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Biogeoquímica

Tapete de cianobacterias dominado por Anabaena sp. ( heterocística ) en la laguna de Mayotte a 14 m de profundidad. Estas cianobacterias fijan nitrógeno e influyen en las condic...

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Tapete de cianobacterias dominado por Anabaena sp. ( heterocística ) en la laguna de Mayotte a 14 m de profundidad. Estas cianobacterias fijan nitrógeno e influyen en las condiciones redox , contribuyendo al ciclo biogeoquímico en ambientes marinos.

La biogeoquímica es la disciplina científica que abarca 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 estudia 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 la influyen. Se hace especial hincapié 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 .

Historia

Vladimir Vernadsky , fundador de la biogeoquímica.

Griego primitivo

Los primeros griegos establecieron la idea central de la biogeoquímica de que la naturaleza consiste en ciclos. [ 2 ]

siglos XVIII-XIX

El interés agrícola en la química del suelo del 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 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 de científicos como Charles Lyell , John Tyndall y Joseph Fourier comenzaron a vincular la glaciación , la meteorización y el clima. [ 5 ]

siglo XX

El fundador de la biogeoquímica moderna fue Vladimir Vernadsky , un científico ruso y ucraniano cuyo libro de 1926 , La biosfera , [ 6 ] siguiendo la tradición de Mendeleev , formuló una física de la Tierra como un todo vivo. [ 1 ] Vernadsky distinguió tres esferas, donde una esfera era un concepto similar al de un espacio de fases . Observó que cada esfera tenía sus propias leyes de evolución y que las esferas superiores modificaban y dominaban a las inferiores:

  1. Esfera abiótica : todos los procesos de energía y materia no vivos.
  2. Biosfera: los procesos vitales que se desarrollan dentro de la esfera abiótica.
  3. Nöesis o noosfera : la esfera del proceso cognitivo humano

Las actividades humanas (por ejemplo, la agricultura y la industria ) modifican la biosfera y la esfera abiótica. En el entorno actual, la influencia que ejercen los seres humanos sobre las otras dos esferas es comparable a la de una fuerza geológica (véase Antropoceno ).

Se atribuye al limnólogo y geoquímico estadounidense G. Evelyn Hutchinson el 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 denominación de Hipótesis de Gaia . Lovelock enfatizó el concepto de que los procesos vitales regulan la Tierra mediante mecanismos de retroalimentación para mantenerla habitable. La investigación de Manfred Schidlowski se centró en la bioquímica de la Tierra primitiva . [ 7 ]

ciclos biogeoquímicos

Los ciclos biogeoquímicos son las vías por las que 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 la sílice . También existen ciclos macroscópicos, como el ciclo de las rocas , y ciclos inducidos por el ser humano para compuestos sintéticos como los bifenilos policlorados (PCB). En algunos ciclos existen reservorios donde una sustancia puede permanecer o ser secuestrada durante un largo período de tiempo. [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]

Investigación

Instituto Max Planck de Biogeoquímica de Jena

Existen grupos de investigación en biogeoquímica en numerosas universidades de todo el mundo. Dado que se trata de un campo altamente interdisciplinario , estos grupos se ubican dentro de una amplia gama de disciplinas, entre las que se incluyen: ciencias atmosféricas , biología , ecología , geomicrobiología , química ambiental , geología , oceanografía y edafología . A menudo, se enmarcan dentro de disciplinas más amplias como las ciencias de la Tierra y las ciencias ambientales .

Numerosos 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 oligoelementos , como los metales traza y los radionúclidos . Esta investigación tiene aplicaciones evidentes en la exploración de yacimientos minerales y petrolíferos, y en la remediación de la contaminación ambiental.

Algunos campos de investigación importantes para la biogeoquímica incluyen:

Biogeoquímica evolutiva

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. [ 11 ]

Véase también

Referencias

  1. 1 2 Schlesinger, William H. (2020). Biogeoquímica  : un análisis del cambio global . Emily S. Bernhardt (4.ª  ed.). Londres. ISBN 978-0-12-814609-5OCLC 1183905251​​ {{cite book}}: CS1 mantenimiento: falta el editor de ubicación ( enlace )
  2. 1 2 Gorham, Eville (1991-01-01). "Biogeoquímica: sus orígenes y desarrollo" . Biogeoquímica . 13 (3): 199– 239. Bibcode : 1991Biogc..13..199G . doi : 10.1007/BF00002942 . ISSN 1573-515X . S2CID 128563314 .  
  3. 1 2 Bianchi, Thomas S. (2021-06-01). "La evolución de la biogeoquímica: una revisión" . Biogeoquímica . 154 (2): 141– 181. Bibcode : 2021Biogc.154..141B . doi : 10.1007/s10533-020-00708-0 . ISSN 1573-515X . S2CID 227165026 .  
  4. ↑ Dumas, J.-B.; Boussingault, JB (1844). El equilibrio químico y fisiológico de la naturaleza orgánica; un ensayo (3.ª ed., con nuevos documentos ). Londres: H. Bailliere. doi : 10.5962/bhl.title.137099 . 
  5. ^ Bardo, Edouard (1 de junio de 2004). "Efecto invernadero y glaciaciones: perspectiva histórica" . Comptes Rendus Geociencias . 336 (7): 603– 638. Código bibliográfico : 2004CRGeo.336..603B . doi : 10.1016/j.crte.2004.02.005 . ISSN 1631-0713 . 
  6. ↑ Vladimir I. Vernadsky, 2007, Ensayos sobre geoquímica y la biosfera, trad. Olga Barash, Santa Fe, NM, Synergetic Press, ISBN 0-907791-36-0(Publicado originalmente en ruso en 1924)
  7. ↑ Manfred Schidlowski : [Isótopos de carbono como registradores bioquímicos de la vida a lo largo de 3.8 Ga de historia de la Tierra: Evolución de un concepto] . En: Precambrian Research . Vol. 106, números 1-2, 1 de febrero de 2001, páginas 117-134.
  8. ↑ Moses, M. (2012) Ciclos biogeoquímicos Archivado el 22-11-2021 en Wayback Machine . Enciclopedia de la Tierra .
  9. ↑ Fisher MR (Ed.) (2019) Biología ambiental , 3.2 Ciclos biogeoquímicos Archivado el 27-09-2021 en Wayback Machine , OpenStax. "Creative Commons — Atribución 4.0 Internacional — CC BY 4.0" . Archivado del original el 16-10-2017 . Recuperado el 20-05-2022 .{{cite web}}: CS1 maint: bot: estado de la URL original desconocido ( enlace ) .
  10. ↑ Ciclos biogeoquímicos Archivado el 27/09/2021 en Wayback Machine , OpenStax , 9 de mayo de 2019. "Creative Commons — Atribución 4.0 Internacional — CC BY 4.0" . Archivado del original el 16/10/2017 . Recuperado el 20/05/2022 .{{cite web}}: CS1 maint: bot: estado de la URL original desconocido ( enlace ) .
  11. ↑ Bashkin, Vladimir N.; Howarth, Robert W. (2002). Biogeoquímica moderna . Dordrecht: Kluwer Academic Publ. ISBN 978-1-4020-0992-1.

Libros y publicaciones representativos

  • Vladimir I. Vernadsky, 2007, Ensayos sobre geoquímica y la biosfera, trad. Olga Barash, Santa Fe, NM, Synergetic Press, ISBN 0-907791-36-0 (Publicado originalmente en ruso en 1924)
  • Oparin, AJ 1949. Die Entstehung des Lebens auf der Erde. Volk und Wissen Verlag, Berlín, Leipzig.
  • Degens, ET 1989. Perspectivas sobre biogeoquímica. Springer, Heidelberg. ISBN 0-387-50191-6
  • Ittekkot, V., Kempe, S., Michaelis, W., Spitzy, A. (eds.) 1990. Facetas de la biogeoquímica moderna, Festschrift for ET Degens. Springer, Nueva York, Berlín Heidelberg. ISBN 0-387-50145-2
  • Reitner, J. y Thiel, V. (eds.) 2011. Enciclopedia de Geobiología, Springer, Berlín, Heidelberg. ISBN 978-1-4020-9211-4
  • Jastrow, R. y Rampino, M. 2008. Orígenes de la vida en el universo. University Press, Cambridge. ISBN 978-0-521-82576-4
  • Schlesinger, WH 1997. Biogeoquímica: Un análisis del cambio global, 2.ª edición. Academic Press, San Diego, California. ISBN 0-12-625155-X.
  • Schlesinger, WH, 2005. Biogeoquímica. Vol. 8 en: Tratado de Geoquímica. Elsevier Science. ISBN 0-08-044642-6
  • Vladimir N. Bashkin, 2002, Biogeoquímica moderna. Kluwer, ISBN 1-4020-0992-5.
  • Samuel S. Butcher et al. (Eds.), 1992, Ciclos biogeoquímicos globales. Academic, ISBN 0-12-147685-5.
  • Susan M. Libes, 1992, Introducción a la biogeoquímica marina. Wiley, ISBN 0-471-50946-9.
  • Dmitrii Malyuga, 1995, Métodos biogeoquímicos de prospección. Springer, ISBN 978-0-306-10682-8.
  • Ciclos biogeoquímicos globales. Una revista publicada por la Unión Geofísica Americana .
  • Cullen, Jay T.; McAlister, Jason (2017). "Capítulo 2. Biogeoquímica del plomo. Su liberación al medio ambiente y especiación química". En Astrid, S.; Helmut, S.; Sigel, RKO (eds.). Plomo: sus efectos en el medio ambiente y la salud . Iones metálicos en ciencias de la vida. Vol.  17. de Gruyter. doi : 10.1515/9783110434330-002 . PMID 28731295 . 
  • Woolman, TA, & John, CY, 2013, Análisis del uso de modelos predictivos con sistemas de inteligencia empresarial para la exploración de metales preciosos mediante datos biogeoquímicos. International Journal of Business Intelligence Research (IJBIR), 4(2), 39–53.vArchivado el 31/12/2017 en Wayback Machine .
  • Biogeoquímica . Revista publicada por Springer.
  • Tratado de Geoquímica, Volumen 8. Biogeoquímica.
  • Programa Internacional Geosfera-Biosfera
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