Evaporación / Precipitación. Océanos

Transcripción

1 Ciclos biogeoquímicos La vida depende de la disponibilidad e unos veinte elementos necesarios para la dinámica de los procesos vitales. Los hidratos de carbono se pueden sintetizar a partir del agua y del anhídrido carbónico de la atmósfera, pero hay sustancias orgánicas más complejas ( proteínas) que requieren además otros componentes, ya sea en cantidades considerables, como en el caso del nitrógeno y del fósforo, o en vestigios como el zinc o el molibdeno. La fotosíntesis se desarrolló con enzimas que contienen toda una serie de elementos. Es necesario estudia el movimiento de estos nutrientes en los ecosistemas. Hay dos tipos de ciclos. Uno es el ciclo hidrológico, que implica el movimiento del agua. El otro, implica los de elementos; estos ciclos de elementos, afectan a los organismos biológicos y a su ambiente geológico (atmósfera o litosfera) y se conocen bajo el nombre de ciclos biogeoquímicos. En los ciclos biogeoquímicos, están aquellos con una fase predominantemente gaseosa ( ciclo del carbono, del hidrógeno). En los ciclos de tipo sedimentario, el reservorio principal es la litosfera, de la cual se liberan los elementos por la acción atmosférica. Los ciclos de tipo sedimentario ( fósforo, azufre, yodo, etc.), tienen tendencia a estancarse; es decir, parte del suministro puede perderse en los sedimentos del océano. El azufre y el yodo tienen fases gaseosas, pero son insignificantes, pues no hay ningún reservorio gaseoso de estos elementos, lo suficientemente grande como para tenerse en cuenta. El canal principal del ciclo hidrológico es el intercambio entre la superficie de la tierra y la atmósfera, por medio de la precipitación y la evaporación. Evaporación / Precipitación Tierras Atmósfera Océanos Los ecosistemas no tienen gran efecto sobre este movimiento de aguas. Sin embargo, los ecosistemas incorporan gran cantidad de agua en la síntesis protoplasmática, y devuelven buena pare de ella a la atmósfera por medio de la transpiración de agua de las plantas.

2 Ciclo del Carbono El ciclo del carbono es sencillo, pues sus componentes son fáciles de identificar. Sol Productores (Fotosíntesis) CO2 + H2O + Minerales Consumidores Descomponedores Turba / Carbón / Petróleo La circulación básica del carbono comienza en la atmósfera, pasa a los productores, luego a los consumidores, y de estos dos grupos, a los descomponedores, desde donde vuelve a la atmósfera. La concentración de anhídrido carbónico en la atmósfera es de 0,03 % a 0,04 %. Existe una reserva de CO2 en el océano; este tiende a regular la cantidad de carbono en la atmósfera. A través del proceso de la combustión y de la actividad volcánica también se devuelve CO2 a la atmósfera. El ciclo del Nitrógeno PROTEINAS Bacterias NITRATOS AMONIO Bacterias NITRITOS Bacterias N2 Atmosférico

3 A pesar de que los organismos viven en una atmósfera rica en nitrógeno ( 79%) muy pocos organismos son capaces de utilizar la forma gaseosa del nitrógeno. Los organismos desprenden carbono y nitrógeno como productos de desecho o del metabolismo, pero el nitrógeno que se desprende en forma gaseosa es prácticamente nulo, en el ciclo del nitrógeno, la intervención biológica es además mucho más compleja y especifica, ya que ciertos organismos solo pueden actuar en determinadas fases del ciclo. Contrariamente a lo que ocurre con el carbono, que se encuentra disponible en el aire y en el agua, el nitrógeno atmosférico tiene que ser fijado en forma inorgánica ( nitratos, principalmente), antes de poder ser utilizado por los procesos biológicos. Las bacterias y algas capaces de fijar el nitrógeno libre se dividen en dos grupos principales: 1) Fijadores de nitrógeno simbióticos, en su mayor parte bacterias, aunque también se incluyen hongos. 2) Fijadores de nitrógeno de vida libre, que comprenden bacterias, algas, y algunos otros microorganismos. La fijación simbiótica del nitrógeno parece ser un fenómeno exclusivamente terrestre. La Amonificación consiste en incorporar el nitrógeno inorgánico ( NO ), en forma orgánica en la síntesis de proteínas y ácidos nucleicos, se metaboliza y regresa al ciclo en forma de productos de desecho en ese metabolismo. La nitrificación consiste en la transformación del amoníaco o de las sales amoniacales en general a nitrato, proceso que depende del ph, y que en condiciones ácidas, se produce lentamente. Hay bacterias que hacen este trabajo. La desnitrificación a nitrógeno molecular o gaseoso (N2), y a oxido nitroso y nítrico, es efectuada por bacterias y por hongos que usan al nitrato como fuente de oxigeno, en presencia de glucosa y fosfato. El ciclo del azufre El sulfato inorgánico es la principal fuente de azufre biológico. El azufre incorporado biológicamente, es mineralizado por bacterias y hongos. Sin embargo, en condiciones anaeróbicas, algunas bacterias pueden reducirlo directamente a sulfuros, incluyendo el sulfuro de hidrógeno. En los cuerpos de agua sin oxígeno se produce sulfuro de hidrógeno que es nociva para casi todas las formas de vida. La fase sedimentaria del ciclo, corresponde a la precipitación del azufre en condiciones anaeróbicas, en presencia del hierro. El ciclo del fósforo El fósforo es un elemento regulador de la productividad, debido a que la proporción de fósforo en los organismos, comparada con la de otros elementos, suele ser mucho mayor que la proporción de fósforo existente en la naturaleza. Las plantas requieren, para su nutrición, fosfatos inorgánicos. Estos fosfatos son transferidos a los consumidores y descomponedores como fosfato orgánico, y después quedan disponible para reciclarse por medio de la descomposición.

4 Hay procesos que sacan fósforo del circuito: la sedimentación, la formación de huesos y dientes y las deyecciones. Crecimiento poblacional Hasta hace unos 250 años la humanidad existía en un número relativamente pequeño ( 300 millones ) y con una tecnología bastante limitada. Cualquier desequilibrio ambiental causado por las personas era local y de absorción natural muy probable. Pero luego aparecen fenómenos que superan la capacidad de asimilación de la naturaleza, estos son: a) El crecimiento explosivo de la población originando enormes demandas al ambiente b) El continuo crecimiento de los desperdicios generados por la industrialización particularmente en los países desarrollados c) La urbanización que por la densidad de personas e industrias intensifica los problemas ambientales d) El crecimiento explosivo del uso de la energía y la introducción de nuevos productos, que aumentan aún mas la presión ambiental Las crecientes demandas domésticas e industriales y el correspondiente agotamiento de recursos no puede continuar sin ocasionar un desorden ambiental grave. Es instructivo examinar con más detalle el período de rápido crecimiento de los últimos 250 años. Existen diferencias notables del crecimiento poblacional al agruparse por regiones mas desarrolladas (R+D) y las regiones menos desarrolladas (R-D). Nro por cada mil 10 habitantes Tasa de crecimiento R+D:Europa, Ex URSS,EE UU,Canadá,Japón,Sudamerica templ.,australia, N. Zelanda Tasa de crecimiento 10 R D : Todas las demás áreas Año Tasa de natalidad Tasa de mortalidad

5 # En las R+D a partir de 1800 las tasas de natalidad han descendido notablemente desde 40 habitantes por cada mil al año hasta menos de 15 en la actualidad. En tanto, en la R-D, las altas tasas de natalidad de 1800 continuaron hasta mediados del presente siglo, pero han descendido bruscamente en los últimos 25 años a alrededor de 25 por cada mil habitantes al año. Las tasa de mortalidad anual han descendido considerablemente en las R+D de 35 en 1800 hasta a menos de 10 por cada mil habitantes en la actualidad. Se considera que 10 es un mínimo que puede aumentar ligeramente durante el resto del siglo porque la población esta envejeciendo. El mismo descenso se manifiesta en las R-D, a pesar de haberse iniciado más tarde, a comienzos del siglo XX, en la actualidad se tienen niveles aproximadamente iguales a los de las R+D. Es importante entender la diferencia que existe en el crecimiento poblacional en los países de las R+D y las R-D para apreciar las tendencias en el aumento de la población mundial y las implicancias económicas. Un hecho sencillo ilustra el punto: de cada 10 personas vivas en la actualidad, cuatro habitan en uno u otro de los dos países que pertenecen al bloque de naciones menos desarrolladas: China e India. Mas del 75 % de la población del planeta habita en las regiones menos desarrolladas. Los descensos en la tasa de crecimiento de las R+D se compensan con los incrementos en las R-D, Es probable una tasa de crecimiento mundial aproximada de 1,6 % para el período 1985 al Dinámica de la población es un indicador de las cuatro fases del desarrollo económico. Fase 1: Población estable que se mantiene por medio de altas tasas anuales de natalidad y mortalidad, superiores a 40 personas por mil. Fase 2: Mejoras en la atención de la salud, la nutrición y el saneamiento que reducen las tasas de mortalidad, mientras que las de natalidad permanecen altas Fase 3: Declinan las tasas de natalidad, y la economía comienza a expandirse, con el impulso de una mejor educación y una mayor urbanización y modernización. Fase 4: Población estable que se mantiene debido a las bajas tasas anuales de natalidad y mortalidad, del orden de 10 personas por mil. Si la transición de la fase 2 a la fase 3 es lenta, se produce una rápida expansión demográfica, El ritmo del cambio en este importante período de transición sufre la fuerte influencia de la resistencia de la sociedad a cambiar sus costumbres. Contaminación y ambiente humano Las sustancias y elementos que interesan por sus efectos toxicológicos, se pueden encontrar en el ambiente, como consecuencia de dos situaciones: 1) Debido a su presencia natural en la corteza terrestre, en los suelos, en las aguas continentales, en las aguas oceánicas, en el aire, en la flora, etc. 2) Por la acción del hombre, que moviliza los elementos naturales ya mencionados, y además, crea nuevas sustancias. Dentro de esta perspectiva, es donde se aplica mas acertadamente el concepto de contaminación como resultante de la acción del hombre.

6 Un recurso se define como contaminado cuando contiene cantidades excesivas de impurezas naturales o impurezas originadas por la acción del hombre. Esta definición no es cualitativa sino cuantitativa. En un concepto moderno se estudia el ambiente en su relación con el hombre y se ocupa de los problemas de salud que pueden originarle los contaminantes del ambiente. Históricamente, se pueden distinguir dos etapas en los estudios sobre los efectos de la contaminación sobre la salud humana. En la primera etapa, se estudiaron los problemas generados en los lugares de trabajo ( Higiene Industrial). Se desarrolló un abundante y valioso aporte de información y experiencia, pudiéndose adoptar medidas preventivas. En la segunda etapa, mas reciente, se ocupa del impacto que en el hombre y en algunas especies animales tiene la contaminación del ambiente en general, pero especialmente en el aire, en el agua, en el suelo y en los alimentos. El aire se contamina principalmente en las zonas urbanas e industrializadas. Las principales fuentes de contaminación del aire se clasifican en fijas y móviles. Las fijas comprenden a las emisiones procedentes de procesos mineros e industriales. Las móviles, son integradas por las emisiones de los vehículos de combustión interna. El aire, se contamina también, pero en grado menor, con algunas sustancias provenientes del suelo y de las aguas. El número de sustancias que pueden contaminar el aire, es relativamente reducido. Alas aguas y a los suelos, en cambio, se vierten una gran diversidad de sustancias. La contaminación del agua y de los suelos se hace a través del vaciamiento en ellos de aguas cloaca les, de residuos industriales líquidos y sólidos, y de productos químicos aplicados a los suelos en la actividad agrícola, y de los contaminantes atmosféricos arrastrados por las lluvias. Los más importantes son los residuos industriales líquidos y la actividad agrícola. La contaminación del aire, agua y suelos, presenta un riesgo adicional para el hombre por la incorporación de los contaminantes a los alimentos y a las cadenas alimentarias que terminan en el hombre. Los productos químicos y el medio ambiente En los hogares, en la industria, en la agricultura y en la lucho contra las enfermedades se utilizan un gran número de sustancias químicas diferentes. Las sustancias químicas ingresan en el medio ambiente y desde este al organismo humano a través de vías complejas e interrelacionadas. Algunas de ellas, como los fertilizantes, plaguicidas y herbicidas, ingresan en el medio ambiente como resultado de su aplicación directa. Otras, como los óxidos de azufre, los óxidos de nitrógeno y los hidrocarburos aromáticos poli cíclicos, aparecen en los procesos de combustión. Una tercera fuente de sustancias químicas, son los efluentes resultantes de la fabricación, transporte, y consumo de casi todos los productos utilizados por la sociedad moderna. En muchos procesos de fabricación, se generan subproductos a veces más tóxicos que las materias primas.

7 Una vez que ingresan en un ecosistema, las sustancias químicas sufren una serie de transformaciones físicas y químicas, incluida su combinación con otros productos químicos, que afectan su toxicidad. Como consecuencia de estas transformaciones químicas, puede ocurrir que un producto relativamente inofensivo, se convierta en un subproducto tóxico en el medio ambiente, e incluso ingrese en la cadena alimentaria, y se acumule en los organismos vivos. Los efectos a corto plazo de distintas sustancias se conocen bastante bien (Toxicología Industrial); pero falta conocer los efectos de pequeñas cantidades de sustancias ingeridas durante muchos años (Toxicología Ambiental). Pueden producirse efectos carcinógenos, mutagénicos y teratogénicos ( defectos de nacimiento). Toxicología Ambiental La toxicología ambiental estudia los efectos de las sustancias nocivas (agentes tóxicos), en los sistemas biológicos. Además, establece la magnitud del daño en función de la exposición a dichas sustancias. Tóxico ambiental, es una sustancia potencialmente nociva que se encuentra diseminada en los ecosistemas. Existen unas cien mil sustancias químicas que pueden contaminar el ambiente. Estas pueden ser naturales o bien productos de la actividad humana. El riesgo ambiental asociado al uso de sustancias potencialmente tóxicas se define sobre la base de: 1) El impacto biológico de la sustancia, basado en el tipo de efecto tóxico, la intensidad de la toxicidad, la naturaleza de la biota que la recibe. 2) El volumen de emisión y la dispersión de la sustancia en el ambiente. Los metales, los plaguicidas y los gases oxidantes, son las sustancias contaminantes mas ampliamente diseminadas en los ecosistemas. Los movimientos de los contaminantes a través del aire, agua, tierra y biota, asi como sus interacciones y modificaciones en cada uno de estos ámbitos, son procesos complejos y poco estudiados. Solo en el caso de algunos contaminantes, se conoce parte de su ciclo en los ecosistemas. Debido a lo complejo de los procesos de dispersión, transporte y transferencia de los contaminantes en los ecosistemas, se han utilizado modelos para simular los procesos. Los modelos son simplificaciones de procesos, que permiten predecir el comportamiento de los fenómenos estudiados. Los dos modelos de transferencia de contaminantes en el medio ambiente son el dinámico y el estático. El modelo dinámico estudia la movilización de un contaminante a través de diferentes medios y receptores, tomando como base un sistema abierto de compartimientos que interactúan unos con otros. Se basa en métodos de la Ingeniería Química. La concentración se determina en función de los flujos de entrada y de salida para cada uno de ellos ( coeficiente de transferencia). El uso de este modelo dinámico esta limitado por la escasez de datos para determinar los coeficientes de transferencia entre los compartimientos. En el modelo estático se relaciona la concentración del contaminante en un medio, con su concentración en el medio inmediatamente anterior. La relación de estas dos concentraciones constituye el factor de concentración.

8 Los factores de concentración, se obtienen experimentalmente o se infieren de los datos de la distribución de un contaminante en el ambiente. Para el caso de la emisión continua de un contaminante, la concentración de este en los diversos medios del ecosistema, se alcanza un estado de equilibrio. En estas condiciones los resultados obtenidos con los dos modelos son iguales. Concentración y dispersión de los contaminantes en el ambiente. La concentración de un contaminante en el aire, esta condicionada por factores climatológicos, meteorológicos y propios del contaminante La concentración de un contaminante en el agua esta determinada por un factor de dispersión, el cual varía según el tipo de medio acuoso ( rio, lago, estuario, etc. ) La concentración de un contaminante en el suelo, esta determinada por un factor de dispersión, el cual depende de los cambio de movilidad del contaminante en el suelo relacionados al tiempo de exposición, y de la densidad del suelo en la zona y de la movilidad del contaminante en el suelo. La concentración de bioconcentración de un contaminante en un organismo acuático, es igual a la concentración del contaminante en el medio acuoso por un factor de bioconcentración. Este factor depende de las características del contaminante, de la capacidad de absorción y de eliminación que tenga el organismo, etc. La concentración de un contaminante en la vegetación terrestre depende de la absorción del contaminante a través del depósito foliar, y de la absorción radicular del contaminante que se encuentra en el suelo. La bioacumulación en animales terrestres, cuyos productos son de consumo humano (carne y leche) En este caso se especifica la relación entre el consumo de alimentos contaminados y la fracción de esa ingesta que se encuentra en la carne o en la leche. Criterios y Estándares de Calidad Ambiental Los estándares para una población en general son más restringidos que los que se establecen para una población ocupacional. Las cantidades con las que se trata de detectar son mucho menores que para el caso ocupacional. Las razones de esta diferencia son las siguientes: 1) El tiempo de exposición de la población en general es de 24 horas contra 8 horas en la industrial. 2) Hay miembros de la población expuesta que están en alto riesgo por varias razones: a) el estado sanitario b) los niños y los ancianos c) el estado nutricional. 3) La involuntariedad de la exposición. 4) La mayor dimensión de la población en riesgo. 5) El monitoreo sanitario, que es mayor en la población ocupacional.