Ciclo del calcio

¿Qué es el ciclo del calcio?

El ciclo del calcio es la circulación y almacenamiento en la Tierra de este elemento, abarcando a los seres vivos, la litosfera y la hidrosfera. Es un ciclo biogeoquímico sedimentario en el que circula el calcio como metal blando alcalinotérreo, careciendo de etapa gaseosa.

La etapa de mayor circulación del calcio es la biológica, al ser consumido por los seres vivos y empleado en sus estructuras y metabolismo. Al morir los seres vivos, el calcio se reintegra al medio físico formando parte del suelo y del fondo marino.

Hay extensos depósitos de conchas y huesos especialmente en el lecho marino y en los grandes lagos. Estas estructuras se mezclan con los sedimentos, y a lo largo de millones de años son cubiertas por sucesivas capas.

Las capas inferiores de sedimentos están sometidas a altas presiones, formando rocas sedimentarias que luego son expuestas a la superficie debido a los procesos geológicos terrestres. Las rocas expuestas se ven sometidas a meteorización y erosión, liberando el calcio que se integra al suelo o es arrastrado por el agua.

Allí es absorbido principalmente por las raíces de las plantas, y en el mar por el fitoplancton y otros organismos. El calcio es empleado para distintos fines estructurales y metabólicos, como la fabricación de conchas.

El ciclo del calcio es importante, ya que permite la disponibilidad de este elemento en sus distintas etapas cumpliendo diversas funciones. Así, forma parte de la estructura de los organismos vivos, participa en la formación del relieve terrestre, regula el pH de suelos y aguas y sirve de materia prima para la industria humana.

Características del ciclo del calcio

– Ciclo sedimentario. Se desarrolla principalmente en la corteza terrestre y no tanto en la atmósfera.

– Reservorio principal. El calcio se encuentra sobre todo en rocas y minerales (como la caliza).

– Liberación por meteorización. Las rocas se desgastan y liberan calcio al suelo y al agua.

– Absorción por seres vivos. Plantas y animales incorporan calcio para funciones estructurales (huesos, dientes, conchas).

– Transferencia en la cadena alimentaria. El calcio pasa de un organismo a otro cuando se alimentan.

– Retorno al medio. Al morir los seres vivos o mediante desechos, el calcio vuelve al suelo o al agua.

– Formación de sedimentos. En ambientes acuáticos, el calcio puede formar carbonato de calcio, que se deposita y forma nuevas rocas.

– Proceso lento. Es un ciclo de larga duración, ya que implica procesos geológicos.

Etapas del ciclo del calcio

Las etapas por las que atraviesa el calcio en su ciclo de almacenamiento y circulación, vienen dadas por los compartimentos en que ocurren estos procesos. Estos son la corteza y parte del manto terrestre (litosfera), los cuerpos de agua (hidrosfera) y los organismos vivos.

• Etapa geológica. En la etapa geológica, compartimentada en la corteza y el manto, es donde se almacena la mayor cantidad de calcio. Es el quinto elemento más abundante en la litosfera, constituyendo el 3,5% de la corteza terrestre. Se le encuentra formando parte de rocas, como caliza, dolomía, margas y mármol, mientras que las calizas y dolomitas forman enormes macizos montañosos en todo el planeta. De igual manera, forma parte de otros compuestos naturales como el yeso y el alabastro (sulfato cálcico). En forma mineral, se le obtiene como carbonato de calcio (CaCO3) de la calcita, la dolomita y otras formas cristalinas como el aragonito.
  • Caliza. Es un tipo de roca sedimentaria muy abundante, originada en antiguos depósitos marinos o lacustrinos (lagos), compuesta de carbonato de calcio en un 99%. Estas rocas forman estratos horizontales o deformados por los movimientos diastróficos, y su meteorización origina suelos neutros a básicos (pH de 7 o superior), ricos en calcio.
  • Dolomita. Consiste en una roca sedimentaria formada en depósitos marinos de escasa profundidad por una reacción química de sustitución. En este caso, participa el magnesio en la conformación mineral, formando dolomita o carbonato de calcio y magnesio (CaMg(CO3)2).
  • Margas. Son rocas sedimentarias formadas por 1/3 a 2/3 de carbonato de calcio y el resto de arcillas. Estas rocas perduran en zonas secas, ya que son muy susceptibles a la erosión hídrica.
  • Mármol. Si las rocas calizas se someten a altas temperaturas y presiones en capas profundas de la corteza terrestre, se forma el mármol: una roca metamórfica muy compacta con un alto grado de cristalización.
• Etapa hidrológica. El calcio está disuelto en ríos, lagos y océanos como cloruro de calcio (siendo el ion más abundante en este medio) y carbonato de calcio. En los océanos, el carbonato de calcio (CaCO3) es estable a profundidades menores de 4.500 m. El calcio en este medio se encuentra en los organismos vivos y en depósitos de caliza en el fondo marino. Este es el límite de profundidad de compensación de carbonatos, a partir del cual el CaCO3 se disuelve y no forma depósitos de caliza.
• Etapa biológica. En esta etapa, el ciclo del calcio alcanza su mayor circulación, siendo vital para los seres vivos, porque como ion Ca2+ forma parte de los mecanismos de intercambio de las membranas celulares. Por otra parte, es constituyente esencial de huesos, dientes, cáscaras de huevos y conchas. De esta forma, el calcio circula en la biosfera, y al morir los organismos, vuelve a los sedimentos para formar nuevas rocas con el tiempo.

• • El ser humano. Un elemento destacado de la etapa biológica del ciclo del calcio, es el papel del ser humano al usar este elemento como materia prima. Este elemento se extrae, transporta y se emplea en grandes cantidades de distintas formas. En minas a cielo abierto se extrae la roca caliza para emplearla como elemento de construcción, o molerla y usarla como materia prima industrial. También las conchas se muelen para preparar fertilizantes y otros productos.
  • Las conchas de foraminíferos y moluscos. Las conchas de estos animales se forman de carbonato de calcio, cristalizado como calcita o como aragonita, dos formas minerales de igual composición (CaCO3), pero que cristalizan de forma diferente. Los moluscos forman sus conchas a partir de una forma líquida de calcio segregada por células especializadas. La capa más interna de la concha es el nácar, formado de cristales de aragonita mezclado con la proteína conquiolina.

Importancia del ciclo del calcio

La circulación del calcio formando su ciclo característico, es fundamental para poner a disposición de los seres vivos este elemento. Gracias a los procesos que liberan el calcio de las rocas y lo hacen circular, existe la vida tal como la conocemos.

• Elemento esencial para la vida. El calcio es esencial para la vida, ya que es tanto un elemento estructural como metabólico. Estructuralmente, forma parte fundamental en la conformación de los esqueletos tanto internos como externos. En los animales óseos, el calcio es el principal componente de los huesos (esqueleto interno), y de los dientes. En los foraminíferos (protistas) y moluscos (caracoles y bivalvos) es el ingrediente principal para la formación del esqueleto externo, es decir, las conchas.
• Metabolismo. Es un agente de transporte en las membranas celulares, por lo que cumple un papel relevante en el metabolismo. En las membranas celulares existen los canales de calcio, que permiten la entrada pasiva de este elemento al interior de las células. Esto regula la relación de concentraciones de calcio entre el interior y el exterior celular, activando distintos procesos metabólicos. Por ejemplo, estos mecanismos son fundamentales para el funcionamiento del sistema nervioso y muscular y, por tanto, cumple un papel relevante en la función cardiaca.

• Alimentación y salud. Desde el punto de vista humano, el ciclo del calcio permite poner a disposición de la alimentación y la salud humana este elemento. Sobre todo, es esencial en la producción y preparación de alimentos lácteos para niños. De igual forma, su ingestión con fines medicinales se emplea en el tratamiento de enfermedades por deficiencia de calcio, como la osteoporosis. Esta enfermedad que debilita los huesos es especialmente grave en personas mayores, sobre todo en el caso de las mujeres.
• Perlas. Cuando un cuerpo extraño invade una ostra, esta lo recubre de nácar y así se forma una perla. Las perlas alcanzan altos valores en el mercado de la joyería a nivel mundial.
• Materia prima industrial. La piedra caliza es empleada industrialmente para diversos fines, como la fabricación de cemento. También se usa directamente como material de construcción, debido a su fácil tallado. Además, el calcio se utiliza como desoxidante y agente reductor en diferentes procesos, especialmente en la industria metalúrgica.
  • La cal. La cal viva, también llamada cal de construcción, es óxido de calcio que se emplea como aglomerante y recubrimiento en la construcción. También se emplea en la fabricación de jabón, papel, vidrio, caucho y en el curtido de pieles. Igualmente, tiene diversos usos en la industria alimentaria y en el tratamiento del agua. Como cal apagada, o hidróxido de calcio, también es utilizada en la industria y la agricultura.
• Regulación del pH del suelo. El contenido de óxidos de calcio en el suelo incide en la regulación del pH. En la agricultura se utiliza cal viva como enmienda agrícola para reducir la acidez de los suelos y también como fertilizante.
• Agua calcárea o dura. El agua, al circular en ambientes ricos en calcio y magnesio, disuelve sales de estos elementos y se conoce como agua calcárea o dura. El límite de calidad de agua es de 120 mg de CaCO3/litro, por encima del cual se considera que el agua es dura. El agua con altos contenidos de calcio puede ocasionar problemas de salud, especialmente relacionados con el sistema cardiovascular. Además, las aguas duras producen depósitos calcáreos en las cañerías que obstruyen la circulación.
• Cuevas calcáreas y acuíferos. En rocas calcáreas, frecuentemente la erosión hídrica forma sistemas de cavernas subterráneas con interesantes configuraciones internas. Entre estas destaca la formación de estalactitas y estalagmitas, por las deposiciones de carbonato de calcio de las filtraciones en los techos de dichas cuevas. Estos sistemas calcáreos también cumplen función de filtrado del agua subterránea por su porosidad, formando acuíferos.

Referencias

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2. Christopher, R., Fielding, C.R. A review of recent research in fluvial sedimentology. Sedimentary Geology.
3. Margalef, R. Ecología. Ediciones Omega.
4. Miller, G., TYLER, J.R. Ecología y medio ambiente. Grupo Editorial Iberoamérica S.A. de C.V.
5. Odum, E.P., Warrett, G.W. Fundamentos de ecología. Quinta edición. Thomson.