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Ciclos biogeoquímicos
Los nutrientes fluyen desde componentes del ecosistema no vivos a los vivos y viceversa, en forma más o menos cíclica
CO2
CO2
O2
O2
N2
SO4
S2
PO4
GaseosoSedimentario
Ciclos gaseosos: globales
Compuestos inorgánicos accesibles
Agua. Aire, suelo
Compuestos orgánicos Compuestos orgánicos fósiles
Rocas, sedimentos marinos
Seres vivos
BiósferaDepósitos en tierra y océanos
Compuestos inorgánicos inaccesibles
Modelo de Compartimentos del ecosistema
Erosión
meteorización
Sedimentación
Combustión, erosión
Asimilación FS
Desasimilación R
Balance de nutrientes en un sistema terrestre
Ingresos Egresos
Reciclado
Erosión de roca madre
Desde la atmósfera
Caída con la lluvia
Depósito de partículas sólidas
Aportes hidrológicos
Actividades humanas: fijación de N, fertilización
Por arroyos y ríos
Escurrimiento y lavado
Combustión
Deforestación
Cosechas
CO2, N2
Ca, Fe, Mg, P, K
SO2, NOx, Na, Mg, Cl, S
Ca, K, S
A la atmósfera
Humedal
Río
LagosDesde sedimentos, rocas
Arroyos y ríos
Vegetación costeraIntercambio con la
atmósfera
RecicladoAguas subterráneas
Espiralado de nutrientes
Ingresos Egresos
Reciclado
Sistema terrestre
EgresosIngresos
Reciclado
Arroyos y ríos
El ciclo del agua
97,571%
0,001%
2,428%
Evaporación Precipitación
Evapotranspiración
Escurrimiento
Tiempo de residencia del agua en la atmósfera: 2 semanas
Origen del agua= emanaciones volcánicas
Procesos que impulsan el ciclo= evaporación y condensación (físicos)
Cambios de estado
Los reservorios de agua
Océanos y mares
Ríos, arroyos bañados
Aguas subterráneas
Capas de hielo, suelos congelados (permafrost)
Agua en la atmósfera
2,6% dulceAccesible sólo 0,003% del total
Distribución del agua en la Tierra
Océanos
Atmósfera
Suelo
¿De qué depende la relación del contenido de agua entre compartimentos?
Agua líquida
Vapor de agua
Agua congelada
CondensaciónEvaporación
La cantidad depende de la temperatura
Núcleos de condensación
Contaminación (hollín)
Naturales
Contaminantes
T·Derretimiento hielos Aumento nivel
del marMás vapor de agua
Aguas subterráneas: napa freática y acuíferos
División entre suelo saturado y no saturado
Formaciones geológicas capaces de almacenar aguaCicerone, Sánchez- Proaño y Reich. 2005
Balance entre recarga y descarga
Acuífero Guaraní
1.190.000 km2 de superficie
37.000 km3 de agua
1 km3 = 109 litros
Acuíferos Pampeano y Puelche. NE de la Pcia de Buenos Aires. 89.000 m2
Extracciones domiciliarias: del Pampeano
Extracciones de los municipios, industrias: Puelche
Alimentan el 60% del total de consumo de agua de La Plata. Se extraen 74 hm3/año
Auge et al. 2003
Usos del agua
Usos del agua en África
Agricultura
Industria
Domiciliario
Uso del agua Global
Agricultura
Industria
Domiciliario
Uso del agua en Europa
Agricultura
Industria
Domiciliario
Disponibilidad de agua en Argentina: 21981 m3 por año por habitante
Camilloni y Vera. 2006. Eudeba m3 = 1000 litros
Problemas
•Sobreexplotación
•Contaminación
Ascenso. Salinización del agua
Nitratos
Arsénico
Aguas cloacales
Lixiviados de rellenos sanitarios
12.000 km3 en el mundo
Cicerone, Sánchez- Proaño y Reich. 2005
Ciclo del oxígeno
O2 disuelto
O2
RFS
FS
R
Principal reservorio para los organismos vivos: el aire y el agua
La atmósfera primitiva no tenía O2
El enriquecimiento en O2 se debió a la FS
9,3 mg/l en el agua a 20 ·C
21%
0,0009%
Fotodisociación del vapor de aguaFS
El ozono: O3
Troposfera
Estratosfera
biosfera
12 km
45 km
O2 + UV < 240 nm O + O
O2 + O + M
O3 + UV < 310 nm
O3+M Ozogénesis
O2 + O
O + O3 O2 + O2 Ozonólisis
>UV
< UV
Absorbe parte de la energía
Formación y distribución del ozono
Distribución del ozono
Zona de producciónTierra < O3
> O3
> O3Agujero de ozono
N
S
Camilloni y Vera. 2006. Eudeba
Circulación en la estratósfera
260 UD
> 400 UD
< 220 UD en P y V
Efecto de otros compuestos sobre el equilibrio en la concentración de ozono
NO + O3 NO2 + O2
NO2 + O NO + O2
O3 + O O2 + O2
Cl + O3 ClO + O2
ClO + O Cl + O2
Balance neto
Balance netoO3 + O O2 + O2
1 átomo de cloro puede destruir 100.000 moléculas de ozono
CFC + UV
Combustibles fósiles
Cl2 + UVCl + Cl
Medidas de ozono atmosférico: a partir de 1980
Se detectó descenso en primavera, especialmente en la Antártida. Diferencia entre invierno y verano > 50%
Satélites Ozonosondas en globos
Unidades: moléculas de O3/cm3 de aire
Unidades Dobson: Cantidad total de ozono presente en una columna de atmósfera.
Una unidad Dobson: capa de 0,01cm de espesor de ozono puro a 1 atm de presión
O3
Unidades Dobson
¿Por qué se produce el agujero de ozono?
Camilloni y Vera. 2006. Eudeba
Durante la noche polar
Estratósfera
Descenso de T·
Descenso de aire
Vórtice ciclónico
No hay intercambio de aire
Cl2
Formación de Cl2
Primavera: Cl2 + UV
Cl
O3
Diferencias en la absorción de luz UV de distintas longitudes de onda
UV A
320- 400 nm
Poco perjudicial
UV B
290- 320 nm
UV C
200- 290 nm
Es la que produce más daño
Muy perjudicial
Muy absorbida
Daños producidos por la radiación UV B
Cáncer de piel
Trastornos del sistema inmunológico
Afecta huevos de anfibios y reptiles
Penetra hasta 20 m de profundidad en cuerpos de agua
Causa mortalidad y descenso de productividad del fitoplancton
Funciona como gas invernadero
Afecta el ADN
Protocolo de Montreal
1985. Convención de Viena
1987. Firma del Protocolo. Compromiso: reducción de emisiones de Clorofluorocarbonados a la mitad a fines
del siglo XX
1989. Entrada en vigencia del Protocolo.
1990, 1992, 1997, 1999. Enmiendas
•Concentración de cloro en la atmósfera inferior llegó a un máximo
•En la estratósfera se espera que baje a partir del 2010
•Recuperación del ozono dentro de 50 años.
Ciclo del fósforo
Rocas y depósitos naturales
Plantas
PO4
Fósforo orgánico
Bacterias fosfatizadoras
No hay reacciones de óxido reducción
No hay reservorio atmosférico
-Animales
10- 100 años en tierra
100x 1.000 años en oceános
100.000.000 años
Ciclo del azufre
SO4
Azufre orgánico
Plantas y microorganismos
Sulfuro H2S, FeS
Azufre elemental
SO3
Bacterias fotoautótrofas
Bacterias quimioautótrofas
Desulfidración (anóxica)
Animales y microorganismos
Anoxia
Bacterias
Oxida-ción CH2O
+ reducido
+ oxidado
Ciclo del azufre
SO4
Azufre orgánico
Plantas y microorganismos
Sulfuro H2S, FeS
Azufre elemental
SO3
Bacterias autótrofas
Bacterias quimioautótrofas
Desulfidración (anóxica)
Animales y microorganismos
Anoxia
Bacterias
Oxida-ción CH2O
+ reducido
+ oxidado
SO2
H2SO4
Ciclo del nitrógeno
Nitrato NO3
-
Nitrógeno orgánico
+ reducido
+ oxidado
Amonio
Amonificación
Nitrito NO2
Nitrificación por bacterias
Nitrificación por bacterias
NO
N2 Nitrógeno molecular
Desnitrificación por bacterias en ausencia de oxígeno
Fijación de N2
N2 O
Efectos antrópicos sobre el ciclo del nitrógeno
Nitrato NO3
-
Nitrógeno orgánico
Amonio
Amonificación
Nitrito NO2
Nitrificación por bacterias
Nitrificación por bacterias
NO
N2 Nitrógeno molecular
Desnitrificación por bacterias
Fijación de N2
N2 O
Natural: relámpagos, organismos
Pérdida de humedales
-
Combustión
Humana: industrias y cultivos
+
+
050
100150200250300350
Rel
ámpa
gos
Org
anis
mos
terre
stre
s
Org
anis
mos
acuá
ticos
Org
acu
at
Indu
stria
l
Cul
tivos
Tg d
e N
fija
dos
por
año
Fuentes de Fijación de Nitrógeno
N total almacenado: 296000 Tg/año
Concentración de óxido nitroso en la atmósfera (ppm)
La actividad del hombre incrementó la concentración de amonio y óxidos de nitrógeno en la atmósfera
Las consecuencias de los cambios producidos por el hombre en el ciclo del nitrógeno
Combustión de depósitos de Materia orgánica
Fijación artificial de N
Disminución de bacterias desnitrificantes
Aumento de amonio y óxidos de nitrógeno en la atmósfera
Aumento del nitrógeno disponible para los seres vivos
Lluvia ácida
Efecto invernadero
Escala regional
Escala global
Aumento en la fijación de CO2
Pérdida de otros nutrientes, como Ca y K
+ N en ríos y estuarios
Producción de lluvia ácida
NOx
bacterias
Regiones del mundo más afectadas por la lluvia ácida
Daños que produce la lluvia ácida
Acidificación de cuerpos de agua
Disminución de peces, anfibios y otros organismos
Deterioro de bosques de montaña
Corrosión de edificios y estatuas
El efecto sobre agua y suelo depende de la capacidad de neutralización
pH en base de nubes muy bajo: 3,6
Se diluye al precipitar: 4,6
Agua.
30.000
Compuestos orgánicos Carbón. Petróleo, gas natural
Rocas, sedimentos marinos
Seres vivos
BiósferaDepósitos en tierra y océanos
Depósitos de piedra caliza
Ciclo del Carbono
Erosión
Meteorización, disolución, volcanes
Sedimentación
Combustión
FS
R
CO2 Atmósfera: 750
< 1
60
601 5,5
< 1
25000000
18000000
Transformaciones del carbono a lo largo del ciclo
CO2
CH2O
Carbono orgánico
+ Reducido
+ Oxidado
FS consume energía
Respiración
Libera energía
Metano CH4
Perdido hacia la atmósfera
Metanogénesis
Ganancia neta de energía
Con H2 sin O2
Liberación de energía
Los cambios ocurren por acción de seres vivosH2O
H2O
Efecto del hombre sobre el ciclo del carbono
CO2
CH2O
Carbono orgánico
+ Reducido
+ Oxidado
FS consume energía
Respiración
Libera energía
Metano CH4
Perdido hacia la atmósfera
Metanogénesis
Ganancia neta de energía
Con H2 sin O2
Liberación de energía
Los cambios ocurren por acción de seres vivosH2O
H2O
+ ganado
- def
+Combustión
De: Ecología. Jaime Rodríguez.
60
60120
105+2 105
2
∆= 3
5Bomba de CO2
Unidades: Gt, 1017g
Balance en el ciclo del carbono.
Bomba biológica de CO2
Cambios en la concentración atmosférica de gases invernadero, CO2 y CH4, y de CFC
Las consecuencias de los cambios en el ciclo del carbono
Aumento de CO2 y CH4, junto con óxidos de Nitrógeno
producen efecto invernadero: Aumento de temperatura
¿¿Aumento en la producción de las plantas??
Cambios en las relaciones de competencia entre plantas C3, C4 y CAM
Efecto de aumento del CO2 atmosférico
Aumento de la relación carbono:nitrógeno en plantas.
Déficit de nitrógeno para descomponedores
Reconstrucción paleoclimática. Testigo de Vostok, perforación del hielo antártico hasta 2000 m de profundidad a partir del cual se puede analizar el contenido de burbujas de aire atrapadas a distintas profundidades (aprox años)
Se mide CO2 y la relación entre isótopos da estimación de temperaturas reinantes.
Registros en los últimos siglos y años
Evidencias del cambio climático
TEMPERATURA DEL AIRE.
Escenario
Aumento de 1-3,5 º C para el 2100. > calentamiento a altas latitudes
Mayor incremento en invierno que en verano, de noche que de día.
Tendencias:
Temperatura aumentó 0,6 ºC desde fines de 1900, y entre 0,2-0,3ºc en los últimos 40 años. Mayor aumento entre 40 y 70º N.
Reconstrucción del clima desde 1000 AD indica que el siglo 20 fue el más cálido, y la década del 90 y el año 98 los más cálidos del milenio
La Antártida se calentó 2,5º C entre 1945 y 1990.
La isoterma de 0 º C en latitudes tropicales (15ºN 15ºS) se elevó 110 m entre 1970 y 1980.
El aumento en la temperatura mínima es mayor que en la máxima, disminuye la amplitud térmica.
POSIBLES ESCENARIOS PARA EL CLIMA FUTURO
PRECIPITACIÓN.
Escenario:
Todos los modelos predicen aumento en la precipitación global, pero algunas regiones van a ser más secas.
Tendencias:
Hubo un incremento del 1% en la precipitación terrestre en el siglo 20.
Aumentó en el hemisferio N, pero disminuyó en Africa e Indonesia
Aumentó la precipitación en EEUU desde 1910, también los extremos diarios en los últimos 80 años.
La longitud de los períodos nivales disminuyó en Suiza desde mediados de los 80.
POSIBLES ESCENARIOS PARA EL CLIMA FUTURO:
•Corrimiento de isotermas y cambios en la distribución de las especies. Posibles extinciones . Un cambio de 3 °C equivale a correrse 300-400 km a nivel del mar o 500 m en altura.
•Derretimiento de hielos: inundación de tierras bajas
•Cambios en el régimen de precipitaciones: algunas zonas serían mas húmedas, otras más secas
•El efecto sería mayor en zonas extremas (polos) que en zonas templadas y cálidas. Habría disminución de la amplitud térmica diaria (por > efecto durante la noche)
•Aumento de tasa de fotosíntesis, respiración y crecimiento
Consecuencias del cambio de temperatura
