Ciclos biogeoguímicos 1 Clases Anteriores: Flujo de materia y energía Producción primaria neta Determinantes de la producción primaria neta Hoy Ciclos.

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1 Ciclos biogeoguímicos 1 Clases Anteriores: Flujo de materia y energía Producción primaria neta Determinantes de la producción primaria neta Hoy Ciclos de la materia. Principales elementos Agua Oxígeno

2 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 CO 2 O2O2 O2O2 N2N2 SO 4 S2S2 PO 4 Gaseoso Sedimentario Ciclos gaseosos: globales

3 Ciclos biogeoguímicos 1 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

4 Ciclos biogeoguímicos 1 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 CO 2, N 2 Ca, Fe, Mg, P, K SO 2, NO x, Na, Mg, Cl, S Ca, K, S A la atmósfera

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

6 Ciclos biogeoguímicos 1 Espiral de nutrientes

7 Ciclos biogeoguímicos 1 Ejemplo de espiralado: larvas de mosca negra Se desarrollan en agua que corre, adheridas a rocas. Consumen materia orgánica fina particulada e impiden que escurra aguas abajo. Producen pellets fecales que decantan y son alimento de detritívoros Mosca negra: hematófaga, transmite enfermedades

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

9 Ciclos biogeoguímicos 1 El ciclo del agua 97,571% 0,001% 2,428% EvaporaciónPrecipitación 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 km 3 73.333 km 3 40.000 km 3

10 Ciclos biogeoguímicos 1 ¿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

11 Ciclos biogeoguímicos 1 ¿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

12 Ciclos biogeoguímicos 1 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% dulce Accesible sólo 0,003% del total Si se derriten y van al mar se pierde la reserva Permiten tránsito

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

14 Ciclos biogeoguímicos 1 Disponibilidad de agua en Argentina: 21981 m 3 por año por habitante Camilloni y Vera. 2006. Eudeba m 3 = 1000 litros

15 Ciclos biogeoguímicos 1 Usos del agua

16 Ciclos biogeoguímicos 1 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

17 Ciclos biogeoguímicos 1 Acuífero Guaraní 1.190.000 km 2 de superficie 37.000 km 3 de agua 1 km 3 = 10 9 litros

18 Ciclos biogeoguímicos 1 Acuíferos Pampeano y Puelche. NE de la Pcia de Buenos Aires. 89.000 m 2 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 hm 3 /año Auge et al. 2003

19 Ciclos biogeoguímicos 1  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

20 Ciclos biogeoguímicos 1 Problemas Sobreexplotación Contaminación Ascenso. Salinización del agua Nitratos Arsénico Aguas cloacales Lixiviados de rellenos sanitarios 12.000 km 3 en el mundo

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

22 Ciclos biogeoguímicos 1 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

23 Ciclos biogeoguímicos 1 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

24 Ciclos biogeoguímicos 1 Problemas de salinización en  Sistemas agrícolas irrigados  Áreas urbanas con gran demanda de agua Exceso de riego, acumulación de agua en superficie, evaporación, concentración de sales en superficie Valle del Tulúm, San Juan Un 10 % de la superficie agrícola bajo riego está afectada por sales y 10 millones de hectáreas dejan de ser productivas por salinización Se estima que una tercera parte de suelos agrícolas en zonas áridas y semiáridas son afectados por sales

25 Ciclos biogeoguímicos 1 Ciclo del oxígeno O 2 disuelto O2O2 RFS R Principal reservorio para los organismos vivos: el aire y el agua La atmósfera primitiva no tenía O 2 El enriquecimiento en O 2 se debió a la FS 9,3 mg/l en el agua a 20 ·C 21% 0,0009% Fotodisociación del vapor de agua FS

26 Ciclos biogeoguímicos 1 El ozono: O 3 Troposfera Estratosfera biosfera 12 km 45 km O 2 + UV < 240 nmO + O O 2 + O + M O 3 + UV < 310 nm O 3 +M Ozogénesis O 2 + O O + O 3 O 2 + O 2 Ozonólisis >UV < UV Absorbe parte de la energía

27 Ciclos biogeoguímicos 1 Efecto del Cl sobre el equilibrio en la concentración de ozono Cl + O 3 ClO + O 2 ClO + O Cl + O 2 Balance neto O 3 + OO 2 + O 2 1 átomo de cloro puede destruir 100.000 moléculas de ozono CFC + UV Cl 2 + UVCl + Cl

28 Ciclos biogeoguímicos 1 Efecto de otros compuestos sobre el equilibrio en la concentración de ozono NO + O 3 NO 2 + O 2 NO 2 + O NO + O 2 O 3 + O O 2 + O 2 Balance neto Oxidación de Combustibles fósiles

29 Ciclos biogeoguímicos 1 Formación y distribución del ozono

30 Ciclos biogeoguímicos 1 Distribución del ozono Zona de producción Tierra < O 3 > O 3 Agujero de ozono N S Camilloni y Vera. 2006. Eudeba Circulación en la estratósfera 260 UD > 400 UD < 220 UD en P y V

31 Ciclos biogeoguímicos 1 ¿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 Cl 2 Formación de Cl 2 Primavera: Cl 2 + UV Cl O3O3

32 Ciclos biogeoguímicos 1 Medidas de ozono atmosférico: a partir de 1980 Se detectó descenso en primavera, especialmente en la Antártida. Diferencia entre invierno y verano > 50% SatélitesOzonosondas en globos Unidades: moléculas de O 3 /cm 3 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 O3O3

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

34 Ciclos biogeoguímicos 1 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

35 Ciclos biogeoguímicos 1 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 Afecta el ADN

36 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, 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.

37 Ciclos biogeoguímicos 1 Ciclo del fósforo Rocas y depósitos naturales Plantas PO 4 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

38 Ciclos biogeoguímicos 1

39 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

40 Ciclos biogeoguímicos 1 Atmósfera Tierra Océano volcanes fitoplancton bacterias DMS y H 2 S Sulfatos Lluvia o seco Sulfatos Lluvia o seco 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

41 Ciclos biogeoguímicos 1 Ciclo del azufre SO 4 Azufre orgánico Plantas y microorganismos Sulfuro H 2 S, FeS Azufre elemental SO 3 Bacterias fotoautótrofas Bacterias quimioautótrofas Desulfidración (anóxica) Animales y microorganismos Anoxia Bacterias Oxida- ción CH 2 O + reducido + oxidado

42 Ciclos biogeoguímicos 1 Ciclo del azufre SO 4 Azufre orgánico Plantas y microorganismos Sulfuro H 2 S, FeS Azufre elemental SO 3 Bacterias autótrofas Bacterias quimioautótrofas Desulfidración (anóxica) Animales y microorganismos Anoxia Bacterias Oxida- ción CH 2 O + reducido + oxidado SO2 H 2 SO 4

43 Ciclos biogeoguímicos 1 Atmósfera Tierra Océano fitoplancton bacterias nitratos bacterias N2N2 NO x H2OH2O HNO 3 N orgánico Relámpagos industria amonio Ciclo del Nitrógeno Principalmente gaseoso

44 Ciclos biogeoguímicos 1 Ciclo del nitrógeno Nitrato NO 3 - Nitrógeno orgánico + reducido + oxidado Amonio Amonificación Nitrito NO 2 Nitrificación por bacterias NO N 2 Nitrógeno molecular Desnitrificación por bacterias en ausencia de oxígeno Fijación de N 2 N 2 O

45 Ciclos biogeoguímicos 1 Efectos antrópicos sobre el ciclo del nitrógeno Nitrato NO 3 - Nitrógeno orgánico Amonio Amonificación Nitrito NO 2 Nitrificación por bacterias NO N 2 Nitrógeno molecular Desnitrificación por bacterias Fijación de N 2 N 2 O Natural: relámpagos, organismos Pérdida de humedales - Combustión Humana: industrias y cultivos + +

46 Ciclos biogeoguímicos 1 Fuentes de Fijación de Nitrógeno N total almacenado: 296000 Tg/año

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

48 Ciclos biogeoguímicos 1 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 CO 2 Pérdida de otros nutrientes, como Ca y K + N en ríos y estuarios

49 Ciclos biogeoguímicos 1 Producción de lluvia ácida NO x bacterias

50 Ciclos biogeoguímicos 1 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

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