Materia Orgánica y Nutrientes en Biogeochemía

Materia Orgánica y Nutrientes

• Hay diversidad de formas físicas de elementos (sólidos, líquidos, gaseosos). Todos los elementos incorporados a la materia orgánica son reciclados en procesos naturales, como la mineralización, que transforma productos orgánicos en inorgánicos.

• La degradación oxidativa de material orgánico varía en zonas con o sin oxígeno. En ausencia de oxígeno, bacterias anaerobias degradan el material produciendo compuestos reducidos. Bacterias quimioautótrofas, en condiciones anóxicas, pueden producir materia orgánica a través de la quimiosíntesis.

• La velocidad del reciclaje de nutrientes en el mar es crucial. Algunos nutrientes limitantes son nitrato (NO3), hierro (Fe), fosfato (PO4) y silicato (Si(OH)4). El ciclo del sílice es sencillo, implica solo formas inorgánicas. El ciclo del fósforo también es relativamente sencillo, pero desde el punto de vista químico.

Contexto Biogeoquímico

• El contexto biogeoquímico en procesos biológicos oceánicos se centra en ciclos biogeoquímicos impulsados por el flujo de materia orgánica (MO). El desacoplamiento de fotosíntesis y respiración influye en la floración primaveral y en las tasas de acumulación y exportación de materia.

• La tasa de fotosíntesis y respiración en el océano tiende a estar equilibrada. Cambios en el carbono orgánico particulado (COP) pueden deberse a cambios en el fitoplancton y consumo de MO.

• Ciclos biogeoquímicos incluyen flujos de nutrientes desde componentes no vivos a vivos y viceversa creando un ciclo continuo

Propiedades de la Materia

• Las sustancias presentan propiedades fundamentales clave para comprender los procesos biológicos oceánicos, como masa, volumen y densidad. La masa es la cantidad de materia. El volumen es el espacio ocupado. La densidad es la relación entre masa y volumen.

• Los procesos biológicos oceánicos se centran en flujos de energía y ciclos de materia. Los flujos de energía en ecosistemas marinos son ciclos abiertos, donde parte de la energía se transforma en calor. Los ciclos de materia son cerrados, reciclando componentes químicos y manteniendo los ecosistemas en equilibrio.

Ciclos de Materia

Ciclo Hidrológico

• El ciclo hidrológico es un proceso fundamental. El agua fluye continuamente entre la atmósfera, la tierra y los océanos a través de evaporación, condensación, precipitación y escorrentía.

Ciclo del Nitrógeno

• El ciclo del nitrógeno es vital para la vida en la Tierra y complejo. Se caracteriza por múltiples formas químicas. La disponibilidad de nitrógeno adecuado para el fitoplancton puede limitar la producción primaria en los océanos, aunque también es dependiente de otros elementos como el hierro.

• La nitrificación es la oxidación de amonio (NH4+) a nitrito (NO2) y luego a nitrato (NO3). La desnitrificación es la reducción de nitrato a formas gaseosas de nitrógeno (N2). Algunas especies de fitoplancton pueden absorber diferentes formas de nitrógeno, adaptándose a ambientes con escasas formas preferentes de nitrógeno.

Ciclo del Carbono

• El ciclo del carbono oceánico involucra el intercambio de carbono entre la atmósfera, la biosfera marina y los sedimentos oceánicos. El carbono inorgánico disuelto (DIC) incluye CO2, ácido carbónico (H2CO3), bicarbonato (HCO3-) y carbonato (CO32-).

• El fitoplancton utiliza CO2 disuelto para la fotosíntesis, liberando oxígeno. La materia orgánica puede ser consumida por otros organismos, degradada o depositarse en las profundidades como parte de la bomba biológica.

• La bomba biológica transporta carbono desde aguas superficiales hacia el océano profundo. Una parte del carbono orgánico permanece en los sedimentos. Existe una bomba física de solubilidad basada en diferencias de temperatura para transportar CO2, dependiendo de las temperaturas de las aguas.

Ciclo del Silicio

• El silicio es un elemento esencial para organismos marinos como las diatomeas. Diatomeas utilizan ácido silícico (Si(OH)4), forma biodisponible, para construir sus frústulas. La lluvia de silicio ocurre cuando las diatomeas mueren, sus frústulas sedimentan en el océano. La concentración de silicio puede afectar la productividad primaria.

Ciclo del Fósforo

• El ciclo del fósforo es importante en los océanos. El fósforo no tiene una fase gaseosa significativa, existiendo principalmente como fosfato inorgánico disuelto (PO43-). Componentes cruciales del ATP, ácidos nucleicos y fosfolípidos de las membranas celulares dependen de éste elemento.

• Las fuentes de fósforo provienen de la meteorización de las rocas continentales y el aporte fluvial. El fitoplancton absorbe el fosfato disuelto. Bacterias remineralizan el fósforo orgánico en fosfato inorgánico. Una parte del fósforo puede permanecer en los sedimentos. La proporción N:P (Nitrógeno:Fósforo) influencian la productividad primaria en zonas oceánicas.

Oxígeno

• El oxígeno en el océano proviene principalmente de la difusión atmosférica y la fotosíntesis. La temperatura y los nutrientes afectan la capacidad del agua para disolver oxígeno. La sobrefertilización puede resultar en aguas turbias y menor concentración de oxígeno.

Materia Orgánica en el Mar

• La materia orgánica en el mar se clasifica en materiales alóctonos (terrestres, de río y atmósfera) y autóctonos (marinos). El carbono orgánico particulado (COP) se clasifica según su tamaño (disuelto o particulado).

Nutrientes y Rendimiento Fotosintético

• El crecimiento y fotosíntesis de las plantas marinas dependen crucialmente de la disponibilidad de nutrientes esenciales. Es clave para el equilibrio en ecosistemas marinos.

Regeneración de Nutrientes

• La regeneración de nutrientes implica la mineralización de compuestos orgánicos en inorgánicos, como la conversión de nitrógeno orgánico en amonio y el fósforo orgánico en fosfato. Este proceso es fundamental para la productividad en zonas oceánicas.

Este cuestionario explora la diversidad de elementos físicos y su reciclaje en la materia orgánica. Analizamos los procesos de mineralización y cómo las condiciones anóxicas afectan la degradación del material orgánico. Además, revisamos la importancia de los nutrientes limitantes en los ecosistemas marinos.