Cicles Biogeoquímics Essencials: Carboni i Nitrogen

Cicle del Carboni

El carboni es troba a l'atmosfera format per tres tipus de compostos: CO₂, CO i CH₄. El CO₂ s'intercanvia entre l'atmosfera i la hidrosfera per difusió directa. Pot trobar-se en matèria orgànica (éssers vius) i matèria inorgànica (mantell terrestre, aigua del mar, roques, terra, aire) i passa d'una d'aquestes formes a altres constantment.

• Atmosfera
• Litosfera: En les roques carbonatades, petroli i carbó.
• Hidrosfera: En forma d'àcid carbònic (H₂CO₃).

Cicle Biològic i Biogeoquímic

La biosfera controla els intercanvis de CO₂ amb l'atmosfera. Mitjançant la fotosíntesi, el carboni és retingut, i a través de la respiració, és retornat. La fotosíntesi mobilitza cada any el 5% del CO₂. En 20 anys es renova totalment.

• Cicle Biogeoquímic: Controla la transferència del CO₂ entre la biosfera i altres subsistemes.

Pas del CO₂ de l'Atmosfera a la Litosfera (El més llarg)

1. El CO₂ es dissol en aigua i forma àcid carbònic (H₂CO₃).
2. Aquest àcid ataca els carbonats i silicats, produint ions bicarbonat, calci i sílice.
3. Quan arriben al mar, els bicarbonats i els ions càlcics són transformats pels animals en carbonat.

En les roques carbonatades, una part dels bicarbonats formarà part de l'esquelet càlcic dels animals marins (sediments). Els altres bicarbonats es transformaran en CO₂ que torna a l'atmosfera.

Retorn del CO₂ a l'Atmosfera

Les roques carbonatades enterrades produeixen una fusió i alliberen CO₂ a l'atmosfera durant les erupcions volcàniques.

Desenvolupament de Fòssils

La matèria orgànica queda sense oxigen i es produeix la fermentació, que transforma el carboni en petroli. S'acumula a la geosfera, disminuint així el CO₂ atmosfèric.

Cicle del Nitrogen

El nitrogen és necessari per als éssers vius, ja que constitueix els aminoàcids (AA) que formen les proteïnes. Només l'1% es troba en els éssers vius, mentre que el 78% es troba a l'atmosfera. La major part es troba en forma de N₂ (nitrogen molecular) inacessible. Hi ha altres formes que es mouen amb facilitat dins dels sistemes.

Formes i Fixació del Nitrogen

1. Amoníac (NH₃): Procedent de les erupcions o de la putrefacció.
2. Òxids de Nitrogen (NO, NO₂, N₂O): Es formen espontàniament a partir del N₂ durant les tempestes elèctriques (fixació atmosfèrica) i són alliberats a l'atmosfera en erupcions. Aquests reaccionen amb l'aigua, formant àcid nítric que cau amb la pluja àcida. Amb cations, formen nitrats (NO₃⁻) que les plantes assimilen.
3. Altres processos de nitrificació.

El paper dels microorganismes

• Bacteris nitrificants: Són descomponedors i transformen l'NH₃ (de la putrefacció) en nitrats (NO₃⁻) assimilables per les plantes.
• Bacteris desnitrificants: Empobreixen el sòl de nitrogen. Transformen els nitrats (NO₃⁻) en N₂ que es perd a l'atmosfera. Actuen quan el sòl està en condicions anaeròbies.

Intervencions Humanes en el Cicle del Nitrogen (Problemes)

1. Combustió a altes temperatures: L'aire carregat d'oxigen i nitrogen als motors forma NO₂. Aquest s'allibera a l'atmosfera, on reacciona amb el vapor d'aigua per formar àcid nítric (pluja àcida), resultant en una major quantitat de nitrats.
2. Fixació industrial: Es converteix el nitrogen atmosfèric (N₂) en amoníac (NH₃) per a fertilització (passant N₂ a formes actives, similar a la fixació atmosfèrica o la combustió). Això augmenta les temperatures.
3. Adobament excessiu dels cultius: Provoca l'alliberament de NO₂ a l'atmosfera, contribuint a l'augment de l'efecte hivernacle.

Captació de Nitrogen per Microorganismes

Bacteris i fongs transformen i retornen el N₂ en formes aprofitables per les plantes.

Tipus de Bacteris Fixadors

• Vida Lliure: Azotobacteris (viuen a la terra) i Cianobacteris (formen part del fitoplàncton).
• Vida Simbiosi: Rhizobium (en arrels de llegums) i fongs com Frankia.

Impacte Ambiental dels Nitrats

No oblidem que l'excés d'adobament, els escapaments i els lixiviats contaminen les aigües amb nitrats.