La biogeoquímica es la disciplina científica que implica el estudio de los procesos y reacciones químicos , físicos , geológicos y biológicos que gobiernan la composición del medio ambiente natural (incluidas la biosfera , la criosfera , la hidrosfera , la pedosfera , la atmósfera y la litosfera) . ). En particular, la biogeoquímica es el estudio de los ciclos biogeoquímicos , los ciclos de elementos químicos como el carbono y el nitrógeno , y sus interacciones e incorporación a los seres vivos transportados a través de sistemas biológicos a escala terrestre en el espacio y el tiempo. El campo se centra en los ciclos químicos que son impulsados por la actividad biológica o influyen en ella. Se pone especial énfasis en el estudio de los ciclos del carbono , nitrógeno , oxígeno , azufre , hierro y fósforo . [1] La biogeoquímica es una ciencia de sistemas estrechamente relacionada con la ecología de sistemas .
Los primeros griegos establecieron la idea central de la biogeoquímica de que la naturaleza se compone de ciclos. [2]
El interés agrícola por la química del suelo del siglo XVIII condujo a una mejor comprensión de los nutrientes y su conexión con los procesos bioquímicos. Dumas y Boussingault ampliaron aún más esta relación entre los ciclos de la vida orgánica y sus productos químicos en un artículo de 1844 que se considera un hito importante en el desarrollo de la biogeoquímica. [2] [3] [4] Jean-Baptiste Lamarck utilizó por primera vez el término biosfera en 1802, y otros continuaron desarrollando el concepto a lo largo del siglo XIX. [3] Las primeras investigaciones climáticas realizadas por científicos como Charles Lyell , John Tyndall y Joseph Fourier comenzaron a vincular la glaciación , la erosión y el clima. [5]
El fundador de la biogeoquímica moderna fue Vladimir Vernadsky , un científico ruso y ucraniano cuyo libro de 1926 La Biosfera , [6] en la tradición de Mendeleev , formuló una física de la Tierra como un todo vivo. [7] Vernadsky distinguió tres esferas, donde una esfera era un concepto similar al concepto de espacio de fases . Observó que cada esfera tenía sus propias leyes de evolución , y que las esferas superiores modificaban y dominaban a las inferiores:
Las actividades humanas (por ejemplo, la agricultura y la industria ) modifican la biosfera y la esfera abiótica. En el entorno contemporáneo, la cantidad de influencia que los humanos tienen en las otras dos esferas es comparable a una fuerza geológica (ver Antropoceno ).
A la limnóloga y geoquímica estadounidense G. Evelyn Hutchinson se le atribuye haber esbozado el amplio alcance y los principios de este nuevo campo. Más recientemente, los elementos básicos de la disciplina de la biogeoquímica fueron reformulados y popularizados por el científico y escritor británico James Lovelock , bajo la etiqueta de Hipótesis Gaia . Lovelock enfatizó el concepto de que los procesos de vida regulan la Tierra a través de mecanismos de retroalimentación para mantenerla habitable. La investigación de Manfred Schidlowski se centró en la bioquímica de la Tierra primitiva . [8]
Los ciclos biogeoquímicos son las vías por las cuales las sustancias químicas circulan (rotan o se mueven a través de) los compartimentos biótico y abiótico de la Tierra . El compartimento biótico es la biosfera y los compartimentos abióticos son la atmósfera , la hidrosfera y la litosfera . Existen ciclos biogeoquímicos para elementos químicos, como el calcio , carbono , hidrógeno , mercurio , nitrógeno , oxígeno , fósforo , selenio , hierro y azufre , así como ciclos moleculares, como el agua y la sílice . También existen ciclos macroscópicos, como el ciclo de las rocas , y ciclos inducidos por el hombre para compuestos sintéticos como los bifenilos policlorados (PCB). En algunos ciclos existen reservorios donde una sustancia puede permanecer o ser secuestrada por un largo período de tiempo. [9] [10] [11]
Existen grupos de investigación de biogeoquímica en muchas universidades de todo el mundo. Dado que se trata de un campo altamente interdisciplinario , se sitúan dentro de una amplia gama de disciplinas anfitrionas que incluyen: ciencias atmosféricas , biología , ecología , geomicrobiología , química ambiental , geología , oceanografía y ciencias del suelo . A menudo se agrupan en disciplinas más amplias, como las ciencias de la tierra y las ciencias ambientales .
Muchos investigadores investigan los ciclos biogeoquímicos de elementos químicos como el carbono , oxígeno , nitrógeno , fósforo y azufre , así como sus isótopos estables . También se estudian los ciclos de los oligoelementos , como los metales traza y los radionucleidos . Esta investigación tiene aplicaciones obvias en la exploración de depósitos de minerales y petróleo, y en la remediación de la contaminación ambiental.
Algunos campos de investigación importantes para la biogeoquímica incluyen:
La biogeoquímica evolutiva es una rama de la biogeoquímica moderna que aplica el estudio de los ciclos biogeoquímicos a la historia geológica de la Tierra. Este campo investiga el origen de los ciclos biogeoquímicos y cómo han cambiado a lo largo de la historia del planeta, específicamente en relación con la evolución de la vida. [12]
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