LA CONTAMINACIN AMBIENTAL Y LOS CICLOS BIOGEOQUMICOS Prof
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 q. Maintaining hydrological cycles q. Regulating climate q. Cleansing water and air q. Maintaining the gaseous composition of the atmosphere q. Pollinating crops and other important plants q. Generating and maintaining soils q. Storing and cycling essential nutrients q. Absorbing and detoxifying pollutants q. 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 Grupo de Química Ambiental y Computacional Universidad de Cartagena
Intercambio de materiales en el medio ambiente Desde Atmósfera Hidrósfera Biósfera Geósfera Antrósfera Hasta Atmósfera - H 2 O O 2 Hidrósfera H 2 O - {CH 2 O} Minerales disueltos Contaminantes Biósfera O 2, CO 2 H 2 O - Mineral nutrientes Fertilizantes Geósfera H 2 O Materia Orgánica - Residuos Peligrosos O 2, N 2 H 2 O Alimentos Minerales Antrósfera H 2 S, SO 2, CO 2 particulas -
Ciclos de materia
Ciclos Biogeoquímicos FTransformaciones de energía –Transformaciones acopladas u. Oxidación (Liberación de energía) u. Reducción (Utilización de Energía) –Los elementos ocurren en compuestos con alta y baja energía. FPrincipales reservorios FMecanismos de Transferencia FDisrupción por actividades antropogénicas.
El Ciclo Hidrológico
El Agua FPrincipal reservorio = Océanos (97%) FMecanismos de transferencia –Evaporación y precipitación En los oceános: Evaporación > Precipitación. En los continentes: Precipitación > Evaporación + Transpiración –Vientos y escorrentías FTiempo de Residencia –Atmósfera: 2 semanas –Forma líquida en la superficie terrestre: 2, 800 años.
Carbono F F F Principal Reservorio = Combustibles Fósiles/Sedimentos Reservorio secundario = Atmósfera – Océanos. Mecanismos de Transferencia (BIO-QUI) – Fotosíntesis y respiración – Equilibrio Químico: Agua-atmósfera / agua u. Intercambio de Dióxido de Carbono u. Acido carbónico / Bicarbonato - Carbonato u. Carbonato / Carbonato de Calcio –Fermentación
Ciclo del Carbóno CO 2 en la atmósfera Biodegradación Fotosíntesis Carbón inorgánico soluble HCO 3 - Hidrocarburos orgánicos fijados {CH 2 O}, carbón xenobiótico CO 2 disuleto Xenobióticos Precipitación química e Incorporación de carbón mineral en organismos Procesos biogeoquímicos Hidrocarburos orgánicos fijados C x Hx Carbón inorgánico insoluble Ca. CO 3 y Ca. Mg(CO 3)2
Grupo de Química Ambiental y Computacional Universidad de Cartagena
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NITROGENO Principal Reservorio: Atmósfera: 79% N 2 F Mecanismos de Transferencia (BIO) F – Fijación por Rhizobium, Aztobacter y algas verde azuladas. – Amonificación (hidrólisis de proteínas) – Nitrificación u Amonio a Nitrito por Nitrosomas and Nitrosococcus u 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 N 2 Water
Nitrite
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Ciclo de Azufre Atmosférico SO 2 , H 2 SO 4(aq), CS 2, (CH 3)2 S Intercambio de azufre atmosférico con otros esferas ambientales Azufre inorgánico soluble e insoluble SO 42 - Reducción de Sulfatos Oxidación de S Asimilación por organismos Azufre elemental, S Azufre biológico, incluyendo Grupos de -SH Metabolización microbiana Azufre producido por Microorganismos: grupos –SH y R-S-R Descomposición Oxidación de Sulfuros Oxidación de H 2 S Sulfuros como H 2 S y sulfuros de metales Fe. S Biodegradación Azufre xenobiótico
Transformaciones biogeoquímicas del Azufre
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