LA CONTAMINACIÓN LA CONTAMINACIÓN AMBIENTAL Y LOS CICLOS AMBIENTAL Y LOS CICLOS

BIOGEOQUÍMICOSBIOGEOQUÍMICOS

Prof. Jesús Olivero Verbel. Ph.D.

Grupo de Química Ambiental y Computacional

Universidad de Cartagena

Principios Básicos de

Química Ambiental

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.

ECOSISTEMA

Ecosystem ProcessesEcosystem 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 ServicesEcosystem Services

Maintaining hydrological cycles Regulating climate Cleansing water and air Maintaining the gaseous composition of the atmosphere Pollinating crops and other important plants Generating and maintaining soils Storing and cycling essential nutrients Absorbing and detoxifying pollutants Providing beauty, inspiration, and recreation

Escalas a las cuales pueden ser estudiados los ecosistemas.

El sol es la El sol es la principal fuente principal fuente de energía de de energía de nuestros nuestros ecosistemas.ecosistemas.

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Transferencia de Masa y Energía en los Ecosistemas

Intercambio de materiales en el medio ambiente

Desde

Hasta

Atmósfera Hidrósfera Biósfera Geósfera Antrósfera

Atmósfera - H2O O2H2S,

particulasSO2, CO2

Hidrósfera H2O - {CH2O} Minerales disueltos

Contami-nantes

Biósfera O2, CO2 H2O - Mineral nutrientes

Fertilizantes

Geósfera H2O H2O Materia Orgánica

- Residuos Peligrosos

Antrósfera O2, N2 H2O Alimentos Minerales -

Ciclos de materiaCiclos de materiaA tm ós fe ra

B iós fe raA ntrós fe ra

G eós fe ra H idrós fe ra

Transformaciones de energía–Transformaciones acopladas

Oxidación (Liberación de energía) Reducción (Utilización de Energía)

–Los elementos ocurren en compuestos con alta y baja energía.

Principales reservoriosMecanismos de TransferenciaDisrupción por actividades antropogénicas.

Ciclos BiogeoquímicosCiclos Biogeoquímicos

El Ciclo HidrológicoEl Ciclo Hidrológico

El AguaEl Agua

Principal reservorio = Océanos (97%)Mecanismos de transferencia

–Evaporación y precipitación En los oceános: Evaporación > Precipitación.

En los continentes: Precipitación > Evaporación + Transpiración

–Vientos y escorrentíasTiempo de Residencia

–Atmósfera: 2 semanas–Forma líquida en la superficie terrestre: 2,800 años.

CarbonoCarbono

Principal Reservorio = Combustibles Fósiles/Sedimentos Reservorio secundario = Atmósfera – Océanos. Mecanismos de Transferencia (BIO-QUI)

– Fotosíntesis y respiración

– Equilibrio Químico: Agua-atmósfera / aguaIntercambio de Dióxido de Carbono Acido carbónico / Bicarbonato - Carbonato Carbonato / Carbonato de Calcio

–Fermentación

Ciclo del CarbónoCiclo del Carbóno

CO2 en la atmósfera

Hidrocarburos orgánicos fijados {CH2O}, carbón xenobiótico

Carbón inorgánico solubleHCO3

-

Carbón inorgánico insoluble CaCO3 y CaMg(CO3)2

Hidrocarburos orgánicos fijados CxHx

XenobióticosXenobióticos

Procesos biogeoquímicos

Biodegradación

Fotosíntesis

CO2 disuleto Precipitación química e Incorporación de carbón mineral

en organismos

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NITROGENO Principal Reservorio: Atmósfera: 79% N2

Mecanismos de Transferencia (BIO)– Fijación por Rhizobium, Aztobacter y algas verde azuladas.

– Amonificación (hidrólisis de proteínas)

– Nitrificación Amonio a Nitrito por Nitrosomas and Nitrosococcus 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 N2

Water

Nitrite

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Ciclo de AzufreCiclo de AzufreAzufre Atmosférico SO2 , H2S,

H2SO4(aq), CS2, (CH3)2S

Azufre elemental, S

Azufre xenobiótico

Azufre producido porMicroorganismos: grupos –SH y R-S-R

Biodegradación

Asimilación por organismos

Azufre inorgánico soluble e insoluble SO4

2-

Azufre biológico, incluyendoGrupos de -SH

Sulfuros como H2S y sulfuros de metales FeSDescomposición

Metabolización microbiana

Oxidación de S

Oxidación de H2S

Reducción de Sulfatos Oxidación de

Sulfuros

Intercambio de azufre atmosférico con otros esferas ambientales

Transformaciones biogeoquímicas del Azufre