ciclos-biogeoquímicos-2020

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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
Fósforo
Azufre
Potasio
Nitrógeno
Carbono
Bibliografía
Begon, M, CR Townsend & JC Harper. 2006. Ecology. From individuals to ecosystems. Blackwell Publishing Ltd. EEUU. 4 th Edition. 759 pp
Ricklefs, Robert E. 1998. Invitación a la ecología. La economía de la naturaleza. Editorial Médica Panamericana. 4ª edición.
Rodríguez, Jaime. 2001. Ecología. Ediciones Pirámide. Colección Ciencia y Técnica.
Smith, Robert L & Thomas M. Smith. 2001. Ecología. 4a edición. Addison Wesley.
Stiling, Peter D. 1996. Ecology. Theories and applications. 2a edición. Prentice Hall.
Townsend CR, JC Harper & M Begon. Essentials of Ecology. 1st Edition. Blackwell Sci. Oxford
.
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
CO2
CO2
O2
O2
N2
SO4
S2
PO4
Gaseoso
Sedimentario
Ciclos gaseosos: globales
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
Aportes y salidas 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
CO2, N2
Ca, Fe, Mg, P, K
SO2, NOx, Na, Mg, Cl, S 
Ca, K, S
A la atmósfera
Circulación de elementos en lagos
Desde sedimentos, rocas
Arroyos y ríos
Vegetación costera
Intercambio con la atmósfera
Reciclado
Aguas subterráneas
Espiral de nutrientes
Humedal
Circulación de nutrientes en cuerpos de agua lóticos
Hay mayor proporción de espiralado
Ejemplo de espiralado: contribución de 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
Ingresos
Egresos
Reciclado
Sistema terrestre
Egresos
Ingresos
Reciclado
Arroyos y ríos
El ciclo del agua
97,571%
0,001%
2,428%
Evaporación
Precipitación
Evapotranspiración
Escurrimiento 
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 km3
73.333 km3
40.000 km3
¿De qué depende la relación del contenido de agua entre compartimentos?
Agua líquida
Vapor de agua
Agua congelada
Condensación
Evaporación
Temperatura
Núcleos de condensación
Descenso crioscópico por contaminantes
Núcleos de condensación
Contaminación (hollín)
Naturales
Contaminantes
¿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
Los reservorios de agua
Océanos y mares
Ríos, arroyos bañados
Aguas subterráneas
Capas de hielo, suelos congelados (permafrost), hielos flotantes
Agua en la atmósfera
Agua dulce 2,6%
Accesible sólo 0,003% del total
Si se derriten y van al mar se pierde la reserva
Permiten tránsito
Ciclos biogeoguímicos 1
Disponibilidad de agua en Argentina: 21981 m3 por año por habitante
Camilloni y Vera. 2006. Eudeba
m3 = 1000 litros
El agua es un recurso escaso
Problemas con el uso del agua
Sobreexplotación
Contaminación
Ascenso. Salinización del agua
Nitratos
Arsénico
Aguas cloacales
Lixiviados de rellenos sanitarios
12.000 km3 en el mundo
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
Acuíferos: Formaciones geológicas capaces de almacenar agua
Acuífero confinado: acuífero delimitado por material impermeable
Acuífero libre: acuífero no delimitado
Zona de recarga: por donde ingresa agua al acuífero
Napa freática: agua bajo la superficie
Nivel freático: profundidad de la napa freática, separación entre suelo saturado y no saturado
Nivel piezométrico: altura del agua si no estuviera confinada
Cicerone, Sánchez- Proaño y Reich. 2005
Ciclos biogeoguímicos 1
Acuífero Guaraní: Brasil, Paraguay, Uruguay y Argentina. Cuencas del Uruguay y Paraná
1.190.000 km2 de superficie
37.000 km3 de agua
1 km3 = 109 litros
Acuíferos en la región pampeana: Guaraní y Puelche
Profundidad máxima: 1800 m2
Recarga por precipitaciones
Ciclos biogeoguímicos 1
Acuíferos Pampeano y Puelche. NE de la Pcia de Buenos Aires, Pcias Santa Fe, Entre Ríos, Corrientes y Córdoba. 
Extracciones domiciliarias: del Pampeano 
Extracciones de los municipios, industrias: Puelche
Auge et al. 2003
Superficie: 240.000 km2
Ciclos biogeoguímicos 1
Problemas de uso del acuífero Puelche. Cicerone, Sánchez- Proaño y Reich. 2005
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
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
Ciclos biogeoguímicos 1
Ciclo del oxígeno
O2 disuelto
O2
R
FS
FS
R
Principal reservorio para los organismos vivos: el aire y el agua
La atmósfera primitiva no tenía O2
El enriquecimiento en O2 se debió a la FS
9,3 mg/l en el agua a 20 ·C
21%
0,0009%
Origen: Fotodisociación del vapor de agua
FS
El ozono: O3 – La formación de ozono absorbe radiación UV 
Troposfera
Estratosfera
biosfera
12 km
45 km
O2 + UV < 240 nm
O + O
O2 + O + M
O3 + UV < 310 nm
O3+M
Ozogénesis
O2 + O
O + O3 
O2 + O2 
Ozonólisis
>UV
< UV
Absorbe parte de la energía
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
Efecto del Cl sobre el equilibrio en la concentración de ozono
Cl + O3
ClO + O2
ClO + O
Cl + O2
Balance neto
O3 + O
O2 + O2
1 átomo de cloro puede destruir 100.000 moléculas de ozono
CFC + UV
Cl2 + UV
Cl + Cl
Efecto de otros compuestos sobre el equilibrio en la concentración de ozono
NO + O3
NO2 + O2
NO2 + O
NO + O2
O3 + O
O2 + O2
Balance neto
Oxidación de Combustibles fósiles
Formación y distribución del ozono
Distribución del ozono en la atmósfera
Zona de producción
Tierra
< O3
> O3
> O3
Agujerode ozono
N
S
Camilloni y Vera. 2006. Eudeba
Circulación en la estratósfera
260 UD
> 400 UD
< 220 UD en P y V
¿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
Cl2
Formación de Cl2
Primavera: Cl2 + UV
Cl
O3
Medidas de ozono atmosférico: a partir de 1980
Se detectó descenso en primavera, especialmente en la Antártida. Diferencia entre invierno y verano > 50%
Satélites
Ozonosondas en globos
Unidades: moléculas de O3/cm3 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
O3
Ciclos biogeoguímicos 1
Variación en el agujero de ozono entre octubre 1979 y octubre 1990
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
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.
Ciclos biogeoguímicos 1
Ciclo del fósforo
Rocas y depósitos naturales
Plantas 
PO4
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
Ciclos biogeoguímicos 1
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
Atmósfera
Tierra
Océano
volcanes
fitoplancton
bacterias
DMS y H2S
Sulfatos
Lluvia o
seco
Sulfatos
Lluvia o
seco
sulfatos
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
Ciclo del azufre
SO4
Azufre orgánico
Plantas y microorganismos
Sulfuro H2S, FeS
Azufre elemental
SO3
Bacterias fotoautótrofas
Bacterias quimioautótrofas
Desulfidración (anóxica)
Animales y microorganismos
Anoxia
Bacterias
Oxida-ción CH2O
+ reducido
+ oxidado
Ciclos biogeoguímicos 1
Ciclo del azufre
SO4
Azufre orgánico
Plantas y microorganismos
Sulfuro H2S, FeS
Azufre elemental
SO3
Bacterias autótrofas
Bacterias quimioautótrofas
Desulfidración (anóxica)
Animales y microorganismos
Anoxia
Bacterias
Oxida-ción CH2O
+ reducido
+ oxidado
SO2
H2SO4
Atmósfera
Tierra
Océano
fitoplancton
bacterias
nitratos
nitratos
bacterias
N2
NOx
H2O
HNO3
N orgánico
Relámpagos
industria
amonio
Ciclo del Nitrógeno
Principalmente gaseoso
Ciclo del nitrógeno 
Nitrato NO3-
Nitrógeno orgánico
+ reducido
+ oxidado
Amonio
Amonificación
Nitrito NO2
Nitrificación por bacterias
Nitrificación por bacterias
NO
N2 Nitrógeno molecular
Desnitrificación por bacterias en ausencia de oxígeno
Fijación de N2 
N2 O
Ciclos biogeoguímicos 1
Producción de lluvia ácida
NOx
bacterias
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
Regiones del mundo más afectadas por la lluvia ácida
Ciclos C y N.
45
CO2 , CO, CH4= 720
C inorgánico= 37400
Roca sedimentaria: 340.000.000
Biomasa: 560
Biomasa= 3
C orgánico disuelto= 1000
Materia muerta= 1200
Hidrocarburos fósiles= 3800
Unidades: Gt: 1017g
Distribución del Carbono en reservorios 
Ciclos C y N.
46
Transformaciones del carbono a lo largo del ciclo
CO2
CH2O
Carbono orgánico
+ Reducido
+ Oxidado
FS consume energía
Respiración
Libera energía
Metano CH4
Perdido hacia la atmósfera
Metanogénesis
Ganancia neta de energía
Con H2 sin O2
Liberación de energía
Los cambios ocurren por acción de seres vivos
H2O
H2O
47
Efecto del hombre sobre el ciclo del carbono 
CO2
CH2O
Carbono orgánico
FS consume energía
Respiración
Libera energía
Metano CH4
Perdido hacia la atmósfera
Metanogénesis
Ganancia neta de energía
Con H2 sin O2
Liberación de energía
H2O
H2O
+ ganado
Deforestación disminuye absorción de CO2
Combustión
+ por nitrógeno
48
Unidades: Gt: 1017g
60
60
120
2
5
105 + 2
105
Balance de emisiones y consumos de CO2 de la atmósfera
 Balance = 5
 Observado = 3
¿?
Ciclos C y N.
49
CO2
Difusión y disolución
CO2 + H2O
FS
R
CH2O + O2
CH2O en MO muerta + O2
Sedimentación
R
CO2 + H2O
Zona sin luz para FS
Zona con luz para FS
Difusión y afloramiento
“Bomba biológica de carbono”: hay un transporte de carbono hacia el fondo del océano
C en sedimentos
Sedimentación
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Distribución del agua en la Tierra
Océanos
Atmósfera
Suelo
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Gráfico1
		Océanos
		Atmósfera
		Suelo
Distribución del agua en la Tierra
97.571
0.001
2.428
Hoja1
		Océanos		97.571		Salada
		Atmósfera		0.001		Dulce
		Suelo		2.428
Hoja1
		
Distribución del agua en la Tierra
Hoja2
		
Hoja3
		
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