La atmósfera cambiante: una perspectiva sistémica Clase 3: Interacciones entre la biósfera y la atmósfera GF 777 Otoño 2002 LGK GF777

Contenidos de hoy ¿? Modelación de ciclos biogeoquímicos...algunos elementos y herramientas Procesos de intercambio entre biósfera y atmósfera: emisión deposición Biósfera terrestre y atmósfera Quema de biomasa Nitrógeno y suelos Biósfera marina y atmósfera DMS et al COS et al N2O Fe N LGK GF777

Ejemplo: Ciclo hidrológico LGK GF777

Tiempo de Recambio t Recipiente de masa M Sumideros (S) Fuentes (Q) LGK GF777

Tiempo de recambio y variabilidad Charlson, 1992 LGK GF777

Procesos de remoción Deposición Húmeda Deposición Seca U- LGK GF777

Deposición Húmeda Remoción de gases y aerosoles por hidrometeoros Gotas de nubes Gotas de neblina Lluvia Nieve Arrastre/Scavenging H2O en estado condensado Transformaciones de fase y reacciones químicas LGK GF777

Deposición Húmeda “Sub-cloud scavenging” Inercia Colisiones “In cloud scavenging” Difusión Ley de Henry “Sub-cloud scavenging” Inercia Colisiones LGK GF777

I=V/R Deposición Fdep=C/R=C vdep Por convención a 10 m Análogo de Ley de Ohm I=V/R V R I Resistencia Aerodinámica a los flujos turbulentos Deposición Resistencia Aerodinámica a los flujos viscosos/laminares Resistencia Fisiológica/Química Fdep=C/R=C vdep Por convención a 10 m LGK GF777

Naturales Antrópicas Emisiones LGK GF777

Quema de biomasa LGK GF777

Factores que influyen sobre el tipo y cantidad de las emisiones... Tipo de vegetación (combustible) Contenido de agua de la vegetación y el suelo Temperatura ambiente Humedad ambiente Vientos LGK GF777

Composición típica de biomasa terrestre/plantas 40% carbón 7% hidrógeno 53% oxígeno 0.3-4% nitrógeno 0.1-0.9% azufre otros (Mg, Rb, .....) LGK GF777

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sabanas: unos minutos vs unas horas bosques: 1 hr vs 1 día sabanas: unos minutos vs unas horas http://asd-www.larc.nasa.gov/biomass_burn/biomass.html LGK GF777

Roses, trees, etc...they all smell..(Compuestos Orgánicos Volátiles). +H2O, aerosoles CO2, H2O LGK GF777

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Efectos... LGK GF777

LGK GF777 http://dionysos.mpch-mainz.mpg.de/~bibex/

Interacciones entre atmósfera y biósfera/Ciclo del nitrógeno Formas del nitrógeno Ácido nítrico HNO3 Dióxido de nitrógeno NO2 Óxido de nitrógeno NO Óxido nitroso N2O Nitrógeno molecular N2 Amoniáco NH3 Amonio NH4 Aminas R-NH2 Amidas NH2-CO-NH2 LGK GF777

Nitrógeno en la atmósfera 5.2 TgN 1.3x103 TgN 47% gaseoso inorgánico 3.9x109 TgN N2O >99.6% N2 >99.9% 37% particulado inorgánico 16% orgánico 0.4% <0.01% Comp. LGK GF777

Nitrógeno en los sistemas terrestres 1.3x104 TgN 3.2x105 TgN 94% plantas 3.4x105 TgN 96% mat. org. muerta 93.5% orgá- nico 4% micro-organismos 4% biomasa 6.5% inor-gánico 2% animales LGK GF777

Transformación biológica de compuestos de nitrógeno N2/N2O 1 6 3 NH3/NH4+ NO2-/NO3- 5 2 4 N orgánico 1: fijación; 2: asimilación de amoniáco; 3:nitrificación; 4:reducción asimilatoria de nitrato; amonioficación; 6:denitrificación LGK GF777

Fijación de nitrógeno N2/N2O 1 Requiere de: NH3/NH4+ N2/N2O 1 Requiere de: Organismos con avanzadas propiedades catalíticas capaces de romper el enlace triple del nitrógeno molecular Condiciones anaeróbicas Organismos diazotróficos: RHIZOBIUM en sistemas terrestres CIANOBACTERIAS en sistemas acuáticos LGK GF777

Atmósfera Flujos turbulentos Flujos viscosos Flujos viscosos Océano LGK GF777

Atmósfera Océano Ra Raq Ca Caq F DC Ca_i Caq_i V R I LGK GF777

K, ka,k: velocidades de transferencia a: reactividad química (=1 para gases inertes) Ra >Raq gases poco solubles (O2,N2,CO2, CH4, etc) Ra<Raq gases solubles (H2O, SO2, NH3, etc.) LGK GF777

Factores que afectan la transferencia de gases entre el océano y la atmósfera Olas y vientos...a mayores olas más transferencia Estructura fisicoqúímica de la superficie Intesidad de la mezcla turbulenta LGK GF777

http://www.abtonline.com/dms.html CH3-S-S-CH3 DMS (Dimethyl Sulfide) is an organic sulfur compound present above its flavor threshold in most beers. Because of its low flavor threshold, 10 - 150 ppb, it is a primary flavor and aroma compound that makes a significant contribution to beer character, especially in lager beers. It has a characteristic taste and aroma of cooked or creamed corn. LGK GF777

Azufre Atmosférico 16 TgS/a de un total de 101 TgS Juega un importante rol como precursor de núcleos de condensación en la atmósfera marina remota LGK GF777

Algo más que el viento... LGK GF777

http://me-www.jrc.it/dms/ LGK GF777

Promedio anual de DMS en aguas superficiales Kettle et al., 1999 LGK GF777

Veranos 1998-2001/DMS en aguas superficiales LGK GF777

Inviernos 1998-2001/DMS en aguas superficiales LGK GF777

Carbonil sulfuro O=C=S; monóxido de carbono y COVs son fotoproducidos en el mar hn Materia orgánica disuelta y de color (Chromic Dissolved Organic Matter) LGK GF777

Óxido nitroso (N2O) o gas hilarante ca. 1850 LGK GF777

Óxido nitroso (N2O) Ha aumentado desde la era preindustrial desde 275ppbv a 312 ppbv y sigue aumentando (0.8 ppbv/año) Es un gas de efecto invernadero responsable de un forzamiento de ca. 0.14W/m2 desde la era preindustrial (el forzamiento total se estima en ca. 2.5 W/m2). Su sumidero más importante es la fotólisis en la baja estratósfera (t =120 años). En la estratósfera constituye una fuente importante de NO y participa en procesos catalíticos que afectan el balance de O3 LGK GF777

Promedio anual de N2O en aguas superficiales Nevison et al., 1995 LGK GF777

Fertilización (Fe,N,P, etc.) ...¿productividad marina? Duce et al., 1991 LGK GF777

En la mitad del océano, el nutriente limitante es el N Galloway, 1994; Watson, 1997 LGK GF777