Ciclos biogeoguímicos 1

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1 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 S2 CO2 N2 O2 PO4 SO4 Gaseoso CO2 O2 Sedimentario Ciclos gaseosos: globales Ciclos biogeoguímicos 1

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Modelo de Compartimentos del ecosistema Compuestos orgánicos Compuestos orgánicos fósiles Seres vivos Biósfera Depósitos en tierra y océanos Asimilación FS Combustión, erosión Desasimilación R Rocas, sedimentos marinos Sedimentación Agua. Aire, suelo Erosión meteorización Compuestos inorgánicos inaccesibles Compuestos inorgánicos accesibles Ciclos biogeoguímicos 1

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Balance de nutrientes en un sistema terrestre A la atmósfera Erosión de roca madre Por arroyos y ríos Ca, Fe, Mg, P, K Ingresos Egresos Desde la atmósfera CO2, N2 Escurrimiento y lavado Reciclado Caída con la lluvia SO2, NOx, Na, Mg, Cl, S Combustión Depósito de partículas sólidas Ca, K, S Deforestación Aportes hidrológicos Actividades humanas: fijación de N, fertilización Cosechas Ciclos biogeoguímicos 1

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Vegetación costera Intercambio con la atmósfera Arroyos y ríos Río Aguas subterráneas Reciclado Lagos Humedal Desde sedimentos, rocas Espiralado de nutrientes Ciclos biogeoguímicos 1

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Sistema terrestre Egresos Ingresos Reciclado Ingresos Egresos Reciclado Arroyos y ríos Ciclos biogeoguímicos 1

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El ciclo del agua Origen del agua= emanaciones volcánicas 0,001% Evapotranspiración km3 km3 Evaporación Precipitación km3 Escurrimiento Cambios de estado 97,571% 2,428% Procesos que impulsan el ciclo= evaporación y condensación (físicos) Tiempo de residencia del agua en la atmósfera: 2 semanas Ciclos biogeoguímicos 1

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¿De qué depende la relación del contenido de agua entre compartimentos? Vapor de agua Evaporación Condensación Naturales Núcleos de condensación Contaminantes Agua líquida Temperatura Núcleos de condensación Descenso crioscópico por contaminantes Contaminación (hollín) Agua congelada Ciclos biogeoguímicos 1

8 ¿Cómo influye la temperatura en el balance entre compartimentos?
Más vapor de agua en la atmósfera Mayor temperatura del agua T· Derretimiento hielos continentales flotantes Aumento del nivel del mar Ciclos biogeoguímicos 1

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Los reservorios de agua Océanos y mares Agua en la atmósfera Si se derriten y van al mar se pierde la reserva Capas de hielo, suelos congelados (permafrost), hielos flotantes Permiten tránsito Aguas subterráneas Accesible sólo 0,003% del total 2,6% dulce Ríos, arroyos bañados Ciclos biogeoguímicos 1

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Representación porcentual de la precipitación y la población humana por continente Datos de UNESCO, 2006 Ciclos biogeoguímicos 1

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Camilloni y Vera Eudeba m3 = 1000 litros Disponibilidad de agua en Argentina: m3 por año por habitante Ciclos biogeoguímicos 1

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Usos del agua Ciclos biogeoguímicos 1

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Aguas subterráneas: napa freática y acuíferos Nivel freático: División entre suelo saturado y no saturado Balance entre recarga y descarga Acuíferos: Formaciones geológicas capaces de almacenar agua Cicerone, Sánchez- Proaño y Reich. 2005 Ciclos biogeoguímicos 1

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Acuífero Guaraní km2 de superficie km3 de agua 1 km3 = 109 litros Ciclos biogeoguímicos 1

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Acuíferos Pampeano y Puelche. NE de la Pcia de Buenos Aires m2 Auge et al. 2003 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 Ciclos biogeoguímicos 1

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Situación en Argentina 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 Ciclos biogeoguímicos 1

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Problemas Sobreexplotación Ascenso. Salinización del agua Nitratos Arsénico Aguas cloacales Lixiviados de rellenos sanitarios Contaminación km3 en el mundo Ciclos biogeoguímicos 1

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Cicerone, Sánchez- Proaño y Reich. 2005 Ciclos biogeoguímicos 1

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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 Ciclos biogeoguímicos 1

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Transpiración y evaporación Precipitación Evapotranspiración > precipitación y agua en el suelo evaporación Ascenso de agua profunda salada percolado Agua en el suelo Ciclos biogeoguímicos 1 Extracción por raíces

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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 Ciclos biogeoguímicos 1

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Fotodisociación del vapor de agua Ciclo del oxígeno FS Principal reservorio para los organismos vivos: el aire y el agua O2 21% FS R La atmósfera primitiva no tenía O2 El enriquecimiento en O2 se debió a la FS R FS O2 disuelto 9,3 mg/l en el agua a 20 ·C 0,0009% Ciclos biogeoguímicos 1

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El ozono: O3 45 km Estratosfera O2 + UV < 240 nm O + O O2 + O + M O3+M Ozogénesis Absorbe parte de la energía O2 + O O3 + UV < 310 nm Ozonólisis O + O3 O2 + O2 >UV 12 km Troposfera < UV biosfera Ciclos biogeoguímicos 1

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

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Efecto de otros compuestos sobre el equilibrio en la concentración de ozono NO + O3 NO2 + O2 Oxidación de Combustibles fósiles NO2 + O NO + O2 Balance neto O2 + O2 O3 + O Ciclos biogeoguímicos 1

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Formación y distribución del ozono Ciclos biogeoguímicos 1

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Distribución del ozono N > 400 UD > O3 Circulación en la estratósfera Zona de producción < O3 260 UD Tierra Agujero de ozono > O3 S < 220 UD en P y V Camilloni y Vera Eudeba Ciclos biogeoguímicos 1

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¿Por qué se produce el agujero de ozono? Estratósfera Durante la noche polar Descenso de T· No hay intercambio de aire Descenso de aire Vórtice ciclónico Cl2 Formación de Cl2 Primavera: Cl2 + UV Cl O3 Ciclos biogeoguímicos 1 Camilloni y Vera Eudeba

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Medidas de ozono atmosférico: a partir de 1980 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 Se detectó descenso en primavera, especialmente en la Antártida. Diferencia entre invierno y verano > 50% Ciclos biogeoguímicos 1

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Variación en el agujero de ozono entre octubre 1979 y octubre 1990 Ciclos biogeoguímicos 1

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Diferencias en la absorción de luz UV de distintas longitudes de onda UV B UV C UV A nm nm nm Es la que produce más daño Muy perjudicial Poco perjudicial Muy absorbida Ciclos biogeoguímicos 1

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Daños producidos por la radiación UV B Penetra hasta 20 m de profundidad en cuerpos de agua Afecta el ADN Cáncer de piel Trastornos del sistema inmunológico Afecta huevos de anfibios y reptiles Causa mortalidad y descenso de productividad del fitoplancton Funciona como gas invernadero Ciclos biogeoguímicos 1

33 Ciclos biogeoguímicos 1
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, 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. Ciclos biogeoguímicos 1

34 Ciclos biogeoguímicos 1
Ciclo del fósforo años en tierra No hay reacciones de óxido reducción Animales Fósforo orgánico Plantas No hay reservorio atmosférico Bacterias fosfatizadoras PO4 100 x años en oceános Rocas y depósitos naturales años Ciclos biogeoguímicos 1

35 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 Ciclos biogeoguímicos 1

36 Ciclo del Azufre sedimentario y gaseoso Atmósfera Sulfatos
Lluvia o seco Sulfatos volcanes DMS y H2S Lluvia o seco sulfatos Erosión roca Tierra bacterias fitoplancton Una menor proporción del flujo de S implica reciclado interno en las comunidades acuáticas o terrestres en comparación con P o N sulfatos Océano Ciclos biogeoguímicos 1

37 Ciclos biogeoguímicos 1
Ciclo del azufre Desulfidración (anóxica) Sulfuro H2S, FeS + reducido Azufre orgánico Bacterias fotoautótrofas Animales y microorganismos Azufre elemental Oxida-ción CH2O Bacterias quimioautótrofas Plantas y microorganismos SO3 Anoxia SO4 + oxidado Bacterias Ciclos biogeoguímicos 1

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Ciclo del azufre Desulfidración (anóxica) Sulfuro H2S, FeS + reducido Azufre orgánico Bacterias autótrofas Animales y microorganismos Azufre elemental Oxida-ción CH2O SO2 Bacterias quimioautótrofas Plantas y microorganismos SO3 H2SO4 Anoxia SO4 + oxidado Bacterias Ciclos biogeoguímicos 1

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Ciclo del Nitrógeno Principalmente gaseoso Relámpagos industria N2 Atmósfera HNO3 NOx H2O amonio nitratos bacterias N orgánico Tierra fitoplancton bacterias nitratos Océano Ciclos biogeoguímicos 1

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Ciclo del nitrógeno Fijación de N2 + reducido Amonificación Nitrógeno orgánico Amonio N2 Nitrógeno molecular Nitrificación por bacterias N2 O NO Nitrito NO2 Nitrificación por bacterias Desnitrificación por bacterias en ausencia de oxígeno Nitrato NO3- + oxidado Ciclos biogeoguímicos 1

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Efectos antrópicos sobre el ciclo del nitrógeno Fijación de N2 Natural: relámpagos, organismos Amonificación Humana: industrias y cultivos + Nitrógeno orgánico Amonio N2 Nitrógeno molecular + Combustión Nitrificación por bacterias N2 O NO Nitrito NO2 Nitrificación por bacterias Desnitrificación por bacterias - Nitrato NO3- Pérdida de humedales Ciclos biogeoguímicos 1

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Fuentes de Fijación de Nitrógeno N total almacenado: Tg/año Ciclos biogeoguímicos 1

43 Ciclos biogeoguímicos 1
La actividad del hombre incrementó la concentración de amonio y óxidos de nitrógeno en la atmósfera Concentración de óxido nitroso en la atmósfera (ppm) Ciclos biogeoguímicos 1

44 Ciclos biogeoguímicos 1
Las consecuencias de los cambios producidos por el hombre en el ciclo del nitrógeno Escala regional Aumento de amonio y óxidos de nitrógeno en la atmósfera Lluvia ácida Efecto invernadero Escala global Combustión de depósitos de Materia orgánica Aumento del nitrógeno disponible para los seres vivos Fijación artificial de N Disminución de bacterias desnitrificantes Aumento en la fijación de CO2 Pérdida de otros nutrientes, como Ca y K + N en ríos y estuarios Ciclos biogeoguímicos 1

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Producción de lluvia ácida NOx Ciclos biogeoguímicos 1 bacterias

46 Daños que produce la lluvia ácida
Acidificación de cuerpos de agua Deterioro de bosques de montaña Corrosión de edificios y estatuas pH en base de nubes muy bajo: 3,6 Disminución de peces, anfibios y otros organismos Se diluye al precipitar: 4,6 El efecto sobre agua y suelo depende de la capacidad de neutralización Ciclos biogeoguímicos 1

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Regiones del mundo más afectadas por la lluvia ácida Ciclos biogeoguímicos 1