Ciclo del oxígeno
El ciclo del oxígeno es la circulación del elemento en la biósfera. Está caracterizado por una serie de etapas y reacciones en la que intervienen los seres vivos, principalmente las plantas. Es un ciclo biogeoquímico, vital.
¿Qué es el ciclo del oxígeno?
El oxígeno es el tercer elemento más abundante del universo y el más copioso en la corteza terrestre. Es esencial para la vida. Más su alta reactividad química hace que tenga que ser reabastecido de forma constante por los seres vivos. A las etapas y reacciones que experimenta el oxígeno en la biosfera se le conoce como ciclo del oxígeno.
¿En qué consiste el ciclo del oxígeno?
El ciclo del oxígeno hace referencia a la circulación, transformación y resuministro del elemento entre los seres vivos del planeta Tierra. Los seres humanos y otros animales respiran el oxígeno diatómico (O2) -producido por las plantas- y exhalan dióxido de carbono (CO2). Gas carbónico que las plantas emplean en el proceso de fotosíntesis para la producción de energía y oxígeno.
Sólo los organismos fotosintetizadores: plantas, algas y cianobacterias, tienen la capacidad de producir oxígeno. Utilizan energía de la luz solar, agua y CO2. Liberan a través de la respiración celular una parte de dióxido de carbono y producen a partir de la fotosíntesis glucosa y oxígeno.
El ciclo del oxígeno se asocia a otros ciclos vitales, como los ciclos del agua y del carbono. Al exhalar oxígeno diatómico, el ser humano también expulsa vapor de agua (H2O). El CO2 producido por los seres vivos nutre la tropósfera, es un anhídrido carbónico, compuesto por un átomo de carbono y dos de oxígeno. Y cuando los humanos u otros seres heterótrofos mueren, se descomponen y liberan pequeñas cantidades de O2.
Características
El ciclo del oxígeno es un ciclo biogeoquímico, vital como los ciclos del agua, carbono y nitrógeno. Está caracterizado por procesos biológicos, geológicos, químicos y físicos que se desarrollan continuados uno del otro.
La atmósfera es su estadio más grande, está compuesta por oxígeno diatómico, también llamado dioxígeno; H2O, dióxido de carbono y ozono (O3). El oxígeno constituye además casi el 90% de la hidrósfera. Compone el núcleo terrestre, el suelo, masas de hielo y organismos vivos.
El ciclo inicia con el proceso de fotosíntesis y la transformación de sustancias inorgánicas en materia orgánica, energía esencial para todos los seres vivos.
Etapas del ciclo
El ciclo del oxígeno está compuesto por al menos cuatro etapas o fases principales:
- Fase atmosférica: El oxígeno compone el 21% del aire en la atmósfera, está presente en forma de gases cuyas cantidades varían según la altura. El ozono es su forma alótropa, está constituido por moléculas con tres átomos de oxígeno, se ubica a gran altitud y protege la biosfera de los rayos ultravioletas. El dioxígeno, gas sin color, olor y sabor, se produce a temperatura y presión normal. El dióxido de carbono y el vapor de agua o H2O se derivan de la respiración de los seres vivos.
- Fase de fotosíntesis: Es el punto de partida del ciclo. Gracias a su función clorofílica, las plantas, algas y cianobacterias absorben del aire el dióxido de carbono. En el proceso químico, sintetizan el CO2 y lo convierten en hidratos de carbono o glúcidos, partícipes de la estructura del organismo y fuente principal de energía. Los glúcidos experimentan diversas reacciones. El proceso de oxidación del que se valen los fotosintetizadores para transformar las sustancias inorgánicas en materia orgánica es una reacción bioquímica.
Los cloroplastos, organelos contenidos en el citoplasma de las células eucariotas, albergan estroma, compuesto de enzimas responsables de la transformación de la materia inorgánica.
Cuando el donante primario de electrones es el agua, su combinación con el dióxido de carbono para formar glucosa produce un excedente de oxígeno, que es liberado a la atmosfera. A este proceso se le conoce como fotosíntesis oxigénica. Existe una fotosíntesis anoxigénica, cuyo donador de electrones es el sulfuro de hidrógeno, no relacionada con el ciclo del oxígeno, porque su producto es azufre.
- Fase de respiración: Durante el proceso de respiración se produce un intercambio de gases entre los seres vivos y el medio atmosférico. El organismo inspira oxígeno, lleva aire a los pulmones y expira (exhala) dióxido de carbono.
En el hombre y otros mamíferos, el aparato respiratorio está formado por los orificios de la nariz que se conectan con la laringe, la tráquea y finalmente los pulmones. Es en los pulmones, en sus alveolos, donde se produce el intercambio de gases con la sangre. El oxígeno se disemina a través del aparato circulatorio y se produce el intercambio de gases entre la sangre y los tejidos, llega a las células de todo el organismo. El dióxido de carbono resultante hace el recorrido a lo inverso, pasa de las células a la sangre, los pulmones y es expulsado del organismo.
- Fase de retorno: Se llama así a la vuelta del Oxígeno a la atmósfera. Regresa como residuo de la respiración de los seres vivos (dióxido de carbono). La espiración o expulsión de aire de los pulmones ocurre cuando al relajarse el tórax, las costillas y el diafragma vuelven a su estado natural. La cavidad torácica disminuye su capacidad, aumenta la presión intrapulmonar y dista de la presión atmosférica.
Ciclo del oxígeno en el cuerpo humano
El oxígeno entra al cuerpo humano a través de las cavidades nasales. Atraviesa laringe, faringe y tráquea, mientras el tamaño del tórax aumenta y los pulmones dejan entrar el aire para equiparar la presión. En el proceso intervienen el diafragma (se contrae y baja) y otros músculos, que modifican inclusive la posición de los huesos, específicamente las costillas.
En los pulmones los gases cruzan la pared de los alveolos y capilares sanguíneos que le rodean. Una pequeña cantidad de oxígeno es disuelta en la sangre, pero la porción mayor se mezcla con la hemoglobina para ser transportada y liberada en los tejidos. El oxígeno pasa de la sangre a las células a través de la membrana celular. En este proceso las células van reduciendo la cantidad de oxígeno, lo absorben para sus funciones metabólicas.
De las células de los tejidos se desprende el dióxido de carbono y el vapor de agua que se expulsará durante la fase pasiva de la respiración. Los desechos pasan por la membrana celular hacia la sangre, van de los capilares venosos a las venas cavas, el corazón y los pulmones.
A diferencia del oxígeno, una pequeña fracción del dióxido de carbono se combina con la hemoglobina para formar desoxihemoglobina, otra se disuelve en el plasma, y más del 70% es transportada en forma de ion carbónico (dióxido de carbono + agua). La respiración es el proceso de transformación del oxígeno en dióxido de carbono.
La transferencia de oxígeno en el cuerpo humano es vital, genera energía a nivel celular. No en vano, el elemento es catalogado uno de los cuatro más esenciales para la vida.
Ciclo del oxígeno en las plantas
El ciclo del oxígeno en las plantas es clave en el proceso global. Las plantas, algas y bacterias producen el oxígeno que se acumula en la atmosfera y es utilizado por los seres vivos para sus funciones vitales.
A través del proceso de fotosíntesis transforman la energía de la luz solar en energía química. Utilizan agua y dióxido de carbono para –mediante la respiración celular y fermentación- crear moléculas de glucosa y otros azúcares. Estas moléculas suministran energía inmediata a las células. Cuando incorporan el carbono inorgánico (dióxido de carbono) a las moléculas orgánicas, fijan carbono que contribuye a la formación de otras moléculas necesarias en el organismo.
Además de fijar carbono e introducir energía en los ecosistemas, la fotosíntesis expide como subproducto oxígeno, afectando la composición de la atmósfera de la Tierra. Todo el proceso ocurre en las hojas, al menos en la mayoría de las plantas verdes.
El dióxido de carbono entra por los estomas o poros de las hojas, y se irriga hasta el mesófilo, tejido intermedio. Las células mesófilas están compuestas por cloroplastos y estos, a su vez, por estructuras llamadas tilacoides.
En las membranas de las tilacoides está la clorofila, encargado de absorber la luz del sol. Energía luminosa a ser convertida en energía química gracias a la formación de ATP y NADPH. La primera, una molécula de reserva de energía. La segunda, un portador de electrones reducido. En este proceso dependiente de la luz, las moléculas de agua se convierten en gas oxígeno.
La producción de glucosa, no necesita directamente de la luz, se desarrolla en el estroma. Forma parte del ciclo de Calvin.
Alteraciones del ciclo del oxígeno
Como otros ciclos biogeoquímicos, el ciclo del oxígeno es propenso a sufrir alteraciones, especialmente provocadas por la acción humana. La capa de ozono es deteriorada por la exposición de óxidos de nitrógeno, empleados en fertilizantes. También el uso de halones, metilcloroformo y clorofluorocarbonos, entre otros compuestos químicos contaminantes.
El hombre es además responsable de la destrucción de extensas zonas vegetales, fuentes de oxígeno.
Consecuencias
El uso de compuestos químicos nocivos deteriora la capa de ozono, trayendo consigo el cada vez más pronunciado calentamiento global. Junto a la deforestación y otras acciones imprudentes del hombre, la descomposición de la capa señala hacia:
- La acumulación de gases de efecto invernadero, producidos por las industrias, vehículos y la quema de combustibles fósiles.
- La desaparición de los organismos fotosintéticos, que implica el agotamiento de fuentes de O2 y la extinción de especies marinas.
- Pérdida de la biodiversidad, destrucción de glaciares, sequías, inundaciones y otros desastres ecológicos.
El aumento de la población demanda un mayor consumo de oxígeno, cómo podría acceder a este en condiciones tóxicas.
Importancia
Del equilibrio del ciclo del oxígeno depende la vida en la Tierra. En su forma natural el elemento es altamente reactivo, oxidante, y puede llegar a ser tóxico. Se requiere de la participación de los seres vivos para la circulación, transformación y abastecimiento constante de oxígeno a la biosfera.
El ciclo provee de energía a los organismos, que a través de metabolismos celulares aprovechan la energía para sus funciones vitales. El oxígeno compone todas las moléculas orgánicas y también el agua. Si este se agota, no habría suministro de agua y otros recursos vitales.
La alteración del ciclo de oxígeno causaría daño en los diferentes ecosistemas.
¿Cómo citar este artículo?
Castro Del Valle, Laura Isabel. (2020). Ciclo del oxígeno. Recuperado el 23 febrero, 2024, de Euston96: https://www.euston96.com/ciclo-del-oxigeno/
