El cuadriciclo de la Tierra

Los ciclos nos rodean (y nos conforman). La energía entra y sale continuamente de la Tierra en forma de luz solar y calor, respectivamente, pero en general, la materia de nuestro planeta azul se conserva y se recicla.

Los ciclos nos rodean (y nos conforman). La energía entra y sale continuamente de la Tierra en forma de luz solar y calor, respectivamente, pero en general, la materia de nuestro planeta azul se conserva y se recicla. En concreto, podemos hablar de varios ciclos biogeoquímicos que explican cómo los elementos (como el nitrógeno y el carbono) o las moléculas (como el agua) se mueven a través de las diferentes capas de la Tierra, incluyendo la atmósfera, los océanos, la tierra y, sí, incluso en los organismos vivos como tú y yo. Desde un punto de vista biológico, estos ciclos hacen posible la vida en la Tierra, pero también desempeñan un papel en la estética y la cultura, desde las noches de tormenta gracias al ciclo del agua, hasta las flores de cempasúchil que existen gracias al ciclo del nitrógeno. Al final, ¡todo es cíclico!

El ciclo del nitrógeno

El nitrógeno es un elemento muy abundante en la Tierra y necesario para la vida. Curiosamente, aproximadamente tres cuartas partes de nuestra atmósfera son nitrógeno. Además del aire, también está presente en el suelo y los océanos, y en muchas moléculas diferentes, como los nitratos, los nitritos y el amoníaco.

Dentro del ciclo del nitrógeno, el elemento debe pasar de un tipo de molécula a otra dependiendo de dónde se encuentre. Por ejemplo, en la atmósfera es nitrógeno gaseoso, pero en el suelo se convierte en óxido y dióxido de nitrógeno. El ciclo tiene cinco etapas y comienza, por así decirlo, en la atmósfera, continúa en el suelo y dentro de los organismos que lo habitan, y termina de nuevo en la atmósfera.

Las bacterias, los hongos y las plantas desempeñan papeles clave en el ciclo del nitrógeno para transformar los distintos tipos de moléculas nitrogenadas; por ejemplo, los suelos ricos en nitrógeno pueden acelerar el crecimiento de las plantas y el nitrógeno es un subproducto típico de la descomposición.

Sin embargo, también hay que tener en cuenta que un exceso de nitrógeno no suele ser bueno. Muchos de los productos fabricados por el hombre contienen nitrógeno o emiten nitrógeno como subproducto, lo que a veces puede alterar el ciclo natural del nitrógeno en la Tierra. Un ejemplo común es el uso de fertilizantes, que son muy ricos en nitrógeno, pero a menudo se filtran a otros ciclos, como el del agua, y pueden contaminar y alterar el ecosistema de la región afectada.

El ciclo del carbono

Al igual que el nitrógeno, el carbono es un elemento vital para la vida en la Tierra. De hecho, químicamente hablando, siempre que hablamos de "orgánico", ¡realmente estamos hablando  de enlaces carbono-hidrógeno!

Al igual que el nitrógeno, el carbono también se encuentra en los tres compartimentos principales de la Tierra: la atmósfera, la tierra (la litósfera) y los océanos (la hidrósfera), y las funciones que desempeña en cada uno de ellos nos afectan a todos. 

Este ciclo también comienza en la atmósfera, desde donde el carbono se traslada a las plantas en forma de dióxido de carbono (CO2) y, a través de la fotosíntesis, pasa a formar parte de la propia planta (más sobre eso a continuación). Posteriormente, el carbono pasa de las plantas a los animales que se las comen. Eventualmente, pasa de esas plantas y animales al suelo después de que mueran. Allí, lo ideal es que parte de ese carbono permanezca durante millones de años como combustible fósil. Si no, vuelve a la atmósfera cuando se extraen los combustibles fósiles y se queman para obtener energía. El carbono también vuelve a la atmósfera debido a la respiración de los animales.

La forma del carbono de la que más oímos hablar es probablemente el CO2 y cómo su  nivel creciente en nuestra atmósfera está afectando a nuestro clima global. Una de las razones de este aumento tiene que ver con el carbono que se encuentra en los productos de las reacciones químicas utilizadas para muchos procesos industriales y la quema general de combustible (de aquellos combustibles fósiles que debieron haber permanecido bajo tierra). Si el ciclo del carbono en la Tierra estuviera en equilibrio, esto no sería un problema. Pero cuando se extrae demasiado carbono de la tierra y se quema para obtener energía —y se libera a la atmósfera en forma de CO2—, el ciclo se desvía y el resultado es el cambio climático. 

Hay secciones dentro del ciclo del carbono que se denominan sumideros de carbono y que, en un ciclo equilibrado, pueden absorber el exceso de carbono sin impactos negativos. Por ejemplo, importantes sumideros de carbono son los bosques y el océano, que es el último lugar al que puede ir el carbono porque absorbe naturalmente el carbono del aire. Por desgracia, dentro del ciclo de carbono desequilibrado que ha inducido la humanidad, esto ha provocado la acidificación y el calentamiento del océano, que a su vez también está causando estragos en los ecosistemas marinos. 

Para combatir este exceso de carbono en la atmósfera, dependemos en parte de algo llamado captura de carbono, que son procesos que sacan el dióxido de carbono de nuestra atmósfera para mitigar los cambios en el clima que están afectando a los organismos de todo el mundo. Estos procesos pueden estar basados en la naturaleza con intervención humana o pueden ser tecnológicos. En esencia, intentamos que el ciclo del carbono vuelva a funcionar porque ya no puede hacerlo por sí mismo.

La fotosíntesis

La fotosíntesis es un proceso de conversión de la energía lumínica en energía química que algunos organismos, como las plantas, utilizan para alimentar su crecimiento. Este proceso desempeña un papel importante en el ciclo del nitrógeno, el ciclo del carbono y el ciclo del agua.

Las plantas necesitan nitrógeno para las proteínas y para la clorofila, que utilizan para convertir la energía lumínica en combustible. En concreto, el aparato fotosintético consiste en la reacción del dióxido de carbono y el agua (donde entran en juego esos dos ciclos respectivos) con la energía lumínica para crear azúcar (alimento) y oxígeno (subproducto).

Como hemos explorado anteriormente, gracias a la fotosíntesis, las plantas (principalmente en forma de bosques) sirven como sumideros de carbono cuando absorben dióxido de carbono de la atmósfera para la respiración y liberan oxígeno como producto en la reacción química. La fotosíntesis, por tanto, es un actor dentro del ciclo del carbono.

El ciclo del agua

Este ciclo vital se ocupa de la molécula H2O, a diferencia de los ciclos del nitrógeno o del carbono, que se ocupan de un elemento específico en varias moléculas. El ciclo del agua también abarca todas las regiones y capas superficiales de la Tierra y los diferentes estados físicos de la materia: gas, líquido y sólido. 

Cuando el agua líquida de un cuerpo de agua se convierte en vapor, esto se llama evaporación. Posteriormente, el vapor suele subir a la atmósfera y formar nubes mediante un proceso llamado condensación. Cuando las nubes son lo suficientemente pesadas, el agua forma gotas que caen a la Tierra a través de la precipitación. Algunos ejemplos de precipitación son la lluvia, la nieve y el granizo. La nieve y el granizo son ejemplos de agua en su fase sólida después de congelarse. Una vez que la precipitación toca tierra, puede filtrarse en el suelo hasta las profundidades de los acuíferos o drenar hacia un cuerpo de agua, como un lago o un océano, y el ciclo está listo para repetirse. Además de la evaporación, el agua también puede pasar a la atmósfera desde las plantas a través de la transpiración.

Aunque en cierto sentido sea el ciclo más sencillo, no es menos importante que los demás y constituye uno de los rasgos más definitorios de la Tierra que permite la vida. Desgraciadamente, al igual que los ciclos del nitrógeno y del carbono, el ciclo del agua se está viendo afectado por la actividad humana y alterado por el cambio climático, lo que da lugar a fenómenos meteorológicos más frecuentes y graves, como huracanes y sequías, que dependen del ciclo del agua.

Como hemos visto, la vida (y la muerte) en la Tierra es cíclica, incluso en sus niveles más básicos y fundamentales. Desde el punto de vista químico, cada parte de nosotros ha existido desde el principio de los tiempos y ha recorrido todos los rincones del planeta, y seguirá haciéndolo mucho después de que nuestros cuerpos perezcan. El agua que bebemos hoy puede haber sido la misma que bebía un dinosaurio, y puede ser la misma que llegue a un glaciar de la Antártida dentro de un par de eones. El carbono que exhalamos puede acabar almacenándose bajo tierra en forma de combustibles fósiles. La cuestión es si conseguiremos volver a equilibrar los ciclos para que se repitan indefinidamente, como lo han hecho desde que floreció la vida en la Tierra.

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