El ciclo de la sílice es el ciclo biogeoquímico en el que la sílice biogénica se transporta entre los sistemas de la Tierra. La sílice de ópalo (SiO 2 ) es un compuesto químico de silicio y también se llama dióxido de silicio . El silicio se considera un elemento bioesencial y es uno de los elementos más abundantes en la Tierra. [1] [2] El ciclo de la sílice tiene una superposición significativa con el ciclo del carbono (ver Ciclo de carbonato-silicato ) y juega un papel importante en el secuestro de carbono a través de la meteorización continental , la exportación biogénica y el entierro como exudadosen escalas de tiempo geológicas. [3]
Ciclos de sílice terrestre
La sílice es un nutriente importante utilizado por plantas, árboles y pastos en la biosfera terrestre . El silicato es transportado por los ríos y puede depositarse en el suelo en forma de varios polimorfos silíceos . Las plantas pueden absorber fácilmente silicatos en forma de H 4 SiO 4 para la formación de fitolitos . Los fitolitos son pequeñas estructuras rígidas que se encuentran dentro de las células vegetales que ayudan a la integridad estructural de la planta. [1] Los fitolitos también sirven para proteger las plantas del consumo de herbívoros que no pueden consumir y digerir plantas ricas en sílice de manera eficiente. [1] Se estima que la liberación de sílice a partir de la degradación o disolución de los fitolitos se produce a un ritmo doble que el de la erosión global de los minerales de silicato . [2] Considerando el ciclo biogeoquímico dentro de los ecosistemas, la importación y exportación de sílice hacia y desde los ecosistemas terrestres es pequeña.
Fuentes
Los minerales de silicato abundan en las formaciones rocosas de todo el planeta y comprenden aproximadamente el 90% de la corteza terrestre. [3] La principal fuente de silicato de la biosfera terrestre es la meteorización . Un ejemplo de la reacción química de esta meteorización es:
La wollastonita (CaSiO 3 ) y la enstatita (MgSiO 3 ) son ejemplos de minerales a base de silicato. [4] El proceso de meteorización es importante para el secuestro de carbono en escalas de tiempo geológicas. [2] [4] El proceso y la tasa de meteorización son variables dependiendo de la lluvia, la escorrentía, la vegetación, la litología y la topografía.
Fregaderos
El principal sumidero del ciclo de la sílice terrestre es la exportación al océano por los ríos. La sílice que se almacena en la materia vegetal o se disuelve se puede exportar al océano a través de los ríos. La tasa de este transporte es de aproximadamente 6 Tmol Si año -1 . [5] [2] Este es el principal sumidero del ciclo de la sílice terrestre, así como la mayor fuente del ciclo de la sílice marina. [5] Un sumidero menor para la sílice terrestre es el silicato que se deposita en los sedimentos terrestres y finalmente se exporta a la corteza terrestre .
Ciclos de sílice marina
Los organismos silíceos en el océano, como las diatomeas y el radiolario , son el principal sumidero de ácido silícico disuelto en sílice opalino. [11] Una vez en el océano, las moléculas de Si disueltas se reciclan biológicamente aproximadamente 25 veces antes de la exportación y la deposición permanente en los sedimentos marinos del lecho marino. [2] [ verificación necesaria ] Este reciclaje rápido depende de la disolución de la sílice en materia orgánica en la columna de agua, seguida de la absorción biológica en la zona fótica . El tiempo de residencia estimado del reservorio biológico de sílice es de unos 400 años. [2] La sílice de ópalo está predominantemente subaturada en los océanos del mundo. Esta subaturación promueve una rápida disolución como resultado del reciclaje constante y los largos tiempos de residencia. El tiempo de rotación estimado del Si es de 1,5 x 10 4 años. [5] Las entradas y salidas netas totales de sílice en el océano son 9,4 ± 4,7 Tmol Si año -1 y 9,9 ± 7,3 Tmol Si año -1 , respectivamente. [5]
Se estima que la producción de sílice biogénica en la zona fótica es de 240 ± 40 Tmol Si año -1 . [5] La disolución en la superficie elimina aproximadamente 135 Tmol Si año -1 , mientras que el Si restante se exporta a las profundidades del océano dentro de las partículas que se hunden. [2] En las profundidades del océano, otros 26,2 Tmol Si Año -1 se disuelven antes de depositarse en los sedimentos como lluvia de ópalo. [2] Más del 90% de la sílice aquí se disuelve, recicla y eventualmente se hincha para usar nuevamente en la zona eufótica. [2]
Fuentes
Las principales fuentes de sílice marina incluyen ríos, flujo de agua subterránea, entradas de intemperismo del fondo marino, respiraderos hidrotermales y deposición atmosférica ( flujo eólico ). [4] Los ríos son, con mucho, la mayor fuente de sílice para el medio marino, y representan hasta el 90% de toda la sílice que llega al océano. [4] [5] [14] Una fuente de sílice para el ciclo biológico de la sílice marina es la sílice que ha sido reciclada por afloramientos de las profundidades del océano y del lecho marino.
Fregaderos
La deposición del lecho marino profundo es el sumidero más grande a largo plazo del ciclo de la sílice marina (6,3 ± 3,6 Tmol Si año -1 ), y está aproximadamente equilibrada por las fuentes de sílice en el océano. [4] La sílice depositada en las profundidades del océano se encuentra principalmente en forma de exudado silíceo , que finalmente se subduce bajo la corteza y se metamorfosea en el manto superior . [15] Bajo el manto, los minerales de silicato se forman en exudados y finalmente se elevan a la superficie. En la superficie, la sílice puede volver a entrar en el ciclo a través de la intemperie. [15] Este proceso puede llevar decenas de millones de años. [15] El único otro sumidero importante de sílice en el océano es el entierro a lo largo de los márgenes continentales (3,6 ± 3,7 Tmol Si año -1 ), principalmente en forma de esponjas silíceas . [4] Debido a los altos grados de incertidumbre en las estimaciones de fuentes y sumideros, es difícil concluir si el ciclo de la sílice marina está en equilibrio. Se estima que el tiempo de residencia de la sílice en los océanos es de unos 10.000 años. [4] sílice puede también ser retirado del ciclo al convertirse en sílex y ser enterrado de forma permanente.
Influencias antropogénicas
El aumento de la agricultura de los últimos 400 años ha aumentado la exposición de las rocas y los suelos, lo que ha provocado un aumento de las tasas de erosión por silicatos. A su vez, la lixiviación de existencias de sílice amorfa de los suelos también ha aumentado, generando concentraciones más altas de sílice disuelta en los ríos. [4] Por el contrario, el aumento de las represas ha llevado a una reducción en el suministro de sílice al océano debido a la absorción por diatomeas de agua dulce detrás de las represas. El predominio del fitoplancton no silíceo debido a la carga antropogénica de nitrógeno y fósforo y la mayor disolución de la sílice en aguas más cálidas tiene el potencial de limitar la exportación de sedimentos oceánicos de silicio en el futuro. [4]
Papel en la regulación climática
El ciclo de la sílice juega un papel importante en la regulación del clima global a largo plazo. El ciclo global de la sílice también tiene grandes efectos sobre el ciclo global del carbono a través del ciclo de carbonato-silicato . [16] El proceso de meteorización del mineral de silicato transfiere el CO 2 atmosférico al ciclo hidrológico a través de la reacción química que se muestra arriba. [3] En escalas de tiempo geológicas, las tasas de meteorización cambian debido a la actividad tectónica. Durante una época de alta tasa de levantamiento, la erosión por silicato aumenta, lo que resulta en altas tasas de absorción de CO 2 , compensando el aumento de las emisiones de CO 2 volcánicas asociadas con la actividad geológica. Este equilibrio de meteorización y volcanes es parte de lo que controla el efecto invernadero y el pH del océano en escalas de tiempo geológicas.
Ver también
- Ciclo del carbono
- Ciclo de oxigeno
Referencias
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