CICLOS BIOGEOQUÍMICOS Y
ALTERACIONES ANTROPOGÉNICAS.
Modelo general de compartimentos Ciclo del agua
Ciclo N Ciclo P Ciclo S
12 junio 2015
Tipos y causas de la contaminación: Lluvia ácida
Nitratos en aguas subterráneas Eutrofización
DIAGRAMA DEL FLUJO DE LA ENERGÍA Y CICLO DE LA MATERIA EN UN ECOSISTEMA
Movimiento de la energía (flechas oscuras) y los nutrientes (flechas claras)
las trayectorias de los elementos químicos entre los seres vivos y el ambiente en Fase abiótica
Agua Aire Suelo
Compuestos orgánicos fósiles
Rocas, sedimentos marinos
(Compuestos inorgánicos inaccesibles)
Autótrofos Consumidores Descomponedores
Organismos vivos de la biósfera. Depósitos en tierra y
océanos (Compuestos
orgánicos: petróleo, turba) TRANSFORMACIONES Y RECICLADO DE LOS ELEMENTOS
EN UN ECOSISTEMA Erosión Meteorización (procesos geológicos lentos) Sedimentación Combustión de combustibles fósiles, erosión Asimilación (Fotosíntesis) Desasimilación (Respiración) (Compuestos inorgánicos accesibles)
En gral > nut se originan en rocas de cortez terrest o en
por ej el NH4 absorbido x las raices podria haber sido
CO2 asimilado x fotos podria haber sido liberado de la
elaborar moleculas complejas, obtener energia para sus
Existe un conjunto de proc fis, qui y biolog que detr el
Procesos biológicos Procesos físico-químicos
/geológicos Formas inor gánicas Formas or gánicas Nutrientes
CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
Ciclos gaseosos/globales: Ciclos del N O C.
Gases más importantes para la vida presentes en la atmósfera: Nitrógeno 78%, Oxígeno 21% y Dióxido de carbono 0.03%.
circulan entre la atmósfera (y océano) y organismos vivos.
reciclados entre horas o días.
Principal fuente de entrada de los elementos al ecosistema. . Son ciclos
gaseosos si el almacén de la materia es
En ciclos sedimentarios el principal y minerales
organismos se encuentran disueltos en agua del suelo
olagos, arroyos, mares vivos; y provienen inicialmente de estas fuentes inorgánicas.
este ciclo además distribuye el calor solar sobre la superficie del planeta.
Hidrológico
compartimentos de la hidrósfera.
ciclo biogeoquímico en el que hay una intervención mínima de
y están unidos al ciclo del agua gracias a ella los
circuitos de circulación y transformación de elementos químicos que permiten su reciclado
Ciclo hidrológico: Ciclo del H20.
circula entre compartimentos de la hidrósfera, atmósfera, litósfera y organismos vivos.
CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
Principal fuente de entrada de los elementos al ecosistema.al atravesar los distintos subsistemas
almacén de la materia es la atmósfera y
En ciclos sedimentarios el principal y minerales
organismos se encuentran disueltos en agua del suelo
olagos, arroyos, mares vivos; y provienen inicialmente de estas fuentes inorgánicas.
este ciclo además distribuye el calor solar sobre la superficie del planeta.
Hidrológico
compartimentos de la hidrósfera.
ciclo biogeoquímico en el que hay una intervención mínima de
y están unidos al ciclo del agua gracias a ella los
Ciclo del S (híbrido entre gaseoso y sedimentario) Ciclos sedimentarios/locales: Ciclos del P
circulan en la corteza terrestre (suelo, rocas, sedimentos), la hidrósfera y los organismos vivos.
Retenidos en las rocas sedimentarias miles a millones de años. Baja movilidad.
C, N y S presentan importantes perturbaciones por la actividad antropogénica.
CICLO DEL AGUA 2,428% Capa de hielo y glaciares, aguas subterráneas, lagos, ríos, humedales, vapor de agua en atmósfera, organismos.
Tiempo de residencia del agua en la atmósfera como vapor, 1-2 semanas,
97,571% 0,001% Evaporación Precipitación Evapotranspiración Escurrimiento SOL puede observar q ocurre en la Tierra y sobre
Tiempo de residencia
http://ggyma.geo.ucm.es/docencia/HGALG/documentos/texto_general/H idroF01.pdf
en el tiempo de renovación o residencia del agua (columna 5). De nuevo hay
pues mientras en las primeras el tiempo de residencia es de 15
en las subterráneas se cuenta por decenas y miles de años. El tiempo de residencia medio en los acuíferos, a escala mundial es de 280 años, pero hay acuíferos con 500.000 años y más de tiempo de residencia. Esto
marca un diferente carácter y señala dos formas distintas de
gestión de las aguas superficiales y subterráneas.
diera el caso de una contaminación, las aguas superficiales podrían fácilmente corregirse con tal de localizar y eliminar las fuentes
¿Cuál fue el origen del agua en la tierra?
Distribución del agua en la hidrósfera (3/4 partes)
CICLO DEL AGUA 2,428% Capa de hielo y glaciares, aguas subterráneas, lagos, ríos, humedales, vapor de agua en atmósfera, organismos. 97,571% 0,001% Evaporación Precipitación Evapotranspiración Escurrimiento SOL puede observar q ocurre en la Tierra y sobre
Tiempo de residencia
http://ggyma.geo.ucm.es/docencia/HGALG/documentos/texto_general/H idroF01.pdf
en el tiempo de renovación o residencia del agua (columna 5). De nuevo hay
pues mientras en las primeras el tiempo de residencia es de 15 en las subterráneas se cuenta por decenas y miles de años.
El tiempo de residencia medio en los acuíferos, a escala mundial es de 280 años, pero hay acuíferos con 500.000 años y más de tiempo de residencia.
Esto marca un diferente carácter y señala dos formas distintas de
concebir la gestión de las aguas superficiales y subterráneas.
ejemplo si se diera el caso de una contaminación, las aguas superficiales Procesos que impulsan el ciclo= evaporación y condensación (físicos).
Efecto de la deforestación en una cuenca hídrica y transporte de nutrientes
Aumenta el flujo de salida.
Con reducción de la vegetación un 40% más de lluvia fue a agua subterránea y escorrentía
(exportación de nutrientes). La vegetación altera los flujos.
en la esc orr ent ía
Intensificación (aceleración) del ciclo del agua 1950-2000, 4%
fin de siglo, 24% con una proyección de aumento de 3ºC de la temperatura.
EFECTOS DEL CAMBIO CLIMATICO SOBRE
EL CICLO DEL AGUA
Tºc media global Concentración CO2 atmósfera
Agujero realizado por el metano en Alaska. (Foto: Katey Walter Anthony)
capa congelada del subsuelo
Permafrost
En el pasado, los investigadores se han encontrado a menudo con el caso de que, temperatura se ha mantenido por debajo de
El 25 por ciento de la superficie de la tierra “permafrost” y el proceso de calentamiento
Permafrost” es una palabra que procede de
del ejercito norteamericano S. W. Muller en
El derretimiento del "permafrost" acelera el calentamiento global por la liberación de metano y óxido nitroso.
Impacto sobre la disponibilidad y calidad de agua dulce
Sequías más severas y duraderas.
Incremento de lluvias en latitudes altas, y
reducción a bajas (en el cinturón árido del mundo).
Reducción de la descarga de ríos al mar.
Reducción del 20% del agua disponible hacia fines XXI.
Ascenso del nivel del mar afectará acuíferos coteros.
Pozos cercanos a la costa tendrán menor espesor de agua dulce.
Intrusión salina en acuíferos sobrexplotados.
Escasez de agua dulce es uno de los principales problemas ambientales.
Sistema Acuífero Guaraní
1.190.000 km2 de superficie, 193 mil km2 Argentina
30 y 40 mil km3 de agua.
Contaminación local y difusa. Sobreexplotación: pérdida de potabilidad y salinización.
El
los cuatro países miembros originales del
en Brasil la superficie que ocupa es de 846
en Argentina la superficie que ocupa es de 192
en Paraguay la superficie que ocupa es de 76
en Uruguay la superficie que ocupa es de 58
Profundidad 50-1500m
Acuíferos: grandes reservas de agua subterránea.
245-144 millones de años.
Proyecto para la Protección Ambiental y Desarrollo Sostenible del Sistema Acuífero Guaraní.
1 km3 = 109 L
Abastecería
6.000 millones durante 200 años, a una tasa de 100 litros/día por habitante.
CICLO DEL FOSFORO
Fósforo orgánico de detritos a P inorgánico. (bact. fosfatizadoras)
Suelo con fosfato PO43-
Sales de P
Rocas fosfatadas (la mayor reserva)
fosfato PO
Fitoplancton Zooplancton
millones de años en liberar las sales de fósforo.
Su
la corteza terrestre. Por meteorización de las rocas o sacado por las cenizas volcánicas, queda disponible para que lo puedan tomar las plantas.
Meteorización de la roca. Explotación minera
Se trata de un ciclo sedimentario en el que el
_Los suelos constituyen el segundo almacén en importancia, y en tercer lugar estarían los
encuentra en las aguas que los ríos vierten al
Cadena trófica
P componente esencial de los organismos. ¿Dónde está en mayor cantidad?
Principales vías del flujo de nutrientes (negro) y las perturbaciones causadas por las actividades humanas (color). Flujos y compartimentos insignificantes están representados por líneas punteadas.
Organismos fijadores nitrógeno: diazótrofos. El más abundante.
Escasa disponibilidad. Macronutriente.
CICLO DEL NITROGENO 4to elemento más abundante en los tejidos vivos.
Clorosis (déficit)
aproximadamente un 78 % de nitrógeno molecular (N2).
organismos. La adquisición del nitrógeno de la atmósfera
El nitrógeno es el componente básico de
Formas químicas en la naturaleza
(N≡N) El re ci cl aj e del N depende de tr ansform aci ones bioquí m ic as
CICLO DEL NITRÓGENO
Fijación Tormentas Eléctricas
(ác. Nítrico se incorpora al suelo con la lluvia)
Fijación industrial: uso de fertilizantes (comp. Nitrogenados) Nitrificación Rhizobium Fijación biológica Azotobacter, Clostridium Cianobacterias, Rhizobium Desnitrificación Amonificación Asimilación
• Precipitación
• Fijación biológica
• Fertilización de suelos
• Aportes por drenajes (escorrentías terrestres)
Pérdidas de nitrógeno: Aportes de nitrógeno:
• Por descarga de agua desde la cubeta •Sedimentación
• Escorrentía
• Desnitrificación (Reducción de NO3
y/o NO2- a N2)
• Lavado o lixiviación de nitratos en el suelo
• Volatilización del amoníaco en el suelo (pH alcalino) NH4+ NH3 + H+
.
Suelos con
Fijación biológica del Nitrógeno: entrada del N2 a la biosfera.
Rhizobium, Diazótrofos
Fitoplancton Aguas abiertas Reducción biológica de nitrógeno molecular
únicamente microorganismos procariotas:
eubacterias y arquebacterias, heterotrofos y autotrofos. -Cianobacterias o algas verde azules
(de agua dulce, marinas y en el suelo) -Bacterias libres del suelo
- Bacterias asociadas a raíces de leguminosas
(trebol, alfalfa, alubias, soja…). Nódulos radiculares.
- Bacterias actinomicetes asociadas a raíces de árboles madereros
TRANSFORMACIONES BIOLÓGICAS NO3 - NO2 - NH4 + N orgánico N2 Asimilación Amonificación Fijación Desnitrificación Nitrificación Asimilación
NO3 - NO2 -
NH4 + N orgánico
Amonificación TRANSFORMACIONES BIOLÓGICAS
Amonificación: Mineralización.
Descomposición de MO por microrganismos heterótrofos
aeróbicos y anaeróbicos, termófilos. Clostridium Acetobacter Favorecido en suelos anegados y altas Tº.
Nitrificación: oxidación del amonio por bacterias nitrificantes
quimioautótrofas y aeróbicas.
Nitrificación
(a) suelo, alcantarillado, agua dulce, ambiente marino, (b) agua dulce, ambiente marino, (c) suelo, (d) suelo, agua dulce, ambiente marino, (e) ambiente marino.
Factores abióticos que limitan la nitrificación
-Concentración de oxígeno disuelto en agua -Concentración de materia orgánica disuelta - pH (óptimo 8-9)
- Tº
- Metales (Hg, Cu, Cromio)
¿La nitrificación es un proceso beneficioso para la agricultura? Para reducir la actividad de nitrificación en suelos dedicados a la agricultura, se utiliza con frecuencia amoniaco anhidro (NH3) como
fertilizante nitrogenado, en combinación con inhibidores específicos del proceso de nitrificación (ej. nitrapyrin).
Desnitrificación:
Reducción del nitrato
TRANSFORMACIONES BIOLÓGICAS NO3 NO2 -NH4 + N orgánico N2 Asimilación Amonificación Fijación Desnitrificación
Bacterias anaeróbica y falcultativas.
Bacterias quimiosintéticas del azufre Thiobacillus, termófilas.
_ Tratamiento de depuración de aguas contaminadas.
Bacillus, Pseudomonas, Spirillum, Micrococcus, Paracoccus, otras.
Factores que favorecen la desnitrificación:
Falta de oxígeno disponible
_ suelos con alto contenido hídrico durante periodos prolongados. _ temperatura (> pérdida en primavera-verano).
¿La desnitrificación posee implicancias ambientales y para actividad agrícola?
¿La desnitrificación posee implicancias ambientales y para actividad agrícola?
Asimilación: proceso de incorporación de N por las plantas en
forma de NO3 – y NH4 + .
Desnitrificación: representa una pérdida económica ya que se escapan elementos esenciales
¿La desnitrificación posee implicancias ambientales?
Si bien el N desnitrificado representa una pérdida económica ya que se escapan elementos esenciales que podrían ser
transformados en rendimiento, también determina un daño ambiental, que no suele ser cuantificado.
Cuando el proceso de desnitrificación es incompleto (lo mas Proceso de desnitrificación es incompleto (lo mas frecuente).
liberan óxidos de nitrógeno (N2O).
con 200 y 300 veces más capacidad de retener la radiación térmica que el CO2
ALTERACIONES DEL CICLO DEL NITRÓGENO
Principales vías del flujo de nutrientes (negro) y las perturbaciones causadas por las actividades humanas (color). Flujos y compartimentos insignificantes están representados por líneas punteadas.
ALTERACIÓN ANTROPOGÉNICA DEL CICLO DEL NITRÓGENO
Aumento de la cantidad de N que se intercambia. Aceleración tasa de fijación N en el suelo
Duplicó la transferencia anual de las formas asimilables del N Exceso de nitrógeno por aportes del hombre.
basan en descargas eléctricas, donde se forma óxido nítrico
precipitaciones llega al suelo
http://www.monografias .com/trabajos12/fibi/fibi.shtm
Fijación del nitrógeno por actividades humanas
“La actividad humana ha causado cambios sin precedentes en el ciclo global del nitrógeno y en el último siglo la fijación global total de
nitrógeno reactivo casi se ha duplicado”.
Fertilizantes nitrogenados 80 Tg/anual
Cultivos fijadores de nitrógeno 40 Tg/anual 140 Tg/anual
Fijación del nitrógeno natural
Tormentas eléctricas < 10 Tg/anual
Microrganismos 90-140 Tg/anual (pre cultivos extensivos leguminosas)
1 Tg = 10 12
Quema de combustibles fósiles 20 Tg/anual
Movilización de nitrógeno en suelo y MO 40-50 Tg/anual
_ cultivo de soja, porotos y otros cultivos con bacterias siombiontes. 1/3 sup. terrestre uso agrícola y pasturas. Reemplazo de bosques.
_ movilización del nitrógeno almacenado en materia orgánica de suelos y troncos. Quema de bosques y pastizales. Desmote de tierras. Drenajes de humedales.
_ liberación de N de reservas geológicas. Uso de combustible fósil
(carbón y aceites). Procesos de combustión (Autos, industrias, centrales térmicas).
_ eliminación de residuos urbanos (aguas cloacales), agrícolas, indust. Causas:
_ Cambio químico en la atmósfera
Aceleración de la tasa de fijación y de liberación de nitrógeno por actividades humanas
Consecuencias de la:
Oxido nitroso (N2O)
quema combustible y fertilización agrícola
Emisiones globales de nitrógeno por actividad antrópica y sus fuentes
Oxido nítrico (NO)
20 Tg/A quema combustible fosil 10 Tg/A quema bosques y pastizales 5-20 Tg/A volatilización suelo
Amoníaco (NH3)
32 Tg/A liberado por desechos de animales domésticos
10 Tg/A volatilización en tierras cultivadas 5 Tg/A quema de bosques
Industria, transporte, agricultura: fuentes antropogénicas responsables del 40% de emisiones.
Uso de fertilizantes a base de nitrógeno.
Aumento del uso en Asia, Latinoamérica y África. Emisiones de óxido nitroso subirán un 16% en la
próxima década
Las unidades de concentración se miden en partes por millones (ppm) o partes por miles de millones
(ppb), indicando la cantidad de moléculas de gases de efecto invernadero por millones o miles de millones de moléculas de aire, respectivamente, en una muestra de la atmosférica. (Datos combinados y
simplificados de los capítulos 6 y 2 del presente informe.)
Los incrementos experimentados desde 1750 se atribuyen a las actividades humanas de la era industrial.
_ Cambio químico en la atmósfera.
Oxido nitroso (N2O)_GEI. Disminuye capa de O3 en estratosfera. Oxido nítrico (NO)_ Smog fotoquímico y precursor lluvia ácida
Detección a escala local y regional
Amoníaco (NH3)_
Disminuye nutrientes como Ca y K
Aumenta trasporte de N de ríos a estuarios y aguas costeras.
Consecuencias
concentración de nitratos en lagos y ríos y pérdida de hojas en los bosque de coníferas (Picea abies).
Europa_
Nitrificación del amoníaco NH3 N03- + H+. Acidificación del suelo. Desnitrificación: NO3- más N2O liberado a atmósfera.
Más NO3 - soluble en agua llega a los ríos y aguas subterráneas Arrastre de minerales alcalinos (Ca, Mg, K).
Disminución de la fertilidad. Acidificación del suelo.
Movilización de los iones de Al. Concentración a niveles tóxicos para raíces y en cuerpos de agua.
Complejos efectos en cascada por exceso de N en el suelo
es el proceso de cambio de un estado trófico a otro de nivel superior por adición de nutrientes.
Enriquecimiento de nutrientes en ecosistemas acuáticos.
Cantidades excesivas de nitrógeno y fósforo en un cuerpo de agua.
Efectos en Ecosistemas acuáticos por el aumento de la fijación de N Eutrofización de aguas superficiales
_crecimiento de fitoplancton, algas y bacterias.
_ consumen mucho del oxígeno disponible, los peces comienzan a morir y el ecosistema entero es afectado.
_la proliferación de algas altera la estructura y el funcionamiento del ecosistema.
Efecto de la aceleración del ciclo del N afecta costas marina.
Floraciones de algas marinas nocivas
En los últimos 30 años aumentaron asociadas a descargas antrópicas de nutrientes.
Producción de toxinas por cianobacterias y dinoflagelados (marea roja). Los moluscos filtran y absorben las algas tóxicas.
Cambios de color del mar y la fosforescencia nocturna. Brotes epidémicos de cólera.
Rápido crecimiento de la población de
Vibrio cholerae asociado a los floramientos algales.
Contaminación de agua por nitratos
Límite de potabilidad en provincia de Buenos Aires 50mg/L Esta norma se supera con frecuencia.
Problemas reproductivos, metahemoglobinemia, cáncer, tóxico y letal. 45 mg/l de nitrato: límite de nitrato en el agua de consumo humano
Organización mundial de la salud (OMS).
10 mg/l de nitrato. Agencia para la Protección del Medio Ambiente (EPA)
Resolución 523/95 del Ministerio de Trabajo y Seguridad Social de la Nación, de conformidad con el Código Alimentario Argentino, se admite para nitratos un valor máximo de 45 mg/l y para nitritos el valor máximo es de 0.10 mg/l.
Contaminación por nitratos de las aguas subterráneas en el acuífero de La Plata (Pcia BsAs)
La Plata_ Fundada en 1882. Servicio de agua potable en 1885. Abastecida agua
subterránea. En 1957_ agua del Río de la Plata en la planta potabilizadora Punta Lara. 60 % consumo Acuífero Puelche y 40% agua potabilizada del Río de la Plata.
EZEIZA,TRAMO JORGE NEWBERY, KM 1.62, AEROPUERTO
Acuífero Puelche: yacimiento de 40 km3 de gua. Recarga por lluvia a través de ríos, arroyos , lagos.
Causa la contaminación por nitratos de las aguas subterráneas en el acuífero de La Plata Ho: Intenso uso de fertilizantes. Basado en proximidad a tierras agrícolas (20 mil Ha).
Dentro de La Plata: > 90 mg / L.
Principal fuente de nitrato en aguas subterráneas se asoció con fugas de la red de alcantarillado y viejos sistemas sépticos.
_Zonas agrícolas: la concentración de nitratos <<45 mg / L. _ Pozos de bombeo arriba de y en periferia de la ciudad de La
Plata con igual
condición que zona agrícola.
Principales vias del flujo de nutrientes (negro) y las perturbaciones causadas por Las actividades humanas (color). Flujos y compartimentos insignificantes están representados por líneas punteadas.
CICLO DEL AZUFRE Y SUS ALTERANCIONES
Formación de proteínas. Fase Atmósfera y litósfera. corteza terrestre SO4 (2 -). 3 proc biogeoquímicos: - Aerosoles espuma de mar - Actividad volcánica
-Respiración anaeróbica de bacterias reductores de
Sulfato.
- Salida de atmósfera por oxidación hasta sulfatos y sulfúrico.
Meteorización de la roca
H2S _sulfuro ferroso SH2…..SO2, SO3
Producción de deposiciones ácidasd (lluvia ácida): contaminación regional N O x Gases contaminantes: Óxidos de azufre y nitrógeno ). Los compuestos de azufre son responsables de
Nieve
Partículas sólidas con ácido adherido
En ambiente no contaminado pH lluvia 5-6 (H2O + CO2 H2CO3 )
En atmósferas contaminadas: pH lluvia 2-4 SO2 + H2O H2SO4
NOx + H2O HNOx
La agencia americana de protección al
ambiente EPA, estima que las emisiones de óxido de azufre se incrementan alrededor de 26 millones de toneladas métricas anuales y los óxidos de nitrógeno se incrementan 25 millones de toneladas métricas anuales.
tm
presentó valores de 4.6 a 4.73 en pH entre los años del 2000 al 2004 (
atmospheric deposition program [4]
precursores ácidos y los ácidos pueden
permanecer en el aire de dos a cinco días y viajar cientos a miles de kilómetros antes de depositarse. Los científicos han
encontrado que la lluvia ácida y la nieve ácida en el sur de Noruega y Suecia vienen desde Inglaterra y desde la Europa
Industrializada, emisiones
volcánicas y de los mares y suelos
Causa: combustión de carbón y petróleo en industrias, automóviles, centrales térmicas, ind. metalúrgica, calderas
NO
Efectos de la lluvia ácida
_ Ecosistemas acuáticos. Acidificación de cuerpos de agua y del suelo
_ Ecosistemas terrestres.
cambios producidos en los suelos.
_ Corrosión de edificios y monumentos
Disminución de peces, anfibios y otros organismos. No resistentes a pH<5.5.
_ Incremento de las trazas de elementos tóxicos Aluminio
Mercurio Plomo
En la naturaleza formando parte de suelos y rocas.
En ambientes ácidos son disueltos y transportados a arroyos y lagos.
Aluminio: asfixia en peces, interfiere en formación de la absorción del calcio (fragilidad en los huesos).
e describen casos ocurridos en los grandes lagos de los Estados Unidos y Canadá y el impacto que tuvo la acidificación de los lagos tales como lixiviado de proteínas del suelo, disolución de metales tóxicos como son el
aluminio entre otros, también se describen daños a la infraestructura y edificios.
bosques y lagos del norte de América y Europa
Lluvia ácida en las regiones altamente industrializadas
combinadas de los siguientes países: Austira, Bélgica,
Distribución de los 600 mayores emisores de SO2 en Europa. Riesgo de lluvia ácida en Europa en 1993
Las zonas más amenazadas son el norte y centro de Europa. Las emisiones Contaminación atmosférica se desplaza lejos de sus fuentes.
Centrales Eléctricas a carbón en Bulgaria
Transporte aéreo de contaminantes a grandes distancias
