Clase 8 UNIDAD IV LOS CICLOS BIOGEOQUÍMICOS

CONTENIDO 1. CICLOS BIOGEOQUÍMICOS 2. IDENTIFICAR SU RELACIÓN CON LOS PROBLEMAS AMBIENTALES CICLO DEL OXÍGENO CICLO DEL AGUA: CONTAMINACIÓN DEL AGUA CICLOS NO NUTRIENTES: Cl, METALES PESADOS (Pb, Ar, Hg, Cu, Zn, Cd, Ni) RECURSOS NATURALES: RENOVABLES Y NO RECURSO SUELO, DEGRADACIÓN, MO Y SU MANEJO

CONTAMINACIÓN AMBIENTAL Los desperdicios ocurren en diversas etapas de las actividades humanas… su composición y monto depende…(patrones de consumo y estructura industrial y económica)

Es inevitable generar desperdicio Es inevitable generar desperdicio... manejo seguro para sostener la forma de vida moderna Problemas ambientales son inseparables de lo socioeconómico (depende la protección ambiental)

PROBLEMA DE LOS CICLOS Que: No cierren Se rompa el ciclo Cierren en lugares no disponibles Cierren en el lugar inadecuado Cierren en tiempo prolongado

CICLO DEL OXÍGENO

CICLO DEL OXÍGENO

FUENTE DE O2 y EN LA FOTOSÍNTESIS COMPONENTE DE LOS SERES VIVOS: LOMBRIZ 98%, SER HUMANO  65%, CEREBRO 90%

EL CICLO HIDROLÓGICO Principales impulsores ENERGÍA SOLAR (EVAPORACIÓN), RECICLA CONTINUAMENTE EL CICLO HIDROLÓGICO Principales impulsores El agua dulce (la más escasa), procedente de la escorrentía superficial de lluvias LA GRAVEDAD (RETORNO A LOS MARES Y OCEÁNOS)

C6 H 12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6H2O + 686 Kcal * mol-1 (1) La reacción general de oxidación de la glucosa es: C6 H 12O6 + 6 O2       6 CO2 + 6H2O + 686 Kcal * mol-1 (1) 108 g (6 moles) de agua 192 g (6 moles) O2 264 g (6 moles) de CO2 180 g (1 mol) de glucosa Esto significa que por cada mol de oxígeno absorbido (32 g), se producen 114 Kcal de energía.

EL AGUA AGROECOSISTEMAS DEPENDEN DE ÉL COMPONENTE FUNDAMENTAL DISOLVENTE UNIVERSAL ABIOTICO Y BIOTICO AGROECOSISTEMAS DEPENDEN DE ÉL

EL CICLO HIDROLÓGICO

LA LLUVIA CONTINENTAL OCURRE POR EVAPORACIÓN DEL AGUA DEL OCÉANO EL CICLO HIDROLÓGICO LA LLUVIA CONTINENTAL OCURRE POR EVAPORACIÓN DEL AGUA DEL OCÉANO LA ENERGÍA HIDROELÉCTRICA COMO BENEFICIO DIRECTO

ESTADO DEL PLANETA EN CIFRAS: (AGUA) Fuente: http://www.fao.org/DOCREP/005/Y3918S/y3918s02.htm

AGUA EN LA TIERRA Atmosfera, rios biota Subterranea Disponible Lagos Suelo Subterranea Disponible Glaciares Subterraneo Lagos y rios Agua dulce Glaciares Oceano

ESTADO DEL PLANETA EN CIFRAS: (AGUA) 1.400 millones de km3 de agua, 2,5 por ciento (dulce) 0,3 % (disponible) TIERRAS HÚMEDAS: 25-50% drenadas, edificadas o seriamente contaminadas MARES Y OCÉANOS: último depósito de desechos Fuente: http://www.fao.org/DOCREP/005/Y3918S/y3918s02.htm

LAGOS: muchos ácidos que ya no contienen peces AGUA POTABLE: 61% Población rural y 26% urbana no tiene acceso al agua potable en los PSD AGUA SUBTERRÁNEA: Se extrae más rápido de lo que se repone, plaguicidas contaminan depósitos subterráneos

Algunos procesos antrópicos a los que se somete el agua dulce

Procesos antropicos que rompen el ciclo hidrológico

PRINCIPALES PROBLEMAS DEL RECURSO AGUA VELOCIDAD DE EXPLOTACIÓN >> QUE LA DE REPOSICIÓN

PRINCIPALES PROBLEMAS DEL RECURSO AGUA CONTAMINACIÓN POR ORINA Y ESTIÉRCOL, HERBICIDAS Y EROSIÓN AUSENCIA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DESCARGA DE RESIDUOS INDUSTRIALES SIN TRATAR. DERRAMES EN EL TRANSPORTE DE SUSTANCIAS TÓXICAS.

CONTAMINACIÓN POR SALINIZACIÓN, PESTICIDAS, FERTILIZANTES Y MO DEL AGUA SUPERFICIAL Y SUBTERRÁNEA. AGRICULTURA, GANADERÍA, INDUSTRIA, URBANISMO, TURISMO QUITAN ESPACIO PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA.

Riego de álamos con aguas residuales sin tratar en la India

TIPOS DE CONTAMINANTES ACUÁTICOS AGUAS SUPERFICIALES: Partículas minerales Partículas de la descomposición de animales y vegetales Seres vivos (fitoplancton, zooplancton, etc)

CONTAMINANTE DEL AGUA: Toda forma indeseable en las características del agua, que afecta la salud, la sobrevivencia o las actividades de los seres vivos. (Asante-Duah, 1998)

CONTAMINANTES DEL AGUA I.- FÍSICOS: 1. Temperatura: CENTRALES TERMOELÉCTRICAS (>T) y EMBALSES (<T) Cantidad de O2 disponible (COD) Procesos biológicos (reproducción…..)

2. Radioactividad: Acumulación en lodos del fondo de ríos y embalses 3. Partículas en suspensión: Materiales diversos Materiales no solubles: Presencia indicada por la turbidez, color, sabor, olor, espuma

CONTAMINANTES DEL AGUA II.- QUÍMICOS: Oxígeno Disuelto:>50% (para existencia de fauna) pH Cloruros <50 mg/l Sulfatos: Valor OMS<200mg/l Fosfatos: <0.31mg/l Compuestos NO3 : Max= 1556 mg/l Amonio y 11.1 mg/l de NO3 Metales: Cr=50 µg/l; Cd=1 µg/l; Hg=0.5 µg/l ;Cu y Fe=1000 µg/l

CONTAMINANTES DEL AGUA MERCURIO Metilación del mercurio 0,01 ppb inhibe fotosíntesis en el fitoplancton. Enfermedad de minamata en humanos y aves En el cuerpo humano aumenta con la edad, se absorbe digestivo, pulmonar y cutánea

Es acumulado por los seres vivos, y en las plantas Aumenta con la edad, se absorbe por vía digestiva, pulmonar y cutánea Produce contaminación crónica (Enfermedad de Itai-Itai) anemia, náuseas, vómitos, neumonitis, tos, dolor pectoral, pérdida del olfato Concentración en persona sana es 0,5 µg/100 ml (huesos, hígado y riñón) CADMIO:

Qué es un jabón? Un jabón es una sustancia con una parte hidrófoba, se une a las gotitas de grasa y la otra hidrófila, se une al agua. Consigue disolver la grasa en agua. Químicamente es una sal alcalina de un ácido graso de cadena larga Qué es un detergente? Los detergentes son una mezcla de muchas sustancias. Tiene también una larga cadena lipófila y una terminación hidrófila. Suele ser derivado del petróleo. Una de las razonas por las que los detergentes han desplazado a los jabones es que se comportan mejor que estos en aguas duras

CONTAMINANTES DEL AGUA DETERGENTES: ANIÓNICOS (Liberan iones -); Sulfato, Sulfonato, Fosfato, Fosfónico, Fosfórico). Los jabones CATIÓNICOS: Liberan iones+ (amoníaco y derivados de aminas) ANFOLITOS: Se ionizan + en ácidos y – en básico. NO ANIÓNICOS: Grupos hidrofílicos, éteres-óxido, grupos epoxi. De origen industrial, agrícola o doméstico Detergentes sintéticos son menos biodegradables que los jabones causan > impacto porque disminuyen la tensión del O2 (muerte de peces, perturban sp microbianas y dificultan autodepuración.

CONTAMINANTES DEL AGUA SEGÚN LA BIODEGRADACIÓN LOS DETERGENTES PUEDEN SER: DUROS (poco degradables Ej Dodecil-benceno sulfonato DBS y Alquil-aril-benceno sulfonato ABS) BLANDOS O FACILMENTE BIODEGRADABLES: alquil-aril-benceno sulfonato de cadena lineal (LAS), los detergentes no iónicos, los alquil-fenoxi-etoxi

CONTAMINANTES DEL AGUA A CONCENTRACIÓN DE: clave 70.000 ppm Causan retardo de la flora proteolítica 150.000 ppm frenan desarrollo de flora nitrificante y de las algas verdes 300.000 ppm perturban desarrollo de flora reductora 0.5 ppm producen espumas que forman una película que impide el ingreso de O2

CONTAMINANTES DEL AGUA III. CONTAMINANTES BIOLÓGICOS Materia orgánica: se incorpora al caudal y experimenta transformaciones al fermentarse y desintegrarse. Microorganismos: Bacterias, virus y microorganismos (algunos favorecen la potabilización) Estreptococos = 110.000 unid/100 ml Colis fecales = 20.000 Colis totales = 50.000

ORIGEN DE LOS CONTAMINANTES NATURAL ANTROPOGÉNICO VERTIDO DE AGUAS RESIDUALES VERTEDEROS PRODUCTOS AGRARIOS FUGAS

PARÁMETROS DE CALIDAD DEL AGUA 1. DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENO: Indica el poder autodepurador. (O2 que se consume en procesos biológicos). Potable = DBO<3mg/l Ningún uso DBO>25mg/l 2. DEMANDA QUÍMICA DE OXÍGENO: Oxidabilidad Potable = DQO<20mg/l Ningún uso>80mg/l

PARÁMETROS DE CALIDAD DEL AGUA 3. OXÍGENO DISUELTO: Hace posible la vida Todo uso: >7mg/l 4. CONDUCTIVIDAD: Concentración de cloruros y sulfatos, o grado de acidez a 25ºC Todo uso<400 µmhos/cm3 Ningún uso>700 µmhos/cm3 5. MATERIA EN SUSPENSIÓN: sedimentos procedentes de procesos erosivos, etc.

El proceso es el siguiente: Crecimiento excesivo de algas y plantas acuáticas. Coloración verdosa y pierden su transparencia. La descomposición de la biomasa vegetal disminuye O2. Esta descomposición de la MO sin O2 origina productos tóxicos (mal olor y sabor al agua). La composición de las poblaciones piscícolas se modifica.

Eutroficación Manejo de la eutroficación Reducción de NUTRIMENTOS, (detergentes fosfatados, fosfatos en las aguas de consumo urbano o industrial) Tratamiento de NUTRIMENTOS en afluentes y embalses Tratamiento de aguas residuales Métodos internos (dragado, utilización de alguicidas, extracción de algas, etc.)

Ciclos No Nutrientes: Cl Ciclo del Cloro: UV (estratosfera) rompen los halocarburos (30 km) genera radicales cloro, inicia reacciones que destruyen el ozono

Ciclos No Nutrientes: Cl Clorofluorcarbonados CFCS Cl+O3=ClO+O2 ClO+O3=ClO2+O2 ClO+O=Cl+O2 UV Cl Destruyen O3 Permanece por largo tiempo acumulado en los tejidos grasos

Ciclos No Nutrientes: Metales Pesados Ej. Pb, Ar, Hg, Cu,Zn, Cd, Ni Fuentes de contaminación:industrial o urbano, insecticidas de Pb y Ar a ppios del s.XX

CLASIFIQUE: LOS CICLOS Y SUS DEPÓSITOS LOS GLOBALES O ATMOSFÉRICOS: MOVIMIENTOS CONTINUO Y RÁPIDO, LOS ELEMENTOS DE ESTE TIPO GENERALMENTE NO REPRESENTAN UN FACTOR LIMITANTE, LOS ELEMENTOS PUEDEN ESTAR EN FORMA INDISPONIBLE. POZO DE DEPOSITO: ATMÓSFERA, HIDROSFERA LOS PUNTUALES O SEDIMENTARIOS. MOVIMIENTOS DISCONTINUOS Y LENTOS. SON ATESORADOS POR LA BIOTA SON LIMITANTES FUERTES DENTRO DEL ECOSISTEMA. LITOSFERA, NITRÓGENO CARBONO FÓSFORO AZUFRE AGUA

APORTES DE NUTRIENTES DE LOS CICLOS BIOGEOQUÍMICOS Abonos minerales: Minas, sedimentos marinos y de mantos volcánicos. Ej. Cal dolomítica, roca fosfórica, azufre, escorias, potasa, salitre. Abonos orgánicos: Estiércoles animales, orina, Guanos

Estrategias para capturar y evitar pérdidas de nutrientes Microorganismos: Micorrizas, Trichodermas, Rizobios, Azotobacter, Penicillium, Actinomicetos, Levaduras, etc. activadores de procesos enzimáticos hacen disponibles los nutrientes Abonos Orgánicos: Compost y fermentos Anaeróbicos (biogas)

Abonos minerales Cultivos de cobertura

Fermentación Se trata del efluente de fermentaciones metánicas en recipientes cerrados. Ej. biodigestor

RECURSOS y C BGQ PERENNES ENERGÍA SOLAR VIENTOS Y MAREAS NO RENOVABLES COMBUSTIBLES FÓSILES MINERALES METÁLICOS (Hierro, cobre, aluminio) MINERALES NO METÁLICOS (Arcilla, arena, fosfatos, caolín, etc.)

LOS RECURSOS y los Ciclos BGQ POTENCIALMENTE RENOVABLES AGUA AIRE SUELO DIVERSIDAD GENÉTICA Bajo un manejo adecuado pueden regenerarse a si mismos Pueden transformarse en no renovable si no son manejados en forma sostenible Muchos recursos son mezcla de renovable y no renovables (Ej. Suelo)

RECURSOS PERENNES ENERGÍA SOLAR VIENTOS Y MAREAS

RECURSOS RENOVABLES Con manejo adecuado se regeneran Pueden transformarse en no renovable Muchos son mezcla de renovable y no renovables (Ej. Suelo)

TAMAÑO MÍNIMO: Por debajo la reserva probablemente morirá o no reproducirse

EQUILIBRIO NATURAL: Número de animales o plantas que existirán sin intervención

MÁXIMO RENDIMIENTO SOSTENIBLE: Después del cual no se puede mejorar (capacidad de carga)

PRINCIPIOS OPERACIONALES DEL DESARROLLO SOSTENIBLE Cambiar el uso de no renovable a renovable e incrementar la eficiencia Explotados a una rata igual a la creación (incluyendo el reciclaje) La actividad económica debe ser limitada a la capacidad de carga (principio de precaución como un margen de seguridad)

RECURSO SUELO FACTORES FORMADORES Material parental Clima Tiempo 40 Material parental Clima Tiempo Vegetación Roca madre Roca meteorizada Subsuelo Suelo Superficial Humus Material parental Clima Tiempo Relieve Organismos vivos Actividades humanas

COMPONENTES DEL SUELO 1.- MINERALES (sílice, arena, limos y arcilla)  TEXTURA 2.- MATERIA ORGÁNICA 3.- ORGANISMOS VIVOS 4.- AGUA Y AIRE 5.- ESTRUCTURA: Arreglo y distribución de arena, limos y arcilla, drenaje, aire, MO, organismos 6.- NUTRIMENTOS Macro y microNUTRIMENTOS 7.- pH: (Concentración de H+) medida de la acidez o alcalinidad del suelo. El pH determina la disponibilidad.

EL RECURSO SUELO Aguas Biodiversidad Hábitat Clima Sociedad DEGRADADO POR: Erosión Desertificación Salinización Compactación Contaminación física, química y biológica La pérdida de nutrimentos Los conflictos de uso Aguas Biodiversidad Hábitat Clima Sociedad CONSECUENCIAS DIRECTAS

CAUSAS DE DEGRADACIÓN DE SUELOS 1. FÍSICAS: CLIMÁTICAS: Aridez y Temperatura (tasa de evaporación), Lluvias (temporalidad, Alternancia del período de sequía y lluvias) GEOMORFOLÓGICAS: Composición y susceptibilidad natural de los suelos

CAUSAS DE DEGRADACIÓN DE SUELOS 2. QUÍMICAS: Salinización (suelos y aguas), Reducción de fertilidad, Toxificación del suelo (pesticidas, fertilizantes, metales pesados) 3. BIOLÓGICAS: < biomasa, <MO, <biodiversidad de microorganismos del suelo, Alteración de procesos biológicos que favorecen la formación de suelos (edafización)

CLASIFICACIÓN DE LA PÉRDIDA DE SUELOS CLASE I EROSIÓN EXTREMA: >200Ton/Ha/año CLASE II: EROSIÓN MUY ALTA: 100-200Ton/Ha/año CLASE III EROSIÓN ALTA: 50-100 Ton/Ha/año CLASE IV EROSIÓN MEDIA: 12-50 Ton/Ha/año CLASE V EROSIÓN BAJA: 5-12 Ton/Ha/año CLASE VI EROSIÓN MUY BAJA:<5 Ton/Ha/año

Degradación enzimática Enzimas lipasas (que degradan lípidos) se usan junto a cultivos bacterianos para eliminar los depósitos de grasa de las paredes de las tuberías que transportan los efluentes. Otras enzimas son las celulasas, proteinasas y amilasas, que degradan celulosa, proteínas y almidón, respectivamente.

Remediación microbiana

Biorremediación de Suelos Microorganismos MOS

Biorremediación de aguas subterráneas

Biorreactor para la descontaminación de aguas residuales (Sistemas Protegidos o controlados Ej. Hidroponia)

BIORREMEDIACION DE SUELOS CONTAMINADOS CON HIDROCARBUROS UTILIZANDO BACTERIAS ANTARTICAS SICROTOLERANTES Ruberto, Lucas1; Vazquez, Susana1; Lo Balbo, Alfredo2; Mac Cormack, Walter3 Se utilizaron las siguientes cepas: (Rhodococcus sp.), (Stenotrophomonas maltophilia), (Stenotrophomonas sp.), (Pseudomonas sp.) y otros. Todas las cepas y consorcios tienen capacidad para utilizar distintos hidrocarburos (alifáticos y aromáticos) como única fuente de carbono y energía Cuando se analizaron suelos crónicamente contaminados en sistemas de bandejas, la flora autóctona fue muy efectiva en la remoción de hidrocarburos al ser bioestimulada con N y P (81% de remoción en 45 días). El sistema inoculado con un consorcio bacteriano aislado del mismo suelo a biorremediar (M10) mostró una remoción del 86%. En todos los casos, la eficiencia de un sistema para eliminar los hidrocarburos se correlacionó con un incremento de la actividad biológica. Sin embargo, cuando el suelo presenta una historia de contaminación previa, la bioestimulación con adecuadas cantidades de N y P es suficiente para una efectiva eliminación de los contaminantes. Estas aseveraciones son válidas tanto para hidrocarburos alifáticos como para aromáticos.

Fitorremediación La mostaza (Brassica juncea ) absorbe Pb, Zn, Cu, Ar. La Eichornia crassipes (Jacinto de agua) absorbe Pb. El girasol (Heliantus anuus) es capaz de absorber en grandes cantidades el uranio depositado en el suelo. Los álamos (género Populus) absorben selectivamente níquel, cadmio y zinc. Arabidopsis thaliana es capaz de hiperacumular cobre y zinc.

Brassica carinata Lupinus albus Localización: BERNAL CALDERÓN, María Pilar, et al. “Aplicación de la fitorremediación a los suelos contaminados por metales pesados en Aznalcóllar”. Ecosistemas. Vol. 16, n. 2 http://hdl.handle.net/10045/7670 El vertido de lodo pirítico procedente de la mina de Aznalcóllar en 1998 afectó a 4.286 ha (59,7 %) con As, Cd, Cu, Pb, y Zn, junto con la acidificación de los suelos causada por la oxidación de los sulfuros metálicos. La recuperación basadas en el uso de plantas (fitorremediación), que permitiera el desarrollo del Corredor Verde del Guadiamar por la Junta de Andalucía. La dificultad del caso estriba en la contaminación múltiple, la escasa estabilidad química de los contaminantes y su carácter acidificante. Se ha evaluado la utilidad de diversas técnicas: la fitoextracción mediante Mostaza india, una planta agrícola de alta biomasa capaz de acumular los metales en su parte aérea, junto con la mejora de los suelos mediante enmiendas orgánicas y calizas; y la fitoinmovilización mediante el Altramuz, que es una leguminosa tolerante a los metales por exclusión en sus raíces y a ciertas condiciones de acidez del suelo.