Ciclo del nitrógeno: Etapas, importancia y características

El ciclo del nitrógeno es uno de los procesos más importantes que ocurren en nuestro planeta. De hecho, cuenta con diferentes etapas que son indispensables para el desarrollo de la vida de cualquier tipo. A continuación, hablaremos sobre sus características, importancia y cada uno de las etapas que cumple.

¿Qué es el ciclo biogeoquímico del nitrógeno?

Por definición, El ciclo del nitrógeno consiste en un conjunto cerrado de distintos procesos abióticos y biológicos. Tiene el objetivo de proporcionar este compuesto químico (Nitrógeno) a todos los seres vivos, ya sean plantas, animales o seres humanos.

Este ciclo biogeoquímico es uno de los más relevantes del planeta, cumpliendo con variedad de funciones que hacen la vida posible. Incluso, el equilibrio dinámico depende del nitrógeno y sus procesos hechos en la biosfera.

Características del ciclo biogeoquímico del nitrógeno

El nitrógeno es un compuesto químico que se originó mediante la creación de núcleos atómicos nuevos. Los estudios científicos y químicos han descubierto que las estrellas compuestas con masas enormes de helio dieron paso a la producción de nitrógeno. Cuando se llegaron a las condiciones de temperatura y presión acertadas, se formó este elemento químico.

Una vez que la actividad volcánica del planeta elevó su intensidad, el nitrógeno se convirtió a estado gaseoso. Posteriormente, se integró a la atmósfera, donde comenzó a realizar su ciclo biogeoquímico. El nitrógeno se manifiesta de distintas maneras a través de procesos químicos que se originan al perder electrones.

Manifestaciones del nitrógeno

Primeramente, el nitrógeno está presente de manera orgánica en proteínas y aminoácidos del organismo. Por otra parte, también existe en compuestos orgánicos, tales como el amoniaco, nitratos, nitritos y el ion amonio.

Se piensa que el amoniaco surge debido a los ciclos biológicos y químicos del nitrógeno que se han cumplido a largo de los años. Dichos procesos están relacionados con la interacción entre las actividades volcánicas y marítimas.

Explicación del ciclo del nitrógeno

Los procesos que se llevan a cabo en el ciclo biogeoquímico del nitrógeno son bastante complejos. De hecho, cada una de las etapas tiene distintas características que contribuyen en mayor o menor medida a su producción y asimilación. De cualquier modo, son cinco pasos que da el ciclo y cada uno es de vital importancia.

Fijación del nitrógeno

Es donde comienza el proceso de transformación del nitrógeno atmosférico. Así podrá ser utilizado por los seres vivos mediante las reacciones químicas que necesitan grandes cantidades de energía. Estas se obtienen mediante canales abióticos y bióticos.

Durante la etapa de fijación del nitrógeno, se rompen los enlaces presentes en las moléculas del componente químico atmosférico.

Amonificación

El nitrógeno está presente en la materia orgánica, lo cual incluye los desechos de animales y organismos muertos. Se puede incluir la urea, orina de mamíferos y ácido úrico que se encuentra en el excremento de aves. En el proceso de amonificación, todos los compuestos de nitrógeno del suelo se reducen a compuestos químicos más sencillos.

Esto se logra cuando los microorganismos generan proteínas a través los aminoácidos de cada composición. Como consecuencia, se libera el nitrógeno que estaba acumulado en exceso, aunque en forma de ion amonio o amoníaco. Por lo tanto, las bacterias podrán intervenir en las etapas posteriores del ciclo.

Nitrificación

Es la fase donde las bacterias toman el ion amonio y el amoniaco disponible en el sustrato para producir oxidación. De este modo, se utiliza la energía de los metabolismos. En el proceso de oxidación, las bacterias fabrican nitritos, especialmente las del género Nitrosomas.

Después, la encina amoniaco mooxigenasa se activa en los microorganismos, generando el óxido del NH3, dando paso a la hidroxilamina. Tal como en el caso anterior, es un compuesto reducido a nitrito mediante la oxidación.

Con el transcurso del ciclo, los nitrito se convierte en en nitrato, otra vez por los efectos oxidantes de las bacterias y enzimas. Para terminar, los compuestos quedan alojados en el suelo, de forma que puedan ser absorbidos por las plantas para nutrirse.

Desnitrificación

En esta fase, tanto los nitratos como los nitritos que se producen a través de oxidación se convierten en nitrógeno atmosférico. Al mismo tiempo, se agrega una ligera cantidad de óxido nitroso. Existen ciertos criterios muy relevantes para que esta etapa se desarrolle correctamente.

Influyen directamente la saturación del suelo y la temperatura, al igual que la intervención de bacterias anaeróbicas. Es lo que permite la asimilación de electrones para devolver el nitrógeno a la atmósfera. Con ello, se cierra el ciclo de manera óptima.

Asimilación

Ciertas plantas absorben el nitrógeno del suelo mediante nitratos presentes en las raíces. No intervienen bacterias ni intermediarios fijadores de nitrógeno atmosférico. Una de las partes de los nitratos ingresados es usada por las raíces para distribuir xilema, alcanzando a la estructura vegetal en su totalidad.

Si el nitrato debe ser usado, se reduce a nitrito por acción de la enzima nitrato reductasa. Posteriormente, el nitrito se lleva a una zona de la planta que recibe el nombre de cloroplastos, donde se reduce a aion amonio. Entonces, se forman moléculas y aminoácidos, que serán tomados por seres vivos como alimentación.

Importancia del ciclo del nitrógeno

El ciclo biogeoquímico del nitrógeno es de gran relevancia para la vida en el planeta. Gracias a él, intervienen diferentes procesos biológicos que resultan fundamentales para los organismos vivos. Ayuda a la producción de aminoácidos, proteínas y ácidos nucleicos.

Es cierto que el nitrógeno se encuentra abundantemente en la atmósfera, pero hay algunas limitantes. Muy pocos organismos pueden asimilar directamente el compuesto químico. Por este motivo,  el planeta lleva a cabo su ciclo biogeoquímico, de forma que el compuestos sea tratado y preparado para ser asimilado.

Ciclo del nitrógeno en el agua o ecosistemas marinos

El ciclo biogeoquímico del nitrógeno no solo está presente en los ecosistemas terrestres. También juega un papel indispensable en los ecosistemas marinos presentes en la hidrosfera. Sin embargo, los procesos son muy parecidos a los que ya hemos descrito anteriormente.

Amonificación, desnitrificación y nitrificación siguen siendo prioridad. En los ecosistemas acuáticos, dichos procesos son realizados por arqueas y bacterias marinas. Muchos de los compuestos de nitrógeno caen en la superficie oceánica como sedimentos.

Durante períodos de tiempo muy largos, estos sedimentos se comprimen hasta producir rocas sedimentarias. Posteriormente, el levantamiento geológico mueve las rocas otra vez hace la superficie terrestre.

Investigaciones científicas

Anteriormente, los científicos no pensaban que las rocas sedimentarias oceánicas fueran una fuente rica en nitrógeno. No obstante, a medida que han avanzado los años, nuevos estudios científicos han demostrado que tienen una influencia directa en los ecosistemas terrestres.

El nitrógeno es liberado de forma gradual mientras las rocas sufren desgaste o se meteorizan. Como resultado, queda disponible para la absorción por las plantas.

Ciclo del nitrógeno en el cuerpo humano

Los seres humanos no tenemos la capacidad de fijar el nitrógeno de manera biológica. Podemos disfrutar de sus propiedades gracias al ciclo biogeoquímico que realiza este compuesto químico. Ahora bien, esto no quiere decir que la humanidad no haya tenido un impacto en la producción y utilización del nitrógeno en el medio ambiente.

De modo industrial, aproximadamente se producen 450 millones de toneladas de nitrógeno al año. Se hacen reaccionar distintos compuestos químicos a elevadas temperaturas para usarse en grandes empresas. Gran parte de esa cantidad de nitrógeno es empleada para la producción de fertilizantes.

¿Cómo afecta la actividad humana al ciclo del nitrógeno?

Existen dos medios principales mediante los cuales la actividad humana logra liberar nitrógeno al medio ambiente. La primera es la quema de combustibles fósiles, y la segunda la utilización de fertilizantes con nitrógeno. En ambos procesos, los niveles de compuestos nitrogenados se ven aumentados en la atmósfera.

Los niveles concentrados de nitrógeno atmosférico están asociados a efectos nocivos para la salud del planeta. Por ejemplo, dan paso a la lluvia ácida, que a la vez genera daños colaterales en la hidrosfera. Asimismo, la producción de óxido nitroso contribuye al efecto invernadero.

Al utilizar los fertilizantes de carácter industrial, todos los restos van a parar en lagos, ríos y arroyos. De hecho, la escorrentía de fertilizantes produce eutrofización del agua salada y dulce.

¿Qué es la eutrofización?

La eutrofización es un fenómeno que reduce la cantidad de oxígeno disponible en el agua durante las noches. Esto ocurre porque las algas y otros microorganismos que se alimentan de moléculas orgánicas utilizan oxígeno en grandes cantidades para la respiración celular.

Lamentablemente, dicho fenómeno deriva en la muerte de otros organismos que viven en los ecosistemas marinos afectados. Se incluyen camarones y peces, siendo estos los más susceptibles. A la larga, se forman áreas con niveles de oxígeno tan reducidos que la vida que estaría completamente descartada. Se denominan zonas muertas, donde no se alberga ningún tipo de especie.

¿Cuál es el impacto del ciclo del nitrógeno en los ecosistemas?

Es ciclo biogeoquímico del nitrógeno tiene un impacto directo en todos los ecosistemas. Como ya mencionamos, afecta tanto a la vida terrestre como a la vida oceánica. Ahora bien, es importante establecer el tipo de efectos que tiene en función de la actividad humana.

Cuando la tierra fue creada hace miles de millones de años, el ciclo del nitrógeno contribuyó directamente a su formación. Hoy en día, también cumple con un rol primordial para la conservación de la vida. No obstante, los procesos industriales han causado mucho daño y alterado los distintos ciclos biogeoquímicos del planeta.

Impacto positivo

El ciclo del nitrógeno resulta indispensable para todos los organismos biológicamente vivos. Todos utilizamos el nitrógeno en mayor o menor medida para poder vivir. Es un componente esencial para elaborar proteínas, aminoácidos, ácidos nucleicos y ADN.

Y a pesar de los efectos nocivos del medio ambiente con el tratamiento industrial, es un compuesto necesario para la agricultura. De hecho, aumenta la producción notoriamente cuando los niveles son los correctos.

Impactos negativos

La contaminación ambiental y la quema excesiva e irresponsable de combustibles fósiles afecta el ciclo del nitrógeno. Una de las consecuencias principales es la alteración antropogénica. La misma genera un cambio químico del nitrógeno en la atmósfera, tanto a nivel global como local.

Esto hace que se aumenten las emisiones de gases nitrogenados, como por ejemplo amoníaco, óxido nítrico y óxido nitroso. Dichos compuestos, en cantidades excesivas, poco a poco van deteriorando más el planeta.

Ciclo del nitrógeno y la industria química

La industria química ha experimentado durante años con procesos que involucran el nitrógeno. Uno de los más destacados ese descubrimiento de Fritz Haber, científico alemán. Desarrolló un proceso mediante el cual es posible que el nitrógeno atmosférico reaccione con el hidrógeno en forma de gas.

Esto genera amoniaco, sustancia que es usada en la actualidad como fertilizante artificial. Incluso, el amoniaco es muy común para realizar limpiezas dentro del hogar y hacer trabajos de desinfección. Evidentemente, su uso más extendido es con el propósito de aumentar la producción de alimentos.

¿Qué ocurre con el agua?

Aunque la industrialización del nitrógeno aporta múltiples beneficios en agricultura, también perjudica los ecosistemas marinos. Tanto el ciclo del agua como el ciclo del nitrógeno guardan una relación entre sí. Cuando los compuestos químicos se evaporan, son almacenados en las nubes.

Una vez que el agua contaminada cae en los mantos oceánicos, se altera la composición química de las aguas. Por lo tanto, se estimula de manera negativa el crecimiento de las algas, presentándose en números exagerados.

La sobrepoblación de algas en los ecosistemas marinos da paso a un consumo excesivo de oxígeno. Entonces, se generan toxinas que perjudican la vida de otros organismos. Como consecuencia, son producidas las ya mencionadas zonas muertas, donde no es posible la vida.

Resumen

El ciclo del nitrógeno es fundamental para la vida de todos los habitantes del planeta, lo que incluye sus ecosistemas. Influye directamente en la corteza terrestre, pero también en la vida marina. Sus etapas son fijación, amonificación, nitrificación, desnitrificación y asimilación.

Animales, seres humanos y plantas se benefician al máximo de todos los procesos realizados por el nitrógeno. Gracias a este compuesto químico, se desarrollan aminoácidos y proteínas para sustentar la vida. Lastimosamente, el daño que ha causado el ser humano al medio ambiente ha afectado negativamente al ciclo del hidrógeno.

Por lo tanto, todos tenemos la responsabilidad de cuidar nuestro planeta lo mejor posible.