LA CONTAMINACIÓN AMBIENTAL Y LOS CICLOS BIOGEOQUÍMICOS Prof. Jesús Olivero Verbel. Ph.D. Grupo de Química Ambiental y Computacional Universidad de Cartagena

Principios Básicos de Química Ambiental

ECOSISTEMA Un sistema formado por individuos de muchas especies, en el seno de un ambiente de características definidas e implicado un proceso dinámico e incesante de interacción, ajuste y regulación, expresable bien como una consecuencia de nacimientos y muertes, bien como intercambio de materia y energía, uno de cuyos resultados es la evolución a nivel de especie y la sucesión a nivel de sistema completo.

ECOSISTEMA Es un lugar determinado en la naturaleza donde conviven y se relacionan mutuamente comunidades humanas, vegetales, animales, microorganismos y su medio no viviente.

ECOSISTEMA El termino ecosistema fue introducido por el ecólogo inglés Arthur George Tansley en 1935, quien lo define como la unidad fundamental ecológica, constituida por la interrelación de una biocenosis y un biotopo. Es decir, un ecosistema está constituido por un medio físico (el biotopo, hábitat o ambiente), sus pobladores (la biocenosis o conjunto de seres vivos de distintas especies o población) y las interrelaciones entre ambos, todos ellos formando una unidad en equilibrio dinámico.

Ecosystem Processes Maintenance of energy flux, dissipation, climate modulation. Maintenance of hydrologic flux, hydrologic cycle, water quality. Biological productivity, plant pollination. Maintenance of biogeochernical cycling, storage, mineral-gaseous cycles, water-air quality. Decomposition, weathering, soil development-stability, soil quality. Maintenance of biological diversity. Absorbing, buffering, diluting, detoxifying pollutants-xenobiotics .

Ecosystem Services Maintaining hydrological cycles Regulating climate Cleansing water and air Maintaining the gaseous composition of the atmosphere Pollinating crops and other important plants Generating and maintaining soils Storing and cycling essential nutrients Absorbing and detoxifying pollutants Providing beauty, inspiration, and recreation

Escalas a las cuales pueden ser estudiados los ecosistemas.

El sol es la principal fuente de energía de nuestros ecosistemas.

Transferencia de Masa y Energía en los Ecosistemas

Intercambio de materiales en el medio ambiente Desde Hasta Atmósfera Hidrósfera Biósfera Geósfera Antrósfera - H2O O2 H2S, particulas SO2, CO2 {CH2O} Minerales disueltos Contami-nantes O2, CO2 Mineral nutrientes Fertilizantes Materia Orgánica Residuos Peligrosos O2, N2 Alimentos Minerales

Ciclos de materia

Ciclos Biogeoquímicos Transformaciones de energía Transformaciones acopladas Oxidación (Liberación de energía) Reducción (Utilización de Energía) Los elementos ocurren en compuestos con alta y baja energía. Principales reservorios Mecanismos de Transferencia Disrupción por actividades antropogénicas.

El Ciclo Hidrológico

El Agua Principal reservorio = Océanos (97%) Mecanismos de transferencia Evaporación y precipitación En los oceános: Evaporación > Precipitación. En los continentes: Precipitación > Evaporación + Transpiración Vientos y escorrentías Tiempo de Residencia Atmósfera: 2 semanas Forma líquida en la superficie terrestre: 2,800 años.

Carbono Principal Reservorio = Combustibles Fósiles/Sedimentos Reservorio secundario = Atmósfera – Océanos. Mecanismos de Transferencia (BIO-QUI) Fotosíntesis y respiración Equilibrio Químico: Agua-atmósfera / agua Intercambio de Dióxido de Carbono Acido carbónico / Bicarbonato - Carbonato Carbonato / Carbonato de Calcio Fermentación

Precipitación química e Incorporación de carbón mineral Ciclo del Carbóno CO2 en la atmósfera Biodegradación Fotosíntesis Carbón inorgánico soluble HCO3- Hidrocarburos orgánicos fijados {CH2O}, carbón xenobiótico CO2 disuleto Precipitación química e Incorporación de carbón mineral en organismos Xenobióticos Procesos biogeoquímicos Carbón inorgánico insoluble CaCO3 y CaMg(CO3)2 Hidrocarburos orgánicos fijados CxHx

NITROGENO Principal Reservorio: Atmósfera: 79% N2 Mecanismos de Transferencia (BIO) Fijación por Rhizobium, Aztobacter y algas verde azuladas. Amonificación (hidrólisis de proteínas) Nitrificación Amonio a Nitrito por Nitrosomas and Nitrosococcus Nitrito a Nitrato por Nitrobacter and Nitrococcus Denitrificación por Pseudomonas Una vez asimilado existe movimiento trófico. Ausencia en rocas y sedimentos. Disponibilidad limitada en sistemas oceánicos. En Biología: Los AA. Los Nitratos son Solubles en agua dulce y absorbidos por las plantas.

Bacterias especializadas son fundamentales en el Ciclo del Nitrógeno

Gaseous N2 Water

Nitrite

Asimilación por organismos Ciclo de Azufre Azufre Atmosférico SO2 , H2S, H2SO4(aq), CS2, (CH3)2S Intercambio de azufre atmosférico con otros esferas ambientales Azufre inorgánico soluble e insoluble SO42- Reducción de Sulfatos Oxidación de Sulfuros Oxidación de S Asimilación por organismos Azufre elemental, S Oxidación de H2S Sulfuros como H2S y sulfuros de metales FeS Azufre biológico, incluyendo Grupos de -SH Descomposición Metabolización microbiana Biodegradación Azufre producido por Microorganismos: grupos –SH y R-S-R Azufre xenobiótico

Transformaciones biogeoquímicas del Azufre