Transcript CURSO INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA AMBIENTAL Prof. Andrés Muñoz Pedreros CICLOS BIOGEOQUIMICOS • CICLOS BIOGEOQUIMICOS • Los ciclos biogeoquímicos pueden dividirse en dos tipos básicos: • a) ciclos.

CURSO
INTRODUCCIÓN
A LA INGENIERÍA
AMBIENTAL
Prof. Andrés Muñoz Pedreros
CICLOS
BIOGEOQUIMICOS
• CICLOS BIOGEOQUIMICOS
• Los ciclos biogeoquímicos pueden
dividirse en dos tipos básicos:
• a) ciclos de nutrientes gaseosos y
• b) ciclos de nutrientes sedimentarios.
• En los ciclos gaseosos
• el depósito donde se colecta el nutriente corresponde a
la atmósfera.
• Existe poca (o ninguna) pérdida del elemento nutriente
durante el relativamente rápido proceso de recirculación.
•
• Durante una fase importante del ciclo gaseoso
relativamente "cerrado", el elemento se distribuye
ampliamente en la atmósfera, la cual sirve como
depósito principal del nutriente.
• Los ciclos típicos de nutrientes gaseosos incluyen al
ciclo del carbono, al del oxígeno y al ciclo del nitrógeno.
• En los ciclos sedimentarios
• El depósito de nutrientes son rocas sedimentarias.
• Son más lentos y tienden a ejercer una influencia limitante sobre los
organismos vivos.
• Las rocas sedimentarias constituyen el depósito principal.
•
Los nutrientes que intervienen ejercerán una influencia más
limitada que los elementos de los ciclos de nutrientes gaseosos.
• Es más probable que se presenten deficiencias significativas entre
los nutrientes sedimentarios que entre los nutrientes gaseosos.
• Los ciclos sedimentarios típicos, incluyen al ciclo del fósforo y al del
azufre.
Ciclos de materia
Atmósfera
Antrósfera
Biósfera
Geósfera
Hidrósfera
Intercambio de materiales en
el medio ambiente
de Atmósfera
Hidrósfera
Biósfera
Geósfera
Anrtósfera
a
Atmósfera
-
H 2O
O2
H2S,
SO2, CO2
particulas
Hidrósfera
H 2O
-
{CH2O}
Minerales
disueltos
Contaminantes
Biósfera
O2, CO2
H 2O
-
Mineral
nutrientes
Fertilizantes
Geósfera
H 2O
H 2O
Materia
Orgánica
-
Residuos
Peligrosos
Anrtósfera
O2 , N 2
H 2O
Alimentos
Minerales
-
Ciclo del
carbono
El carbono es un elemento esencial para los
seres vivientes.-
Un 18% de la materia orgánica viva está constituida
por carbono.Es el elemento básico de los compuestos orgánicos
como proteínas, carbohidratos o azúcares, grasa y
ácidos nucleicos.
El carbono se combina con el oxígeno para formar
monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2),
también forma sales como el carbonato de sodio
(Na2CO3), carbonato cálcico (en rocas carbonatadas,
como calizas y estructuras de corales).-
El carbono es la base de todos los elementos
orgánicos que son los que forman a los seres vivos.
También se le encuentra en la atmósfera en forma
de bióxido de carbono que se produce como
resultado de la respiración, la putrefacción, la
combustión de la materia orgánica y de los
combustibles fósiles, así como en forma de
carbonatos de las conchas de animales marinos.
la fotosíntesis se realiza en plantas tanto en el
medio terrestre como en el acuático.
•Los organismos productores (vegetales terrestres o
acuáticos) absorben el dióxido de carbono ya sea
disuelto en el aire o en el agua, durante el proceso de
la fotosíntesis para transformarlo en compuestos
orgánicos, como la glucosa.
•Los consumidores (animales) se alimentan de esos
vegetales. Así el carbono pasa a ellos colaborando en
la formación de materia organica.•Los organismos de respiración aeróbica (los que
utilizan oxígeno) aprovechan la glucosa durante ese
proceso y al degradarla, es decir, cuando es utilizada
en su metabolismo, el carbono que la forma se libera
para convertirse nuevamente en dióxido de carbono
que regresa a la atmósfera o al agua.
Ciclo del Carbono
CO2 en la atmósfera
Biodegradación
Fotosíntesis
Carbón inorgánico soluble
HCO3-
Hidrocarburos orgánicos fijados
{CH2O}, carbón xenobiótico
Xenobióticos
Disolución con
CO2 disuleto
Precipitación química e
Incorporación de carbón mineral
en organismos
Procesos biogeoquímicos
Hidrocarburos orgánicos fijados
CxHx y Kerogen
Carbón inorgánico insoluble
CaCO3 y CaMg(CO3)2
•Una parte del dióxido de carbono disuelto en las aguas
marinas, ayuda a algunos organismos a formar estructuras
como las conchas de los caracoles marinos. Al morir éstos, los
restos de su estructura se depositan en el fondo marino. Al
cabo del tiempo, el carbono se disolverá en el agua y podrá ser
utilizado durante su ciclo nuevamente.
•En niveles profundos de la Tierra el carbono contribuye a la
formación de combustibles fósiles, como el petróleo. Este
importante compuesto se ha originado de los restos de
organismos que vivieron hace miles de años.
•Durante las erupciones volcánicas se libera parte del
carbono constituyente de las rocas de la corteza terrestre.
•Los desechos de las plantas y animales así como los restos de
organismos se descomponen por la acción de ciertos hongos y
bacterias, durante este proceso de putrefacción se desprende
CO2.
El papel de los organismos descomponedores
El ciclo del carbono queda completado gracias a los
organismos descomponedores, los cuales llevan a
cabo el proceso de mineralizar y descomponer los
restos orgánicos, cadáveres, excrementos, etc.
Además de la actividad que llevan a cabo los reino
vegetal y animal en el ciclo del carbono, también entra
dentro de éste el carbono liberado mediante la
putrefacción y la combustión.El ciclo del carbono queda completado
gracias a los organismos descomponedores.
aumento el CO2 en la atmósfera
Actualmente, la combustión de los combustibles
fósiles a la vez que se destruyen bosques más
rápidamente que se regeneran, provoca que se
incremente el dióxido de carbono emitido a la
atmósfera; el resultado es el conocido efecto
invernadero, que podría alterar el clima mundial en las
próximas décadas.
Ciclo del
Oxígeno
• ES UN CAMINO CIRCULAR CONTÍNUO DE UN
ELEMENTO QUÍMICO ENTRE LOS COMPONENTES
VIVOS Y NO VIVOS DEL SISTEMA.
• DESDE LA ÉPOCA PRIMITIVA DE LOS OCÉNOS HASTA
LA ERA ACTUAL, HAN PASADO MILES DE MILLONES DE
AÑOS, EN LOS CUALES SE HAN PRESENTADO UNA
SERIE DE CAMBIOS FÍSICO-QUÍMICOS Y GEOLÓGICOS.
• UNO DE LOS MÁS IMPORTANTES ES QUE PARTE DEL
AGUA EXISTENTE EN EL PLANETA BROTÓ DEL
INTERIOR DE LA CORTEZA TERRESTRE, COMO
RESULTADO DE LA ACTIVIDAD VOLCÁNICA.
o DISOCIACIÓN FOTOQUÍMICA
DEL AGUA EN HIDRÓGENO Y
OXÍGENO
LUZ ULTRAVIOLETA
o CARBONO
o NITRÓGENO
o AZUFRE
o FIERRO
• LA APARICIÓN DE LA VIDA DETERMINÓ
QUE LOS CAMBIOS QUÍMICOS EN EL
OCÉANO PRIMITIVO SE
INCREMENTARAN. ÉSTE TENÍA POCO
O NADA DE OXÍGENO, CONTENÍA SALES
INORGÁNICAS Y COMPLEJAS
MOLÉCULAS ORGÁNICAS QUE
PROPORCIONARON LAS BASES PARA
LOS PRIMEROS PROCESOS VITALES.
• EL OXÍGENO MOLECULAR ( O2)
REPRESENTA EL 21% DE LA ATMÓSFERA
TERRESTRE.
• ORGANISMOS TERRESTRES
RESPIRADORES Y CUANDO SE
DISUELVE EN EL AGUA, LAS
NECESIDADES DE LOS ORGANISMOS
ACUÁTICOS
CAPA DE OZONO (O3) :
•GAS QUE IMPIDE, EN LAS PARTES
SUPERIORES DE LA ATMÓSFERA, EL PASO DE
LAS RADIACIONES DE ALTA ENERGÍA COMO
LOS RAYOS UV Y LOS RAYOS X
•ÉSTA CAPA PROTECTORA PRIMITIVA
POSIBILITÓ LA SALIDA Y EVOLUCIÓN
GRADUAL DE LOS ORGANISMOS DEL MAR, SU
ORIGEN BIOLÓGICO REMONTA A UN PERÍODO
MAYOR DE 3.000 MILLONES DE AÑOS, Y FUE
CONTEMPORÁNEO DE LAS PRIMERAS
BACTERIAS FOTOSINTÉTICAS, PERO EL
OZONO DEL QUE SE HABLA EN NUESTROS
DÍAS ES OTRO Y SE LE CONSIDERA
CONTAMINANTE.
PUNTOS CRÍTICOS DEL CICLO DEL OXÍGENO
• EUTROFICACIÓN DE LAS AGUAS: SUCEDE POR LA
PRESENCIA DE DESECHOS ORGÁNICOS
• EL AIRE CONTAMINADO ES ARRASTRADO POR LA
LLUVIA Y PRECIPITADO A LA TIERRA HASTA EL AUA,
LOS COMPUESTOS NATURALES SE VEN
AFECTADOS POR LA PRESENCIA DE ESAS
MOLÉCULAS TÓXICAS.
• LA CANTIDAD DE OXÍGENO EN EL AIRE TAMBIÉN
DISMINUYE COMO CONSECUENCIA DE LA TALA DE
BOSQUES O LA AUSENCIA DE LA CUBIERTA
VEGETAL.
Ciclo del
agua
Propiedades del Agua
Propiedad
Efectos e Importancia
Excelente solvente
Transporte de nutrientes y productos de residuos facilitan
procesos biológicos en un medo acuático
La constante dieléctrica más alta de cualquier
líquido común
Una tensión superficial más alta que todos
los líquidos
Transparente para luz visible y fracciones de
ondas más largas de luz ultravioleta
Alta solubilidad de sustancias iónica y la ionización
de los mismos en solución
Densidad máxima como liquido a 4ºC
Hielo flota; circulación vertical restringido en
cuerpos de agua estratificadas
Calor de evaporación más alta que cualquier
otro material
Determina la transferencia de calor y moléculas de
agua entre la atmósfera y cuerpos de agua
Calor latente de fusión más alto que
cualquier otro liquido excepto amonio
Capacidad de calor más alta que cualquier
otro líquido excepto amonio
La temperatura está estabilizada en el punto de
congelamiento de agua
Factor de control en fisiología: domina el fenómeno
de gota y superficie
Sin color permite que la luz requerida para la
fotosíntesis entre hasta profundidades considerables
Estabilización de la temperatura de organismos y
regiones geográficas
Reservas de agua en la Tierra
Océanos
1.370.000 x 103 km3
Polos
23.000 x 103 km3
Lagos y ríos
250 x 103 km3
Atmósfera
13 x 103 km3
Total
1.393.263 x 103 km3
23.263 x 103 km3
(2,6 %)
Reservas de agua en la Tierra
Disponibilidad de agua dulce: 23.263 x 103 km3 (2,6 %)
Hielo polar
74,7 %
Lagos
0,31 %
Ríos
0,003 %
Humedad de suelo
0,01 %
Napas
25,0 %
Animales y plantas
0,003 %
Atmósfera
0,035 %
0,323%
( 0,054% )
Tasas de renovación del agua en la Tierra
Océanos
2500 años
Agua continentales
1400 años
Hielo polar
9700 años
Glaciares de montaña
1600 años
Lagos
17 años
Pantanos
5 años
Agua del suelo
1 años
Cursos de agua
16 días
Humedad atmosférica
8 días
Agua biológica
varias horas
precipitación
evapotranspiración
evaporación
precipitación
Escorrentía
infiltración
movimiento de
agua subterránea
Balance hídrico global (103km3 / año)
precipitación
en los
océanos
458
precipitación
en los
continentes
110
evapotransporación
desde los continentes
65
aguas
subterráneas
2
aguas
superficiales
43
evaporación
desde los
océanos
502
Ciclo del
nitrógeno
Ciclo del Nitrógeno
Atmósfera
Fijación de N2 molecular
N2 N2O,
como nitrógeno de amino
Emisión de contaminantes trazas de NO, NO2, HNO3, NH4NO3 Evolución de N , NO, NO
2
2
NO, NO2
Por microorganismos
Antrósfera
NH3, HNO3, NO, NO2 Nitratos
inorganicos,
Componentes organonitrogenos
Nitratos explotados
+,
-
NH4 NO3 dusuelto
de precipitación
Biósfera
Nitrógeno fijado biológiamente NH2
en proteinas
Hidrósfera y Geósfera
NO3-, NH4+ disuelto,
organicamente fijado N en biomasa muerta
y combustibles fósiles
Fertilizante NO3NO3-, NH4+
a base de descomposicón
Ciclo del
fósforo
Es un ciclo típico de nutrientes sedimentario. El
fósforo forma la base de un gran número de
compuestos, de los cuales los mas importantes
son los fosfatos. Su reserva fundamental en la
naturaleza es la corteza terrestre por
meteorizacion de las rocas o sacados por las
cenizas volcánicas, queda disponible para que
lo puedan tomar las plantas. Es arrastrado por
las aguas y llega al mar, parte de el sedimenta
al fondo y forma rocas que tardaran millones de
años en volver a emerger.
Ciclo del azufre
• Componente de aminoácidos
• Estructura secundaria de proteínas
(enlace S-S)
• Sulfato (SO42-) elemento fundamental
para vegetales y bacterias.
• Ciclo sedimentario
• Fracción de deposito
1. CaSO4 *2H2O
2. FeS2
3. SO42• Fracción de intercambio:
- Compuestos inorgánicos
- Disuelta en la hidrosfera
• La forma en que el sulfuro esta
presenten un ambiente depende del
pH del mismo.
H 2S

HS  S2pH ácido
pH neutro
pH
básico
Óxidos de azufre
• Incluyen el dióxido de azufre
(SO2) y el trióxido de azufre
(SO3)
1. Dióxido de azufre (SO2)
• Importante contaminante
primario
• Es un gas incoloro y no
inflamable, de olor fuerte e
irritante.
• Su vida media en la atmósfera es corta, de unos
2 a 4 días. Casi la mitad vuelve a depositarse en
la superficie húmedo o seco y el resto se
convierte en iones sulfato (SO42-). Por este
motivo, como se ve con detalle en la sección
correspondiente, es un importante factor en la
lluvia ácida.
• En conjunto, más de la mitad del que llega a la
atmósfera es emitido por actividades humanas,
sobre todo por la combustión de carbón y
petróleo y por la metalurgia. Otra fuente muy
importante es la oxidación del H2S. Y, en la
naturaleza, es emitido en la actividad volcánica.
•
En algunas áreas industrializadas
hasta el 90% del emitido a la
atmósfera procede de las actividades
humanas, aunque en los últimos
años está disminuyendo su emisión
en muchos lugares gracias a las
medidas adoptadas.
2. Trioxido de azufre (SO3)
• Contaminante secundario que se
forma cuando el SO2 reacciona con el
oxígeno en la atmósfera.
Posteriormente este gas reacciona
con el agua formando ácido sulfúrico
con lo que contribuye de forma muy
importante a la lluvia ácida y produce
daños importantes en la salud, la
reproducción de peces y anfibios, la
corrosión de metales y la destrucción
de monumentos y construcciones de
piedra.