ha sugerido que nos encontramos en una nueva época en la historia de la Tierra.

Antropoceno: ¿estamos viviendo un nuevo tiempo geológico?

El Antropoceno es un concepto diseñado para resaltar la influencia del hombre en la ecología y la geología del planeta. Es un concepto ampliamente utilizado por ecólogos y ambientalistas, que no es reconocido como una nueva época geológica.

A pesar de lo anterior, existen evidencias geoquímicas que demuestran que parámetros ambientales están fuera de los límites que definen al Holoceno. Por ejemplo, la modificación de la superficie terrestre (minería), la formación de nuevos minerales (Simonkolleita), la acumulación de nutrientes y de sustancias artificiales (pesticidas y plásticos), la formación de depósitos de radioisótopos (pruebas nucleares), el incremento de dióxido de carbono en la atmósfera y en el océano, la alteración de los procesos de formación y la composición química de sedimentos. Además, de evidencias biológicas, como el aumento de la tasa de extinción de especies y de la diversidad y resistencia de organismos invasores y patógenos.

Por lo tanto, la aplicación de la biogeoquímica ha permitido describir el estado actual de los ecosistemas. A pesar de que ya no existe un sitio que no pueda ser habitado por el hombre, se están diseñando estrategias para conservar los ecosistemas y revertir el impacto que ha generado. Para lo cual, se esta estudiando la capacidad de respuesta y tolerancia de los ecosistemas a las perturbaciones (resiliencia), y el potencial metabólico de los microorganismos para la transformación de contaminantes.

Dr. Jorge Antonio Valdivia Anistro / Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.
Diana Hansel García Gutiérrez / Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.
Facultad de Estudios Superiores Zaragoza de la Universidad Nacional Autónoma de México
Dra. Elizabeth Castillo Villanueva / Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.
Facultad de Medicina de la Universidad Nacional Autónoma de México.