miniaturadeimagen|390x390px|Ciclos biogeoquímicos marinos. La característica dominante del planeta visto desde el espacio es el agua: los océanos de agua líquida inundan la mayor parte de la superficie, mientras que el vapor de agua se arremolina en las nubes atmosféricas y los polos están cubiertos de hielo. En conjunto, los océanos forman un único sistema marino en el que el agua líquida -el «disolvente universal»- disuelve nutrientes y sustancias que contienen elementos como oxígeno, carbono, nitrógeno y fósforo. Estas sustancias se reciclan sin cesar, se combinan químicamente y vuelven a descomponerse, se disuelven y precipitan o evaporan, se importan y se exportan a la tierra, a la atmósfera y a los fondos marinos. Impulsados tanto por la actividad biológica de los organismos marinos como por las fuerzas naturales del Sol, las mareas y los movimientos de la corteza terrestre, estos son los ciclos biogeoquímicos marinos. Los ciclos biogeoquímicos marinos son ciclos biogeoquímicos que se producen en el medio marino, es decir, en el agua salada de los mares u océanos o en el agua salobre de los estuarios costeros. Estos ciclos biogeoquímicos son las vías por las que se mueven las sustancias y elementos químicos dentro del medio marino. Además, las sustancias y los elementos pueden importarse o exportarse del medio marino. Estas importaciones y exportaciones pueden producirse en forma de intercambios con la atmósfera, el fondo oceánico o la escorrentía terrestre.
Existen ciclos biogeoquímicos para los elementos calcio, carbono, hidrógeno, mercurio, nitrógeno, oxígeno, fósforo, selenio y azufre; ciclos moleculares para el agua y el sílice; ciclos macroscópicos como el ciclo de las rocas; así como ciclos inducidos por el hombre para compuestos sintéticos como el bifenilo policlorado (PCB). En algunos ciclos existen depósitos donde una sustancia puede almacenarse durante mucho tiempo. El ciclo de estos elementos está interconectado.
Los organismos marinos, y en particular los microorganismos marinos, son cruciales para el funcionamiento de muchos de estos ciclos. Las fuerzas que impulsan los ciclos biogeoquímicos incluyen procesos metabólicos en el interior de los organismos, procesos geológicos en los que interviene el manto terrestre, así como reacciones químicas entre las propias sustancias, razón por la que se denominan ciclos biogeoquímicos. Aunque las sustancias químicas pueden descomponerse y recombinarse, los propios elementos químicos no pueden ser creados ni destruidos por estas fuerzas, por lo que, aparte de algunas pérdidas y ganancias del espacio exterior, los elementos se reciclan o almacenan (secuestran) en algún lugar del planeta o dentro de él.
Descripción general La energía fluye direccionalmente a través de los ecosistemas, entrando como luz solar (o moléculas inorgánicas para los quimioautótrofos) y saliendo como calor durante las numerosas transferencias entre niveles tróficos. Sin embargo, la materia que compone los organismos vivos se conserva y se recicla. Los seis elementos más comunes asociados a las moléculas orgánicas -carbono, nitrógeno, hidrógeno, oxígeno, fósforo y azufre- adoptan diversas formas químicas y pueden existir durante largos periodos en la atmósfera, en la tierra, en el agua o bajo la superficie terrestre. En este reciclaje de materiales intervienen procesos geológicos como la meteorización, la erosión, el drenaje del agua y la subducción de las placas continentales. Dado que la geología y la química desempeñan un papel fundamental en el estudio de este proceso, el reciclaje de materia inorgánica entre los organismos vivos y su entorno se denomina ciclo biogeoquímico.
Los organismos utilizan los seis elementos mencionados de diversas formas. El hidrógeno y el oxígeno se encuentran en el agua y en las moléculas orgánicas, ambos esenciales para la vida. El carbono se encuentra en todas las moléculas orgánicas, mientras que el nitrógeno es un componente importante de los ácidos nucleicos y las proteínas. El fósforo se utiliza para fabricar ácidos nucleicos y los fosfolípidos que componen las membranas biológicas. El azufre es fundamental para la forma tridimensional de las proteínas. El ciclo de estos elementos está interconectado. Por ejemplo, el movimiento del agua es fundamental para la lixiviación del azufre y el fósforo en los ríos, que luego pueden desembocar en los océanos. Los minerales circulan por la biosfera entre los componentes bióticos y abióticos y de un organismo a otro.
El ciclo del agua
miniaturadeimagen|340x340px|Interacción de los ciclos del agua terrestre y atmosférico con el ciclo del agua marina. El agua es el medio de los océanos, el medio que transporta todas las sustancias y elementos que intervienen en los ciclos biogeoquímicos marinos. El agua, tal y como se encuentra en la naturaleza, casi siempre incluye sustancias disueltas, por lo que el agua ha sido descrita como el «disolvente universal» por su capacidad para disolver tantas sustancias. Esta capacidad le permite ser el «disolvente de la vida». El agua es también la única sustancia común que existe como sólido, líquido y gas en condiciones terrestres normales. Dado que el agua líquida fluye, las aguas oceánicas circulan y fluyen en corrientes por todo el mundo. Como el agua cambia fácilmente de fase, puede ser transportada a la atmósfera en forma de vapor de agua o congelarse como un iceberg. Después puede precipitarse o fundirse para volver a convertirse en agua líquida. Toda la vida marina está inmersa en el agua, matriz y vientre de la vida misma. El agua puede descomponerse en sus constituyentes hidrógeno y oxígeno mediante procesos metabólicos o abióticos, y posteriormente recombinarse para volver a convertirse en agua.
Aunque el ciclo del agua es en sí mismo un ciclo biogeoquímico, el flujo de agua por encima y por debajo de la Tierra es un componente clave del ciclo de otros productos biogeoquímicos. La escorrentía es responsable de casi todo el transporte de sedimentos erosionados y fósforo de la tierra a las masas de agua. La eutrofización cultural de los lagos se debe principalmente al fósforo, aplicado en exceso a los campos agrícolas en forma de fertilizantes, y luego transportado por tierra y río abajo. Tanto la escorrentía como las aguas subterráneas desempeñan un papel importante en el transporte de nitrógeno de la tierra a las masas de agua. La zona muerta en la desembocadura del río Misisipi es consecuencia de los nitratos procedentes de los fertilizantes que se arrastran desde los campos agrícolas y se canalizan por el sistema fluvial hasta el Golfo de México. La escorrentía también interviene en el ciclo del carbono, de nuevo a través del transporte de roca y suelo erosionados.
Salinidad del océano La salinidad del océano se debe principalmente a la erosión de las rocas y al transporte de sales disueltas desde la tierra, con una contribución menor de las fuentes hidrotermales del fondo marino. La evaporación del agua oceánica y la formación de hielo marino aumentan aún más la salinidad del océano. Sin embargo, estos procesos que aumentan la salinidad se ven continuamente contrarrestados por otros que la disminuyen, como la continua entrada de agua dulce procedente de los ríos, las precipitaciones de lluvia y nieve y la fusión del hielo. Los dos iones más frecuentes en el agua de mar son el cloruro y el sodio. Juntos constituyen alrededor del 85% de todos los iones disueltos en el océano. Los iones de magnesio y sulfato constituyen la mayor parte del resto. La salinidad varía con la temperatura, la evaporación y las precipitaciones. Suele ser baja en el ecuador y los polos, y alta en las latitudes medias.
Rocío marino miniaturadeimagen|340x340px|El rocío marino que contiene microorganismos marinos, y todas las sustancias y elementos que contienen sus cuerpos, puede ser arrastrado a gran altura hasta la atmósfera. Allí se convierten en aeroplancton y pueden recorrer el globo antes de caer de nuevo a la Tierra. Una corriente de microorganismos aerotransportados circula por el planeta por encima de los sistemas meteorológicos pero por debajo de las rutas aéreas comerciales. Algunos microorganismos peripatéticos son arrastrados por tormentas de polvo terrestre, pero la mayoría proceden de microorganismos marinos presentes en el rocío marino. En 2018, los científicos informaron de que cientos de millones de virus y decenas de millones de bacterias se depositan diariamente en cada metro cuadrado alrededor del planeta. Este es otro ejemplo de que el agua facilita el transporte de material orgánico a grandes distancias, en este caso en forma de microorganismos vivos.
La sal disuelta no se evapora a la atmósfera como el agua, pero forma aerosoles de sal marina en el aerosol marino. Muchos procesos físicos sobre la superficie oceánica generan aerosoles de sal marina. Una causa común es el estallido de burbujas de aire, que son arrastradas por la tensión del viento durante la formación de las olas de viento o whitecap. Otra es el desgarro de las gotas de la parte superior de las olas. El flujo total de sal marina del océano a la atmósfera es de unas 3.300 Tg (3.300 millones de toneladas) al año.Tercer Informe de Evaluación del IPCC: Cambio Climático 2001 (TAR)
Circulación oceánica miniaturadeimagen|Ciclo de convección La radiación solar afecta a los océanos: el agua caliente del Ecuador tiende a circular hacia los polos, mientras que el agua fría polar se dirige hacia el Ecuador. Las corrientes superficiales vienen dictadas inicialmente por las condiciones de los vientos superficiales. Los alisios soplan hacia el oeste en los trópicos y los vientos del oeste soplan hacia el este en latitudes medias. Este patrón de vientos aplica una tensión a la superficie oceánica subtropical con una curvatura negativa en el hemisferio norte y lo contrario en el hemisferio sur. El transporte de Sverdrup resultante es hacia el ecuador. Debido a la conservación de la vorticidad potencial causada por los vientos que se mueven hacia el polo en la periferia occidental de la dorsal subtropical y el aumento de la vorticidad relativa del agua que se mueve hacia el polo, el transporte se equilibra mediante una corriente estrecha y acelerada hacia el polo, que fluye a lo largo del límite occidental de la cuenca oceánica, compensando los efectos de la fricción con la corriente fría del límite occidental que se origina en latitudes altas. El proceso global, conocido como intensificación occidental, hace que las corrientes del límite occidental de una cuenca oceánica sean más fuertes que las del límite oriental.
A medida que se desplaza hacia los polos, el agua caliente transportada por una fuerte corriente de agua cálida sufre un enfriamiento por evaporación. El enfriamiento es impulsado por el viento: el viento que se mueve sobre el agua la enfría y también provoca la evaporación, dejando una salmuera más salada. En este proceso, el agua se vuelve más salada y densa y disminuye su temperatura. Una vez que se forma el hielo marino, las sales quedan
fuera del hielo, un proceso conocido como exclusión de salmuera. Estos dos procesos producen agua más densa y fría. El agua que atraviesa el océano Atlántico septentrional se vuelve tan densa que comienza a hundirse a través de agua menos salada y menos densa. Esta corriente descendente de agua pesada, fría y densa se convierte en parte de las aguas profundas del Atlántico Norte, una corriente que se dirige hacia el sur.