La biogeoquímica es la disciplina científica que implica el estudio de los procesos y reacciones químicas , físicas , geológicas y biológicas que rigen la composición del medio ambiente natural (incluyendo 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 con los seres vivos transportados a través de sistemas biológicos a escala terrestre en el espacio y el tiempo, y su incorporación a ellos. El campo se centra en los ciclos químicos que son impulsados por la actividad biológica o influyen en ella. Se hace especial hincapié en el estudio de los ciclos del carbono , el nitrógeno , el oxígeno , el azufre , el hierro y el 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 consiste en ciclos. [2]
El interés agrícola por la química del suelo en el siglo XVIII condujo a una mejor comprensión de los nutrientes y su conexión con los procesos bioquímicos. Esta relación entre los ciclos de la vida orgánica y sus productos químicos fue ampliada aún más por Dumas y Boussingault 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 meteorización 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 viviente. [7] Vernadsky distinguió tres esferas, donde una esfera era un concepto similar al concepto de espacio-fase . 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 influencia que ejercen los seres humanos sobre las otras dos esferas es comparable a una fuerza geológica (véase Antropoceno ).
Al limnólogo y geoquímico estadounidense G. Evelyn Hutchinson se le atribuye el mérito de 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 el nombre de Hipótesis de Gaia . Lovelock hizo hincapié en el concepto de que los procesos vitales 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 (se renuevan o se mueven a través de) los compartimentos bióticos y abióticos 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 , el carbono , el hidrógeno , el mercurio , el nitrógeno , el oxígeno , el fósforo , el selenio , el hierro y el azufre , así como ciclos moleculares, como el del agua y el 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 hay reservorios donde una sustancia puede permanecer o ser secuestrada durante un largo período de tiempo. [9] [10] [11]
Existen grupos de investigación en biogeoquímica en muchas universidades de todo el mundo. Dado que se trata de un campo altamente interdisciplinario , estos se ubican dentro de una amplia gama de disciplinas anfitrionas, entre las que se incluyen: ciencias atmosféricas , biología , ecología , geomicrobiología , química ambiental , geología , oceanografía y ciencias del suelo . A menudo se agrupan en disciplinas más amplias, como ciencias de la tierra y ciencias ambientales .
Muchos investigadores estudian los ciclos biogeoquímicos de elementos químicos como el carbono , el oxígeno , el nitrógeno , el fósforo y el azufre , así como sus isótopos estables . También se estudian los ciclos de los oligoelementos , como los metales y los radionucleidos . Esta investigación tiene aplicaciones obvias en la exploración de yacimientos minerales y de 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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