Ciclos Biogeoquímicos

Ciclos biogeoguímicos 1
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
Biósfera
Depósitos 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
Lagos
Desde sedimentos,
rocas
Arroyos y
ríos
Vegetación
costeraIntercambio con la
atmósfera
Reciclado
Aguas
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
Escurri
miento
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
110.0000 km3
73.333 km3
40.000 km3

¿De qué depende la relación del contenido de agua entre
compartimentos?
Agua líquida
Vapor de agua
Agua congelada
CondensaciónEvaporación
Temperatura
Núcleos de condensación
Descenso crioscópico por
contaminantes
Núcleos de
condensación
Contaminación
(hollín)
Naturales
Contaminantes

¿Cómo influye la temperatura en el balance entre
compartimentos?
T·
Derretimiento hielos
Aumento del nivel del mar
Más vapor de agua en la atmósfera
flotantes continentales
Mayor temperatura del agua

Los reservorios de agua
Océanos y mares
Ríos, arroyos bañados
Aguas subterráneas
Capas de hielo, suelos congelados
(permafrost), hielos flotantes
Agua en la atmósfera
2,6% dulceAccesible sólo
0,003% del
total
Distribución del agua en la Tierra
Océanos
Atmósfera
Suelo
Si se derriten y van al mar
se pierde la reserva
Permiten tránsito

Datos de UNESCO, 2006
Representación porcentual de la precipitación y
la población humana por continente

Disponibilidad de agua en Argentina:
21981 m3
por año por habitante
Camilloni y Vera. 2006. Eudeba m3 =
1000 litros

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

Aguas subterráneas: napa freática y acuíferos
Nivel freático: División entre suelo saturado y no saturado
Acuíferos: Formaciones geológicas capaces de almacenar agua
Cicerone, 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

En Argentina el 75% del territorio es árido o semiárido: hay
déficit hídrico
Sólo la Mesopotamia y la Cordillera Patagónica disponen de
agua superficial potabilizable
A nivel país, 50% del agua utilizada proviene de la
superficie y el 50 % es agua subterránea
En el conurbano bonaerense, el uso de agua subterránea era
de más del 62% hasta 1990, cuando pasó a utilizarse agua del
Río de la Plata, disminuyendo el uso de agua subterránea al
5%.
Esto condujo al ascenso del nivel freático y problemas de
inundaciones
http://www.filo.uba.ar/contenidos/investigacion/institutos/geo/
gaye/archivos_pdf/AguaFuentedeVida.pdf
Situación en Argentina

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

Problemas de salinización del agua y la superficie del suelo
Las aguas superficiales pueden ser dulces pero las profundas suelen
ser salinas, por descenso de aguas con sales en solución o por la
intrusión de agua marina en zonas costeras
Al extraer aguas superficiales suben las aguas profundas salinas y
en zonas costeras provocan el ingreso de agua de mar.
Al evaporarse el agua en superficie forma una capa de sal

Transpiración
y evaporación
percolado
Agua en el
suelo
Extracción por raíces
evaporación
Evapotranspiración >
precipitación y agua en el
suelo
Ascenso de agua
profunda salada
Precipitación

Problemas de salinización en
Sistemas agrícolas irrigados
Áreas urbanas con gran demanda de agua
Evolución anual de la salinidad del agua y del suelo (μmhos).
Mendoza (Llop
Salinidad suelo Salinidad suelo
promedio
Año Salinidad agua pre riego
1 1000 1000 1000
2 1112 2699 1905
3 1294 3145 2220
4 1492 3627 2559
5 1720 4181 2951
6 1984 4821 3402
7 2287 5559 3923
8 2637 6409 4523
9 3041 7390 5215

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

Efecto del Cl sobre el equilibrio en la concentración de
ozono
Cl + O3
ClO + O2
ClO + O
Cl + O2
Balance neto
O3 +O O2 + O2
1 átomo de cloro puede destruir 100.000 moléculas de ozono
CFC +
UV
Cl2 + UV Cl + Cl

Efecto de otros compuestos sobre el equilibrio en la
concentración de ozono
NO + O3 NO2 + O2
NO2 + O
NO + O2
O3 + O O2 + O2
Balance neto
Oxidación de
Combustibles
fósiles

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

¿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

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

Variación en el agujero de ozono entre octubre 1979 y octubre
1990

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
100 x 1.000 años
en oceános
100.000.000 años

Efectos del hombre sobre el ciclo del fósforo
Enriquecimiento de aguas en fósforo
•por drenaje desde campos cultivados
•Detergentes
Eutroficación
•Aumento de la PPN
•Disminución de la diversidad
•Aumento de la turbidez

Atmósfera
Tierra
Océano
volcanes
fitoplancton bacterias
DMS y H2S
Sulfatos
Lluvia o
seco
Sulfatos
Lluvia o
seco
sulfatos
sulfatos
Erosión roca
Una menor proporción
del flujo de S implica
reciclado interno en las
comunidades acuáticas
o terrestres en
comparación con P o N
Ciclo del Azufre
sedimentario y gaseoso

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

Atmósfera
Tierra
Océano
fitoplancton bacterias
nitratos
nitratos
bacterias
N2
NOx H2O HNO3
N
orgánico
Relámpagos
industria
amonio
Ciclo del Nitrógeno
Principalmente
gaseoso

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
+
+

0
50
100
150
200
250
300
350
Relámpagos
Organismos
terrestres
Organismos
acuáticos
Orgacuat
Industrial
Cultivos
TgdeNfijadosporaño
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

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

Regiones del mundo más afectadas por la lluvia ácida

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