La atmsfera cambiante una perspectiva sistmica Clase 3

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

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 N 2 O Fe N LGK GF 777

Ejemplo: Ciclo hidrológico LGK GF 777

Tiempo de Recambio t Fuentes (Q) Recipiente de masa M LGK GF 777 Sumideros (S)

Tiempo de recambio y variabilidad LGK GF 777 Charlson, 1992

Procesos de remoción Deposición Húmeda Deposición Seca ULGK GF 777

Deposición Húmeda Remoción de gases y aerosoles por hidrometeoros • Gotas de nubes • Gotas de neblina • Lluvia g • Nieve in g HO n 2 e en e v a c stad /S o co e tr nde s a nsa r do Ar Transformaciones de fase y reacciones químicas LGK GF 777

Deposición Húmeda “In cloud scavenging” • Difusión • Ley de Henry “Sub-cloud scavenging” • Inercia • Colisiones LGK GF 777

Análogo de Ley de Ohm I=V/R I V R Deposición Resistencia Aerodinámica a los flujos turbulentos Resistencia Aerodinámica a los flujos viscosos/laminares Resistencia Fisiológica/Química Fdep=C/R=C vdep Por convención a 10 m LGK GF 777

Naturales Emisiones Antrópicas LGK GF 777

Quema de biomasa LGK GF 777

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 GF 777

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 GF 777

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bosques: 1 hr vs 1 día sabanas: unos minutos vs unas horas http: //asd-www. larc. nasa. gov/biomass_burn/biomass. html LGK GF 777

Roses, trees, etc. . . they all smell. . (Compuestos Orgánicos Volátiles). +H 2 O, aerosoles LGK GF 777 CO 2, H 2 O

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Efectos. . . LGK GF 777

LGK GF 777 http: //dionysos. mpch-mainz. mpg. de/~bibex/

Interacciones entre atmósfera y biósfera/Ciclo del nitrógeno Formas del nitrógeno • Ácido nítrico HNO 3 • Dióxido de nitrógeno NO 2 • Óxido de nitrógeno NO • Óxido nitroso N 2 O • Nitrógeno molecular N 2 • Amoniáco NH 3 • Amonio NH 4 • Aminas R-NH 2 • Amidas NH 2 -CO-NH 2 LGK GF 777

Nitrógeno en la atmósfera 3. 9 x 109 Tg. N N 2 >99. 9% <0. 01% Comp. 1. 3 x 103 Tg. N N 2 O 5. 2 Tg. N 47% gaseoso inorgánico >99. 6% 37% particulado inorgánico 0. 4% 16% orgánico LGK GF 777

Nitrógeno en los sistemas terrestres 3. 4 x 105 Tg. N 93. 5% orgánico 6. 5% inorgánico 3. 2 x 105 Tg. N 96% mat. org. muerta 4% biomasa LGK GF 777 1. 3 x 104 Tg. N 94% plantas 4% microorganismos 2% animales

Transformación biológica de compuestos de nitrógeno N 2/N 2 O 1 6 3 NH 3/NH 4+ NO 2 -/NO 35 2 4 N orgánico 1: fijación; 2: asimilación de amoniáco; 3: nitrificación; 4: reducción asimilatoria de nitrato; amonioficación; 6: denitrificación LGK GF 777

Fijación de nitrógeno 1 NH 3/NH 4+ N 2/N 2 O 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 GF 777

Atmósfera Flujos turbulentos Flujos viscosos 20 -200 m Flujos viscosos Flujos turbulentos Océano LGK GF 777

Atmósfera Ca F Ra Ca_i Raq F I V DC Caq Océano R LGK GF 777 Caq_i

K, ka, k: velocidades de transferencia a: reactividad química (=1 para gases inertes) Ra >Raq gases poco solubles (O 2, N 2, CO 2, CH 4, etc) Ra<Raq gases solubles (H 2 O, SO 2, NH 3, etc. ) LGK GF 777

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 GF 777

http: //www. abtonline. com/dms. html CH 3 -S-S-CH 3 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 GF 777

Azufre Atmosférico • 16 Tg. S/a de un total de 101 Tg. S • Juega un importante rol como precursor de núcleos de condensación en LGK GF 777 la atmósfera marina remota

Algo más que el viento. . . LGK GF 777

http: //me-www. jrc. it/dms/ LGK GF 777

Promedio anual de DMS en aguas superficiales LGK GF 777 Kettle et al. , 1999

Veranos 1998 -2001/DMS en aguas superficiales LGK GF 777

Inviernos 1998 -2001/DMS en aguas superficiales LGK GF 777

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 GF 777

Óxido nitroso (N 2 O) o gas hilarante LGK GF 777 ca. 1850

Óxido nitroso (N 2 O) • Ha aumentado desde la era preindustrial desde 275 ppbv a 312 ppbv y sigue aumentando (0. 8 ppbv/año) • Es un gas de efecto invernadero responsable de un forzamiento de ca. 0. 14 W/m 2 desde la era preindustrial (el forzamiento total se estima en ca. 2. 5 W/m 2). • 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 O 3 LGK GF 777

Promedio anual de N 2 O en aguas superficiales Nevison et al. , 1995 LGK GF 777

Fertilización (Fe, N, P, etc. ). . . ¿productividad marina? Duce et al. , 1991 LGK GF 777

En la mitad del océano, el nutriente limitante es el N Galloway, 1994; Watson, 1997 LGK GF 777