CICLO DEL OXÍGENO, NITRÓGENO, FÓSFORO Y AZUFRE

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1 CICLO DEL OXÍGENO, NITRÓGENO, FÓSFORO Y AZUFRE
UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR Edo. Miranda, Venezuela Trimestre: septiembre – diciembre, 2017 Departamento de Estudios Ambientales CICLO DEL OXÍGENO, NITRÓGENO, FÓSFORO Y AZUFRE Keysha Rodríguez y Sebastián Cestari 01

2 CICLO DEL OXÍGENO El oxígeno es el elemento número 8 de la tabla periódica y se encuentra como O2,O3,CO2,NO3,SO4,H2O,óxidos de hierro,etc. Atmósfera (representa el 21 % de los gases atmosféricos) Compartimientos principales Hidrósfera Suelos El O2 se generó hace ≈ 3,5 Ga, pero fue hace 1,5-2 Ga que comenzó a acumularse en la atmósfera Antes se consumió en procesos oxidativos (Fe) 02

3 CICLO DEL OXÍGENO * En atmósfera primigenia
Fotólisis del vapor de agua, pero se consumió al reaccionar con CO y CH4 evitando que se acumulara en la atmósfera. En la actualidad este proceso sucede en las capas superiores de la atmósfera. * En atmósfera primigenia * Por acción geológica (hipótesis reciente, gran oxidación) Rocas de FeO2 pudieron generarse debido a procesos tectónicos y algún proceso geológico las pudo calentar, liberando así O2 a la atmósfera de manera violenta. (Mao y col. 2017) * Fotosíntesis oxigénica (Gran oxidación) 6CO2+6H2O 6O2+C6H12O6 Cianobacterias, probablemente hace 2800 ma. 03 (Petsch, 2005)

4 CICLO DEL OXÍGENO El aporte de oxígeno por fotosíntesis varía estacionalmente en el hemisferio norte En verano [O2] En invierno [O2] La producción primaria terrestre aporta 14x10^15mol/año La producción primaria marina aporta 12x10^15mol/año Se estima que el oxígeno actual es producto del desbalance entre la fotosíntesis y la respiración en el pasado. 04

5 CICLO DEL OXÍGENO El O2 se consume por: * Respiración aeróbica
(Petsch, 2005) * Respiración aeróbica 6O2+C6H12O6 6CO2+6H2O * Fotorrespiración Respiración vegetal que no genera ATP pero sí consume O2. Enzima RUBISCO ≈ 50 % del C fijado es respirado. Se potencia en trópicos. * Vulcanismo: Se oxidan los gases reducidos CO, H2, SO2, H2S, CH4 que expelen * Combustibles fósiles: Disminución anual de la [02] atmosférica en ≈ 10^14mol/año 05

6 CICLO DEL OXÍGENO (Smith y Smith, 2012) 06

7 Hace ≈ 3,5 Ga los procariotas generaban NH3.
CICLO DEL NITRÓGENO El nitrógeno es el elemento número 7 de la tabla periódica y se encuentra en la naturaleza como N2, NOx, NH3, NH4+, etc. Atmósfera ≈ 6x10^6 Tg y representa el 79 % de los gases presentes en la atmósfera. Compartimientos principales Hidrósfera Corteza terrestre Hace ≈ 3,5 Ga los procariotas generaban NH3. 07

8 CICLO DEL NITRÓGENO * Vulcanismo * Descargas eléctricas: N2+O2 2NO
* Actividad biológica: Microorganismos (cianobacterias marinas, de agua dulce, suelos, bacterias de vida libre del suelo, bacterias en simbiosis con leguminosas, hongos actinomicetos) y líquenes Fijan el N2 atmosférico. Las bacterias utilizan enzima nitrogenasa: N2 NH NO3- Nitrosomonas spp., Nitrobacter spp. * Actividad antrópica: *Fertilizantes: N2+3H2 2NH3 * Combustión: N2+O2+energía fósil 2NO El NO de origen humano o por descargas eléctricas: NO NO2 HNO3 (Lluvia ácida) 08

9 CICLO DEL NITRÓGENO Las principales reacciones del N son: Fijación
(Galloway, 2005) Fijación Asimilación Nitrificación Descomposición Amonificación Desnitrificación 09

10 CICLO DEL NITRÓGENO (Molles, 2002) 10

11 CICLO DEL NITRÓGENO Consecuencias ambientales del nitrógeno de origen humano: Aumento de producción troposférica de ozono + Lluvia ácida + Eutrofización Anomalías respiratorias 11

12 CICLO DEL FÓSFORO “Las reservas yacen en el suelo de los cuerpos de agua, en las rocas terrestres y dentro de los sedimentos de los océanos”. (Begon, M. et al., 2006) “El fósforo de la litosfera es puesto en circulación mediante erosión y lixiviación por obra de las aguas continentales”. (Begon, M. et al., 2006) 12

13 CICLO DEL FÓSFORO Actividad volcánica y levantamiento geológico
Meteorización Lixiviación Actividad volcánica y levantamiento geológico Liberación de 𝑃 𝑂 4 −3 P.P.N. Heterótrofos Materia orgánica muerta y heces Descomponedores (Bacterias fosfatizantes) Cuerpos de agua continentales (Vida terrestre / Duración de circulación: años, décadas o siglos) Aguas oceánicas 13

14 CICLO DEL FÓSFORO “Alcanzado el océano, un átomo de fósforo hará cerca de cien viajes entre la superficie y las aguas profundas”. “Debido a la baja solubilidad de los fosfatos, el agua de mar se satura rápidamente”. (Smith, T. y R. Smith, 2006) 14

15 CICLO DEL FÓSFORO Cuerpos de agua continentales
𝑃 𝑂 4 −3 Orgánica Cuerpos de agua continentales Cuerpos de agua oceánica Guano de las aves marinas P.P.N. Heterótrofos Materia orgánica muerta y heces Descomponedores 𝑃 𝑂 4 −3 Orgánica Surgencia (La saturación induce el descenso del fósforo) Actividad volcánica y levantamiento geológico 15

16 CICLO DEL FÓSFORO “La actividad pesquera extrae cerca del 0.04% del fósforo por año de los océanos…” (Begon, M. et al., 2006) “… Lo realmente grave es que este fósforo circulará más temprano que tarde en aguas continentales”. (Begon, M. et al., 2006) 16

17 CICLO DEL FÓSFORO Actividades pesqueras Actividades agrícolas
Actividades industriales + + + Deforestación Aumento de los niveles de fósforo en aguas continentales Especies cuya limitante de crecimiento es el fósforo 17

18 CICLO DEL AZUFRE “Fuentes: (a) sedimentaria y (b) atmosférica”.
(a) Sedimentaria: “Meteorización de la litósfera por las aguas continentales”. (Smith, T. y R. Smith, 2006) (b) Atmosférica: “Llegada a la atmósfera de diferentes especies volátiles de azufre de origen biológico y abiótico”. (Smith, T. y R. Smith, 2006) 18

19 CICLO DEL AZUFRE Actividad Volcánica
Fuentes de iones 𝑆𝑂 4 −2 atmosférico: P.P.N. de los cuerpos de agua oceánicas y continentales ( 𝐶𝐻 3 ) 2 𝑆 (𝑔) +𝑙𝑢𝑧 Formas de azufre volátiles (90% del azufre gaseoso) Bacterias reductoras de 𝑆𝑂 4 −2 𝐻 2 𝑆 (𝑔) Oxígeno ( 𝑂 2 ) 𝐻 2 𝑂 (𝑎𝑞) 𝐻 2 𝑆𝑂 4 (𝑎𝑞) 𝑆𝑂 2 (𝑔) + 𝑆𝑂 3 (𝑔) Azufre regresa a los ecosistemas marinos y terrestres 19

20 CICLO DEL AZUFRE Descomponedores Liberación 𝑆𝑂 4 −2 P.P.N.
Meteorización Liberación 𝑆𝑂 4 −2 Atmosférico Lixiviación + Atmosférico P.P.N. Heterótrofos Materia orgánica muerta y heces Descomponedores (Cadenas Tróficas (CT) en la Vida Terrestre) Cuerpos de agua continentales Cadenas Tróficas (bacterias cromatiales y verdes del azufre) 20

21 (bacterias cromatiales y verdes del azufre)
CICLO DEL AZUFRE Bacterias cromatiales y verdes del azufre: 𝑆𝑂 4 −2 Cadenas Tróficas 𝑆𝑂 4 −2 + 𝐻 2 𝑆 (𝑔) Azufre orgánico (bacterias cromatiales y verdes del azufre) Atmósfera p.e. Bacterias verdes del azufre Azufre Elemental (S) Medio oxidante 𝑆𝑂 4 −2 Precipitado 𝐹𝑒 𝑆 2 Hierro (Fe) 21

22 BIBLIOGRAFÍA Begon, M.; C. Townsend; y J. Harper ECOLOGY: From Individuals to Ecosystems. 4 ed. Blackwell Publishing. Reino Unido. pp. 738. Galloway, J The global nitrogen cycle. En Schlesinger, W. (Ed.), Biogeochemistry (pp. 557 – 583). Elsevier. Mao, H.; H. Liuxiang; L. Yan; J. Liu; Y. Yue; M. Zhang; V. Prakapenka; W. Yang; y L. Mao When water meets iron at Earth`s core-mantle boundary. National Science Review – Encontrado en Molles, M Ecology: concepts and applications. 2ed. McGraw Hill. Petsch, S The global oxygen cycle. En Schlesinger, W. (Ed.), Biogeochemistry (pp. 515 – 555). Elsevier. Smith, T. y R. Smith Elements of Ecology. 8ed. Pearson Benjamin Cummings. Estados Unidos. pp. 612. 22