UNIVERSIDAD CSAR VALLEJO.

INGENIERA AMBIENTAL.

SESIN IV

CICLOS BIOGEOQUIMICOS . CONSERVACION Y MANEJO DE ECOSISTEMAS.

CURSO INTRODUCCION A LA INGENIERIA

AMBIENTAL Prof. M . King

1 M.King S.

LOS CICLOS BIOGEOQUMICOS .

Los diferentes compuestos qumicos que forman el planeta sufren reacciones qumicas, cambios de fase y transporte de una regin a

otra.

El flujo de materiales, entre los que se incluyen los componentes del protoplasma, tiene lugar a travs de los diferentes

comportamientos del ambiente fsico y biolgico, en rutas ms o

menos circulares denominados ciclos biogeoqumicos .

Los microorganismos, las plantas y los seres hetertrofos participan activamente en los ciclos asociados al oxgeno, carbono, nitrgeno,

azufre y fsforo.

2 M.King S.

La actividad humana puede causar cambios en la velocidad de algunos de estos procesos, dinamizando cambios desfavorables

para su propia existencia.

Dichos procesos naturales han ocurrido desde mucho antes de la aparicin del hombr e.

Por ejemplo, el incremento de las emisiones de CO2 debido a la

combustin de petrleo, gas, lea, carbn y otros combustibles,

sumado a la disminucin de la biomasa fotosinttica, parece ser

responsable del significativo aumento de la concentracin de CO2

en la atmsfera.

3 M.King S.

LOS CICLOS BIOGEOQUMICOS .

Es importante conocer los Ciclos biogeoqumicos ms relevantes, entre estos tenemos:

C. del Agua.

C. del Oxigeno.

C. del Carbono.

C. del Nitrgeno.

C. del Azufre.

4 M.King S.

Ciclo del Agua.

El agua tiene una importancia fundamental en el desarrollo de la vida en el planeta. Cubre el 70% de la superficie, y sus propiedades

controlan las condiciones climticas que hacen factible la vida.

Es uno de los solventes ms poderosos que existen, y es uno de los vehculos de transporte de materiales ms importante, tanto dentro

de los seres vivientes, como en el entorno fsico.

El agua posee un alto calor de vaporizacin (del orden de 2260 (kJ kg1)) y calor especfico (4,2 (kJ kg1 K1)), que la transforman en un

vehculo de transporte de energa de importancia fundamental en el

control climtico terrestre.

5 M.King S.

Ciclo del Agua.

La gravedad afecta la circulacin de los ros y aguas subterrneas, mientras que el resto del ciclo hdrico, es determinado por la

energa solar.

La absorcin de dicha energa genera evaporacin de las aguas superficiales, tanto continentales como ocenicas.

Adems, una pequea fraccin de la energa solar incidente, genera los vientos y las corrientes, que ayudan a la circulacin de la

atmsfera y las masas de agua.

6 M.King S.

Ciclo del Agua.

La energa absorbida a la forma de calor latente durante la evaporacin, es liberada durante la condensacin, por lo que estos

flujos hdricos son tambin vehculos de transporte de energa

desde una regin a otra.

El efecto neto de esta transferencia de energa es una reduccin de las diferencias de temperatura entre las diferentes zonas de la

Tierra.

La lluvia absorbe aquellos compuestos solubles presentes en la atmsfera, tales como: O2, N2, CO2

y xidos de S y N.

7 M.King S.

Ciclo del Agua.

Esto ltimo puede incrementar significativamente la acidez de las lluvias. A su vez, la escorrenta debida a las precipitaciones,

disuelve los compuestos solubles del suelo y las rocas, proceso que

es facilitado a bajo pH.

Como resultado de esto, la escorrenta que llega a los ros, lagos y mares, es rica en compuestos disueltos, que luego pueden formar

compuestos insolubles, y precipitar o sufrir nuevas transformaciones

qumicas.

8 M.King S.

Ciclo del Agua.

Los aerosoles de agua de mar generados por accin del viento y las olas, son arrastrados por los vientos tierra adentro, donde son

depositados por accin de las lluvias o como sedimento seco,

representando una importante fuente de sodio y cloro.

TABLA 4.1. RESERVAS DE AGUA

LUGAR 1015 m3 %

Ocanos 1350

97.31

Polos y glaciares

30

2.16

Acuferos subterrneos

7

0.50

Lagos, ros, humedales y otros .

0.4

0.029

Atmsfera

0.01

0.001

9 M.King S.

Ciclo del Agua.

10 M.King S.

Ciclo del Oxigeno .

El oxgeno se encuentra presente en todo el mbito terrestre.

Es un importante componente de la corteza terrestre, donde representa un 28,5% en peso, formando silicatos, carbonatos,

fosfatos, sulfatos y xidos metlicos, qumicamente estables.

En el sistema hidrolgico forma parte de la molcula de agua y tambin est como O2

disuelto. Finalmente, la atmsfera contiene

un 23,2% en peso de oxgeno, principalmente a la forma de O2.

11 M.King S.

El O2, tanto atmosfrico como disuelto en agua, es altamente reactivo, participando en los procesos de oxidacin asociados a los

ciclos geoqumicos del carbn, hidrgeno, nitrgeno, azufre y hierro.

12 M.King S.

Ciclo del Oxigeno .

La mayor parte del O2 es producido por accin de la fotosntesis

que ocurre en presencia de luz:

13 M.King S.

Ciclo del Oxigeno (Esq. General) .

14 M.King S.

Ciclo del Oxigeno .

A travs de este proceso, las plantas verdes y las algas absorben energa lumnica y la convierten en energa qumica, almacenada en

los enlaces de los compuestos orgnicos que se forman.

Por ejemplo, para generar un mol de glucosa mediante fotosntesis, se requieren 2880 kJ a 25oC y 1 atm.

Las plantas verdes contienen molculas de clorofila que son capaces de absorber luz visible, principalmente en el espectro del

rojo y el azul.

Adicionalmente, una pequea cantidad de oxgeno se forma por foto -disociacin del agua en las regiones superiores de la atmsfera,

debido a la accin de los rayos ultravioleta (UV).

15 M.King S.

La radiacin UV tambin est involucrada en la conversin del O2 a ozono (O3), en la estratsfera.

El ozono tiene una gran capacidad para absorber la letal radiacin UV, impidiendo que sta alcance la superficie terrestre .

16 M.King S.

Ciclo del Oxigeno (Fase Clara y Oscura) .

17 M.King S.

Ciclo del Oxigeno .

El O2 participa en todas las reacciones de oxidacin, tanto

aquellas que ocurren por procesos qumicos espontneos,

como debido a la accin respiratoria de los organismos

vivientes, por ejemplo:

18 M.King S.

Ciclo del Oxigeno .

Existe suficiente evidencia que demuestra que la concentracin de O2

en la atmsfera se ha mantenido constante por millones de aos,

lo que refleja un estricto equilibrio entre las tasas de consumo y de

formacin de O2.

Al parecer existen mecanismos de regulacin de accin rpida, que permiten mantener el nivel de oxgeno a los niveles actuales.

Dicho mecanismo de control retroalimentado, est ligado, probablemente, al ciclo del carbono y a la cantidad de materia

orgnica que es incorporada a los sedimentos ocenicos.

19 M.King S.

Ciclo del Oxigeno .

20 M.King S.

Ciclo de Carbono .

El 99% del carbono del planeta se encuentra presente en las rocas a la forma de carbonato (normalmente, como CaCO3) o como

carbono orgnico disperso.

El 1% restante se encuentra presente en: la atmsfera, los seres vivos, los combustibles fsiles y compuestos orgnicos e

inorgnicos disueltos en agua.

Los organismos vivientes estn compuestos principalmente de agua y de una amplia gama de compuestos orgnicos.

21 M.King S.

Ciclo de Carbono .

El carbono acompaa estrechamente al ciclo del oxgeno en los procesos fotosintticos y en los procesos de oxidacin de materia

orgnica, ya sea por la combustin o por actividad biolgica.

22 M.King S.

Ciclo de Carbono .

El CO2 generado por la oxidacin de compuestos orgnicos se disuelve fcilmente en agua.

Ms del 98% del CO2 se encuentra disuelto en los ocanos (como

HCO3 y CO3=), mientras que el 2% restante se mantiene en la

atmsfera, donde a fines del siglo XX alcanzaba una concentracin

del orden de 350 ppm (mostrando un significativo incremento en los

dos ltimos siglos):

23 M.King S.

Ciclo de Carbono .

La proporcin en que se encuentran estos compuestos depende fundamentalmente del pH de la solucin.

La mayora de los ocanos tiene un pH entre 8 y 8,3, y en promedio, cerca de 13% de la mezcla est como CO3=.

En las capas ocenicas superficiales, existe una gran actividad fotosinttica, con un alto consumo de CO2, por lo que la reaccin

tiende a desplazarse hacia la izquierda para restaurar el equilibrio

qumico.

24 M.King S.

Ciclo de Carbono .

La actividad fotosinttica mantiene un fino balance en el ciclo del carbono y del oxgeno. A travs de la fotosntesis se forman los

compuestos orgnicos, utilizando CO2 como fuente de carbono.

Los productores primarios en el ocano son las algas unicelulares a la deriva (llamadas fitoplancton), las que sirven de alimento al

zooplancton. A su vez, ambos son el alimento de los organismos

acuticos superiores (necton y bentos).

As, el carbono se mueve continuamente desde la atmsfera hacia la cadena alimenticia, a travs de la fotosntesis, retornando a la

atmsfera durante la respiracin y oxidacin de la materia orgnica

muerta.

25 M.King S.

Ciclo de Carbono.

Tabla 4.2 . Flujos de Carbono.

FLUJOS

109 ton C/ao

CO2 generado por respiracin

de organismos marinos.

97

CO2 generado por oxidacin de organismos muertos.

25

CO2 generado por respiracin

de organismos terrestres.

10

CO2 generado por combustin. 6

C fijado por fotosntesis marina.

100

26 M.King S.

Ciclo de Carbono.

27 M.King S.

Ciclo del Nitrgeno .

El nitrgeno a la forma de N2 representa el 76% en peso de la

atmsfera terrestre y constituye la principal reserva de nitrgeno en

el planeta. Al contrario de otros elementos, el nitrgeno presente en

el suelo proviene principalmente de la atmsfera.

El N2 tiene una baja reactividad qumica y slo se oxida a altas

temperaturas. El nitrgeno es un componente importante de los

organismos vivientes, principalmente como N-3, a la forma de grupo

amino (R-NH2) en los aminocidos y protenas.

28 M.King S.

Ciclo del Nitrgeno .

Los microorganismos juegan un importante papel en las complejas transformaciones qumicas que caracterizan el ciclo geoqumico del

nitrgeno, particularmente, en los procesos de asimilacin, fijacin,

desnitrificacin, nitrificacin y amonificacin, tal como se describe a

continuacin.

El N2 atmosfrico es transformado en N-3 a travs de la accin de

microorganismos existentes tanto en el agua como en el suelo, en

un proceso denominado fijacin del nitrgeno.

29 M.King S.

Ciclo del Nitrgeno .

Existe una abundante comunidad de microorganismos capaces de fijar el N2, entre ellas:

Bacterias aerbicas (ej. Azotobacter sp., Thiobacillus sp., algas verde-azules).

Bacterias anaerbicas (ej. Clostridium sp., Desulfovibrio sp., bacterias foto trficas).

Bacterias en asociacin simbitica con: ndulos de leguminosas (ej. Rhizobium sp.), lquenes (ej. cianobacterias), etc.

30 M.King S.

Ciclo del Nitrgeno .

La fijacin de N2 en los ocanos es relativamente baja, siendo las algas verde-azules las responsables de la casi totalidad de la

actividad fijadora. Se estima que una gran parte de la fijacin

marina, ocurre en los arrecifes de coral y en las reas litorales, en

asociacin simbitica con algunas plantas acuticas.

Adems de estos procesos biolgicos, el nitrgeno participa en reacciones qumicas espontneas que tienen lugar, principalmente,

en la atmsfera.

31 M.King S.

Ciclo del Nitrgeno .

FLUJOS

106 ton N/ao

NOx a la atmsfera,

desnitrificacin.

90

NOx a la atmsfera, fuentes

antrpicas.

50

N2 a la atmsfera,

desnitrificacin.

240

Fijacin biolgica de N2 en tierra.

140

Fijacin biolgica de N2 en

ocanos.

30

32 M.King S.

Ciclo del Nitrgeno .

33 M.King S.