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El ciclo del nitrógeno describe la conversión del nitrógeno en diferentes formas químicas en su proceso de circulación entre el medio terrestre, el medio marino y la atmósfera. En otras palabras, el ciclo del nitrógeno describe cómo el nitrógeno circula, se transforma y se recicla en los ecosistemas. Este ciclo es fundamental para sostener la vida en la Tierra: sin él, llegaría…
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Jetzt kostenlos anmeldenEl ciclo del nitrógeno describe la conversión del nitrógeno en diferentes formas químicas en su proceso de circulación entre el medio terrestre, el medio marino y la atmósfera.
En otras palabras, el ciclo del nitrógeno describe cómo el nitrógeno circula, se transforma y se recicla en los ecosistemas.
Este ciclo es fundamental para sostener la vida en la Tierra: sin él, llegaría un momento en el que el nitrógeno y todas las moléculas que lo contienen se agotarían (como los ácidos nucleicos o las proteínas).
El mayor reservorio de nitrógeno es la atmósfera, donde se encuentra en forma molecular (N2). Desde la atmósfera, el nitrógeno circula a través de los ecosistemas, transformándose en distintos compuestos químicos orgánicos e inorgánicos. Las principales etapas del ciclo del nitrógeno son:
Otro proceso que se puede distinguir dentro del ciclo es la oxidación del amoníaco. A continuación describimos en más detalle cada una de las etapas del ciclo del nitrógeno, que se resumen en la siguiente figura.
La fijación del nitrógeno se refiere a la conversión del gas nitrógeno (N2) en compuestos que contienen nitrógeno.
Este proceso se produce de forma natural, a través de los rayos o de microorganismos especializados en la fijación de nitrógeno; también puede provocarse, de forma artificial, mediante el proceso Haber-Bosch.
En la atmósfera, los dos átomos de nitrógeno de la molécula de nitrógeno se mantienen unidos por un fuerte enlace covalente triple; es decir, los átomos comparten tres pares de electrones. Los relámpagos transportan suficiente energía para romper los enlaces covalentes del nitrógeno atmosférico. Cuando la molécula de nitrógeno se rompe, se une al oxígeno atmosférico, formando óxidos de nitrógeno (NOx).
La "x" de NOx se refiere al número de átomos.
Las actividades humanas se han convertido en una gran fuente de fijación de nitrógeno; por ejemplo, la quema de combustibles fósiles produce nitrógeno fijado. La fijación de nitrógeno industrial es un subproducto del proceso Haber-Bosch para producir amoníaco. Durante el proceso, el gas nitrógeno se combina con el gas hidrógeno en un entorno de alta temperatura y alta presión. El amoníaco producido se utiliza ampliamente como fertilizante sintético.
Las bacterias fijadoras de nitrógeno de vida libre pueden transformar el nitrógeno atmosférico en formas de nitrógeno inorgánico, a las que las plantas pueden acceder. Las plantas utilizan el nitrógeno inorgánico para fabricar aminoácidos.
Las bacterias fijadoras de nitrógeno simbióticas, como las del género Rhizobium, viven en los nodos de algunas plantas (por ejemplo, guisantes y judías) y adquieren glúcidos de la planta. A su vez, fijan el nitrógeno atmosférico y proporcionan aminoácidos a la planta. La relación entre estos tipos de bacterias y las plantas es simbiótica.
Las relaciones simbióticas se dan cuando dos organismos viven en estrecha proximidad física y se proporcionan ventajas mutuas. Algunos ejemplos son las bacterias fijadoras de nitrógeno y su planta asociada.
La amonificación consiste en la conversión del nitrógeno orgánico (nitrógeno que se encuentra en las células de los organismos vivos) en amoníaco. Los organismos descomponedores son los protagonistas de este proceso, ya que se alimentan de la materia orgánica (derivada de organismos vivos), la descomponen y liberan amoníaco. Este amoníaco pasa a estar disponible para los procesos de nitrificación y asimilación.
La nitrificación es un proceso de oxidación de dos pasos que convierte los iones de amonio en iones de nitrato. El proceso implica:
Las bacterias nitrificantes obtienen energía, a través de estas reacciones de oxidación. Ambas reacciones requieren oxígeno para producirse; por lo tanto, para aumentar la productividad en la agricultura, el suelo debe mantenerse bien aireado.
La asimilación se produce cuando las plantas utilizan los iones de nitrato y el amoníaco para producir aminoácidos y proteínas, y luego pasan de las plantas a los animales. Los iones de nitrato y el amoníaco se forman mediante la fijación del nitrógeno y la nitrificación, como acabamos de leer.
Los aminoácidos son moléculas (monómeros) que componen las proteínas.
La desnitrificación se refiere a la reducción de los iones de nitrato a gas nitrógeno, por parte de las bacterias anaerobias. Por eso, este proceso sólo puede ocurrir en condiciones anaeróbicas (sin o con muy poco oxígeno disponible).
Por ejemplo, en los humedales, el suelo tiende a estar anegado, lo que crea el entorno perfecto para las bacterias anaerobias, ya que hay poco oxígeno en el sedimento.
La reacción química de reducción implica la eliminación del oxígeno.
Durante la reacción anammox, los iones de amonio (NH4+) y el nitrito (NO2-) se convierten en nitrógeno atmosférico. Este paso es un proceso importante en los océanos y debe ocurrir en condiciones anaeróbicas (ausencia de oxígeno).
La fórmula de la reacción anammox es la siguiente:
El nitrógeno es un bioelemento primario y es el bloque de construcción de los aminoácidos, las proteínas y los ácidos nucleicos. En las plantas, el nitrógeno también se utiliza para fabricar clorofila, un pigmento fundamental que participa en la fotosíntesis. Gracias al ciclo del nitrógeno, este se recicla en los ecosistemas y se puede reutilizar continuamente.
La alteración del ciclo del nitrógeno provoca desequilibrios en los ecosistemas.
Por ejemplo, el suelo que contiene un exceso de nitrógeno corre el riesgo de tener un pH bajo, es decir, el suelo será demasiado ácido. Un suelo con un pH bajo es perjudicial para las bacterias y los microorganismos que no pueden sobrevivir en esas condiciones.
También, en los océanos y ríos, la acumulación de nitrógeno de escorrentía provocará la eutrofización. La eutrofización es el proceso por el que los niveles de nutrientes se vuelven excesivos en las masas de agua.
Puedes obtener más información respecto a este tema en nuestro artículo Fertilizantes.
La quema de combustibles fósiles libera a la atmósfera óxidos de nitrógeno. Estas acciones afectan a la calidad del aire, ya que provocan la producción de lluvia ácida y de smog.
Los fertilizantes favorecen el crecimiento de las plantas y la productividad general de los cultivos. Sin embargo, los fertilizantes sintéticos contienen nitrógeno en exceso, por lo que su uso excesivo crea un desequilibrio perjudicial en los niveles de nutrientes del suelo. Estos efectos nocivos pueden provocar:
Si se eliminan las plantas y los árboles, se eliminarán los nutrientes con ellos. Además, los nutrientes solubles que queden (como los iones de nitrato) se disolverán en el agua de lluvia. Estos nutrientes disueltos se adentrarán demasiado en el suelo, lo que dificultará o impedirá que la planta pueda alcanzarlos.
Para reducir los efectos adversos de la actividad humana en el ciclo del nitrógeno, los individuos y las empresas deben ser conscientes de su huella de nitrógeno.
Cambios como la elección de fuentes renovables de energía pueden conducir a la reducción gradual de la cantidad de combustibles fósiles quemados.
Asimismo, optar por comer menos carne roja puede tener un impacto positivo, ya que la ganadería requiere una gran cantidad de piensos, que se cultivan con fertilizantes.
El control del nitrógeno es otro enfoque del que podría beneficiarse el sector agrícola. El seguimiento minucioso de los niveles de nutrientes en el suelo puede ayudar a minimizar los efectos tóxicos de su acumulación en exceso y, así, evitar fenómenos como la eutrofización.
Las principales etapas del ciclo del nitrógeno son:
Otros procesos dentro del ciclo son la asimilación y la oxidación del amoníaco
El mayor reservorio de nitrógeno es la atmósfera, donde se encuentra en forma molecular (N2). Desde la atmósfera, el nitrógeno comienza a circular a través de los ecosistemas, transformándose en distintos compuestos químicos orgánicos e inorgánicos.
El nitrógeno es un bioelemento primario y es el bloque de construcción de los aminoácidos, las proteínas y los ácidos nucleicos. Gracias al ciclo del nitrógeno, el nitrógeno se recicla en los ecosistemas y se puede reutilizar continuamente.
El ciclo del nitrógeno es fundamental para sostener la vida en la Tierra, sin él llegaría un momento en que el nitrógeno se agotaría y con él todas las moléculas que lo contienen, como los ácidos nucleicos o las proteínas.
Esto significa que los organismos vivos no podrían existir, al no poder formar estas moléculas indispensables.
Si en el ciclo del nitrógeno no hubiera bacterias, el ciclo no se podría completar: las bacterias son los únicos organismos que pueden utilizar el nitrógeno y hacerlo disponible para el resto de organismos en dos partes del ciclo —la fijación del nitrógeno atmosférico y la nitrificación de iones amonio a iones nitrato (luego asimilados por las plantas)—.
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