Los Grandes Ciclos Naturales tienen como función la utilización del agua, nitrógeno, carbono y oxígeno para de esta manera lograr que la energía fluya a través del ecosistema terrestre.

El Ciclo del Agua

El agua del mar calentada por el sol se evapora y al alcanzar capas frías de la atmósfera se condensa en gotas de lluvia, que caen a la tierra y circulan por ríos o canales subterráneos hasta volver al mar.

El Ciclo del Oxígeno

El elemento más común en el planeta, el oxígeno, es la base para la supervivencia de la mayoría de los organismos.

El Ciclo del Nitrógeno

Todos los organismos deben tener nitrógeno.

El Ciclo del Carbono

Todos los organismos deben de tener átomos de carbono para mantener sus procesos de vida. Al mismo tiempo, hay un número limitado de átomos de carbono en el planeta.

En la naturaleza, todo acaba muriendo pero todo consigue renacer de alguna forma. Los continuos ciclos de lo vivo nos han hecho imaginar que quizá el tiempo no es como parece, lineal y efímero, sino circular y permanente.

La vida en la Tierra se sostiene desde hace tanto tiempo gracias a las leyes de conservación de la materia y la energía, pero no puede persistir eternamente debido a que la energía pierde constantemente su capacidad de construir orden (los seres vivos somos al fin y al cabo pequeños grumos de materia ordenada dentro del caos). Para mantener ese orden, tomamos energía incesantemente de sistemas externos a nosotros (en última instancia del Sol) y la transformamos en otra energía más desordenada (en calor, por ejemplo). Nadie sabe si cuando el Sol se agote podremos seguir captando energía de otras fuentes ni si el propio Universo tiene una capacidad finita o infinita de generar orden.

En los ecosistemas, toda la materia está en continuo trasiego. Los diferentes elementos ocupan distintos compartimentos o depósitos temporales. Son incontables los compartimentos que se pueden definir (el mar, las rocas, el suelo, la atmósfera, los organismos e incluso cada clase de organismos por separado). La materia pasa de un compartimento concreto a otro con una velocidad aproximadamente constante en un ecosistema estable. En algunos compartimentos la materia permanece mucho tiempo (la madera de los árboles o las conchas de organismos marinos, por no hablar de las rocas), mientras que otros sólo pueden retenerla fugazmente (las hojas de los árboles o los diminutos componentes del plancton, que viven sólo unas horas).

Los diferentes nutrientes se mueven de un compartimento a otro usualmente a diferentes ritmos y muchas veces por mecanismos de transporte distintos. Estos pueden ser biológicos (las migraciones de los organismos o la ingestión de unos por otros) o físicos (la lluvia, el viento, la sedimentación, etc.). Los científicos usan átomos marcados radiactivamente para establecer las rutas y la velocidad de los flujos.

El ciclo del agua: el agua del mar calentada por el sol se evapora y al alcanzar capas frías de la atmósfera se condensa en gotas de lluvia, que caen a la tierra y circulan por ríos o canales subterráneos hasta volver al mar. Una parte de la lluvia es absorbida por las plantas, donde hace circular otros nutrientes hasta que es evaporada por el calor del sol en las hojas. Todavía, sin embargo, desconocemos muchos aspectos del ciclo: el comportamiento de los acuíferos profundos o qué porcentaje de las precipitaciones en una selva tropical corresponde a agua evaporada del mar o a agua procedente de las hojas de las plantas.

El ciclo del oxígeno es una invención de los seres vivos, en particular de los fotosintetizadores que rompen el agua con energía del Sol (éste es un ejemplo de cómo los ciclos están entrelazados, ya que el agua perdida de este modo se regenera de nuevo en la respiración de los organismos). Prácticamente todo el oxígeno del planeta estaría formando parte de otras moléculas si los vegetales no lo extrajeran constantemente del agua. El nivel de oxígeno en la atmósfera sería muy superior si al respirar, los organismos no lo combinaran constantemente de nuevo con hidrógeno para formar agua y con carbono para formar anhídrido carbónico (CO2).

En este momento, el ciclo del oxígeno se entrelaza con el del carbono. El anhídrido carbónico de la respiración (que al fin y al cabo es una combustión con oxígeno) es absorbido por los vegetales para formar moléculas de carbono más complejas, con las que construir sus propios cuerpos, aprovechando la energía de la fotosíntesis. El carbono de los organismos volverá a la atmósfera en forma de CO2 al combinarse con el oxígeno (por respiración o por combustión). La quema de combustibles fósiles ha incrementado alarmantemente la proporción de CO2 en la atmósfera y es la principal causa del calentamiento global.

Algunas estrategias para reducir este efecto serían facilitar las vías por las que el carbono puede quedar retenido en compartimentos de renovación lenta, como la madera de los árboles o las conchas de los organismos marinos. Plantar árboles es un buen método para mitigar el cambio climático. Como muestra de nuestro gran desconocimiento de los ciclos biológicos, sólo recientemente se ha descubierto que las plantas emiten también cantidades significativas de metano, un gas carbonado de efecto invernadero aún más potente que el CO2. Afortunadamente, aún los bosques fijan más carbono del que emiten a la atmósfera.

Otro ciclo esencial en la naturaleza es el del nitrógeno. El nitrógeno molecular (N2) es el componente mayoritario de la atmósfera, pero en esta forma no es accesible para la mayoría de los organismos, que lo necesitan para formar proteínas y ácidos nucleicos. La economía del nitrógeno en la Tierra se sostiene gracias a unos organismos muy humildes: las bacterias. Éstas son capaces, por medio de enzimas específicas, de transformar el nitrógeno molecular en sustancias utilizables por las plantas, como urea, nitritos o nitratos. Algunas bacterias, como las algas verde-azuladas, realizan esta función en solitario, pero otras se asocian a las raíces de las plantas de algunas familias, como las leguminosas, para que la fijación de nitrógeno atmosférico se desarrolle más eficazmente. Por eso sembrar leguminosas en un terreno equivale a aportar abonos nitrogenados. El ciclo se cierra gracias a otras bacterias que pueden obtener energía usando nitritos o nitratos para regenerar el N2.

También se desconocen múltiples detalles de este ciclo. Muy recientemente se ha descubierto que una fracción muy importante del nitrógeno que está disponible para los organismos en el mar no procede de los seres en descomposición de los fondos, como se creía, sino que es fijado directamente del nitrógeno atmosférico que se disuelve en el agua por algas verde-azuladas. De los ciclos, igualmente esenciales para la vida, de otros elementos, como el fósforo, el azufre, el calcio, el hierro, etc., ignoramos todavía más cosas.

Este desconocimiento es muy preocupante en una época en la que el hombre se dedica a alterar sistemáticamente los flujos de nutrientes y sus velocidades. La extracción masiva de recursos, el aporte exagerado a los cultivos de fertilizantes químicos, la emisión de contaminantes a niveles que superan la capacidad de absorción de los ecosistemas y otros muchos fenómenos deben alertarnos de que estamos llevando nuestro crecimiento más allá de lo sostenible.