CICLOS BIOGEOQUÍMICOS

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1 CICLOS BIOGEOQUÍMICOS

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5 Existen 3tipos de ciclos biogeoquímicos Interconectados entre si a) Ciclo hidrológico b) Ciclos gaseosos c) Ciclos sedimentarios

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7 Agua de la tierra Sólo el 0.4 % del total está disponible 97 % es salada (mares y océanos) 3 % es dulce 87 % está concentrada en casquetes polares glaciares agua profunda inaccesible atmósfera Porcentaje de agua (salada y dulce) terrestre 0,40% 2,60% 97% Agua salada Agua dulce no disponible. Agua dulce disponible

8 a) Evaporación Paso de las moléculas del estado líquido al gaseoso (vapor). b) Condensación Conversión de las moléculas de vapor en estado líquido. c) Precipitación Cualquier forma de humedad que se condensa en el aire y cae a la tierra. d) Transpiración Pérdida de vapor de agua de los vegetales. El agua se evapora de las células de las hojas y sale por los estomas.

9 a) Evaporación Enlaces de hidrógeno mantiene unidas a las moléculas de agua (H 2 O ) Abajo de los 0ºC los enlaces se mantienen juntos A temperaturas superiores a la de congelación pero menores a la de ebullición Resultado es el hielo Los enlaces de hidrogeno se rompen constantemente y se forma de nuevo con diferentes moléculas Si las moléculas absorben energía solar o de una fuente artificial, la energía que adquieren bastaría para separarlas y escapar a la atmósfera Agua liquida Evaporación

10 b) Condensación Las moléculas se vuelven a unir mediante enlaces de hidrógeno para formar Agua líquida o hielo. Atmósfera Niebla o bruma Si las gotas se forman Superficies frías de la vegetación Si la temperatura es inferior al punto de congelación Rocío El vapor se convierte en los cristales de hielo que forman la nieve o la escarcha

11 Un aspecto importante de la evaporación y condensación Purificación del agua Cuando el agua se evapora las moléculas se desprenden de la superficie y dejan las sales y otros contaminantes que hubieran estado suspendidos. El agua condensada está purificada (a excepción cuando arrastra contaminantes de la atmósfera). La evaporación y la condensación conforman la fuente de agua dulce de toda la tierra.

12 Métodos para purificar el agua contaminada: Sedimentación Se inmoviliza el agua para dejar que los sólidos decanten, tomando después el agua clarificada de la parte superior. El sulfato de aluminio ayuda a mejorar la sedimentación debido a que la carga positiva (+) de los iones de aluminio hace que la arcilla y otras partículas (de carga -) se aglutinen y sedimenten más rápido. Filtración Consiste en hacer pasar el agua a través de un material poroso, donde las partículas de tamaño mayor a los poros del filtro queda atrapada en este. Oxidación biológica Los materiales orgánicos (detritos y organismos) son consumidos por saprófitos y descomponedores de detritos.

13 Adsorción Ciertos materiales llamados adsorbentes, atrapan y retienen sustancias en su superficie. Si se les hace pasar por agua, retendrán algunos contaminantes. El carbón activado se utiliza para eliminar contaminantes orgánicos de agua y aire. Destilación Consiste en evaporar y condensar el agua, donde todos los materiales disueltos y suspendidos quedan en el tanque contenedor cuando el agua se evapora y por lo tanto no están presente cuando el vapor se condensa. Desinfección El agua se trata con cloro y otros productos químicos que exterminan los agentes patógenos. El ciclo natural del agua comprende todos estos métodos de purificación a excepción la desinfección.

14 1) Al asentarse en lagos, estanques y océanos, el agua queda sujeta a a la sedimentación. 2) Cuando escurre a través del suelo y rocas porosas, se filtra. 3) El suelo y el humus son buenos adsorbentes químicos 4) Cuando fluye corriente abajo por arroyos y ríos, la oxidación biológica retira los detritos. 5) Cuando el agua se evapora y condensa, se purifica. c) Precipitación Cuando el aire se eleva, hay enfriamiento y condensación y el resultado es lluvia.

15 Hay 3 circuitos principales en el ciclo: 1) Escurrimiento superficial El agua de lluvia se desplaza por el suelo y se convierte en parte del sistema de aguas superficiales

16 2) Circuito de evapotranspiración El agua se infiltra, se retiene y regresa a la atmósfera por evaporación y transpiración vegetal.

17 3) Circuito de aguas freáticas El agua se infiltra, circula por conductos acuíferos y sale por manantiales, fuentes, pozos, donde se une el agua superficial. Aguas superficiales y profundas Cuando la lluvia toca el suelo sigue 2 vías Penetra el suelo infiltración Desliza por la superficie escurrimiento pluviales

18 Escurrimiento pluviales Fluyen por la superficie Arroyos ríos Dirigen al océano o mares interiores Todo el territorio que aporta agua a determinado río recibe el nombre Todos los arroyos, estanques, ríos y otros depósitos de agua de la tierra Cuenca de tal río Aguas superficiales Agua que se infiltra Puede quedar embebida en el suelo en cantidades determinadas por la capacidad de retención de este. El suelo que no retiene el agua infiltrada donde esta agua se llama agua de gravedad (por la fuerza de gravedad). Donde tarde o temprano llegará a un estrato impermeable (roca o arcilla) donde se acumulará y llenará todas las cavidades. Este depósito acumulado recibe el nombre de manto freático.

19 Términos empleados: 1) Cantidad de agua: 2) Calidad del agua: 3) Agua dulce : 4) Agua salada : 5) Agua salobre : 6) Agua dura : 7) Agua blanda : Volumen de agua disponible para responder a la demanda. Grado al que el agua es lo bastante pura para satisfacer los requerimientos de diversos usos. Agua con una concentración de sales menor a 0.01%. Agua de océanos y mares en su mayoría, que contiene al menos 3 % de sales (30 partes por millar). Mezcla de agua dulce y salada que suele encontrarse en las desembocaduras marinas de los ríos. Agua que contiene minerales, sobre todo calcio y magnesio que no disuelven el jabón y produce escoria en calderas y calentadores. Agua casi libre de los minerales que hacen que el jabón precipite y forme incrustaciones. 8) Agua contaminada: 9) Agua purificada : Agua que contiene una o más impurezas que la hacen inadecuada para el uso deseado. Agua de la que los contaminantes se han retirado o vuelto inocuos.

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21 Ciclos gaseosos C, N, O 2 Los nutrientes circulan entre la atmósfera y los organismos. 1) Ciclo del Nitrógeno El nitrógeno, una parte esencial de los aminoácidos, es un elemento básico de la vida. Es importante Para las plantas La producción de proteínas esenciales para la vida de los animales y del ser humano. Emplean el nitrógeno en la síntesis de proteínas, ácidos nucleicos (ADN y ARN) y otras moléculas fundamentales del metabolismo. La principal reserva Es el aire que es un 78 % de N siendo uno de los elementos más abundantes de la tierra.

22 Muy pocos organismos pueden aprovechar directamente el N del aire, sino que en forma mineral como iones de amonio (NH 4 ) o de nitrato (NO 3 ) Gracias a través de bacterias (algas cianofíceas AGUA) que viven en el suelo o en las raíces de las leguminosas: Fijan el N2 del aire Transforman en compuestos aprovechables (amonio y nitratos) Las plantas lo absorben para formar proteínas en reacciones químicas muy complejas. El amonio (NH4+) y el nitrato (NO3-) lo pueden tomar las plantas por las raíces y usarlo en su metabolismo. Usan esos átomos de N para la síntesis de las proteínas y ácidos nucleicos.

23 En el metabolismo de los compuestos nitrogenados en los animales acaba formándose ión amonio que es muy tóxico y debe ser eliminado se hace en forma de: amoniaco (algunos peces y organismos acuáticos), en forma de urea (el hombre y otros mamíferos) en forma de ácido úrico (aves y otros animales de zonas secas). Estos compuestos van a la tierra o al agua de donde pueden tomarlos de nuevo las plantas o ser usados por algunas bacterias.

24 Los animales herbívoros aprovechan estas proteínas Crecimiento Formación de carne Donde los animales carnívoros aprovechan estas proteínas A través de la carne que consumen Los seres vivos al morir Son descompuestos por procesos de putrefacción Bacterias Hongos Restituyendo al medio los compuestos a base de nitrógeno para el aprovechamiento de las plantas

25 RESUMEN 1) La energía aportada por los rayos y la radiación cósmica sirven para combinar el nitrógeno y el oxígeno gaseosos en nitratos, que son arrastrados a la superficie terrestre por las precipitaciones. 2) La fijación biológica, se produce por la acción de bacterias libres fijadoras del nitrógeno; bacterias simbióticas que viven en las raíces de las plantas (leguminosas); algas azul verdosas. 3) El nitrógeno, fijado en forma de amoníaco y nitratos, es absorbido directamente por las plantas e incorporado a sus tejidos en forma de proteínas vegetales. 4) El nitrógeno recorre la cadena alimentaria desde las plantas-herbívoroscarnívoros.

26 5) Cuando las plantas y los animales mueren, los compuestos nitrogenados se descomponen produciendo amoníaco, un proceso llamado amonificación. 6)Parte de este amoníaco es recuperado por las plantas; el resto se disuelve en el agua o permanece en el suelo, donde los microorganismos lo convierten en nitratos o nitritos en un proceso llamado nitrificación. 7) Los nitratos pueden almacenarse en el humus en descomposición o desaparecer del suelo por lixiviación, siendo arrastrado a los arroyos y los lagos. 8) Otra posibilidad es convertirse en nitrógeno mediante la desnitrificación y volver a la atmósfera.

27 Descomposición: Los animales obtienen nitrógeno al ingerir vegetales, en forma de proteínas. En cada nivel trófico se libera al ambiente nitrógeno en forma de excreciones, que son utilizadas por los organismos descomponedores para realizar sus funciones vitales. Nitrificación: Es la transformación del amoniaco a nitrito, y luego a nitrato. Esto ocurre por la intervención de bacterias del género nitrosomonas, que oxidan el NH3 a NO2-. Los nitritos son oxidados a nitratos NO3- mediante bacterias del género nitrobacter. Desnitrificación: Los nitratos son reducidos a nitrógeno, el cual se incorpora nuevamente a la atmósfera, este proceso se produce por la acción catabólica de los organismos, estos viven en ambientes con escasez de oxígeno como sedimentos, suelos profundos, etc. Las bacterias utilizan los nitratos para sustituir al oxígeno como aceptor final de los electrones que se desprenden durante la respiración. De esta manera el ciclo se cierra.

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30 2 Orina (de animales) CICLO DEL NITROGENO Descomposición 1) Fijación del N 2 algas verdes -azules o relampagueo. Aminoácidos 2)Incorporación de NO 3, NO 2 y NH 3 por las plantas y que son ingeridas por los animales. 3) Descomposición y excreción los Amonificación 1 3 compuestos que contienen N 2, son Relámpago 5 convertidos en amoniaco. Desnitrificación Amoniaco N atmosférico y disuelto N 2 fijación Nitratos Nitritos Nitrificación 4 4) Y el Ion amonio nitrificados a NO 3 5) Ocurre la desnitrificación, donde el nitrógeno es liberado de nuevo a la atmósfera. Amonificación: Es el resultado de la descomposición de la materia orgánica (heces, organismos muertos) por bacterias y hongos.

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32 2) Ciclo del Carbono

33 C almacenado Agua Aire Suelo Su ciclo consiste en el movimiento de un lugar de depósito a otro. CO 2 Toman el C del CO 2 *del agua *del aire *del suelo Energía solar producen alimentos Glucosa Sacarosa Almidón celulosa Liberan O 2 al *Aire *Agua *Suelo? uegan el rol más importante Es la única entrada que tiene el C a la biosfera. (producción primaria)

34 * Biosfera libera el C como CO 2 Respiración de las plantas Respiración de los animales Quema de vegetación Descomposición de materia orgánica * Litosfera Reserva de C (combustible fósil y rocas sedimentarias) que está atrapado Liberar CO 2 por erupciones volcánicas Actividad Humana Quema de combustible (aumenta el CO 2 en la atmósfera) Masiva deforestación (disminuye la cantidad de árboles que capturen CO 2 ) Se crea un desbalance ya que la cantidad de C que entra a la biosfera debería ser la misma cantidad que sale a la atmósfera. Si no fuera por esta actividad existiría un equilibrio de C en el Ecosistema terrestre Los océanos Atmósfera

35 Océano El C entra por El C está presente como CaCO 3 CO 2 disuelto Por simple difusión (es muy soluble) reacciona con el H 2 O formando ácido carbónico. Fotosíntesis (fitoplancton) En los ecosistemas marinos Algunos organismos convierten parte del CO 2 que toman en CaCO 3 (conchas, caparazones o masas de arrecifes) Cuando mueren sus caparazones se depositan en el fondo formando rocas sedimentarias calizas Donde el C queda retirado del ciclo durante miles y millones de años y sólo volverá lentamente cuando se vayan disolviendo estas rocas sedimentarias.

36 Ciclo del carbono CO 2 en la atmósfera Combustión CO2 de la respiración Fotosíntesis Industria, trasportes calefacciones Fotosíntesis respiración Fitoplancton Materia orgánica viva zooplancton Materia orgánica viva Respiración de la descomposición Restos orgánicos Descomponedores Restos orgánicos Descomponedores Combustibles fósiles

37 2) Ciclos carbono Energía solar C es fijado por fotosíntesis en biomasas vegetales. El CO 2 se disuelve en el agua. El C se fija por fotosíntesis en la biomasa de algas y fitoplancton Respiración vegetal Fuego Alimentación De heterótrofos CO 2 en el aire Crustáceos CO 2 CO 2 Respiración celular de plantas, animales y descomponedores acuáticos y terrestres CO 2 Quema de combustibles fósiles Vulcanismo Millones de años Sedimentación de biomasa Millones de años Conversión en carbón, petróleo gas (combustibles fósiles) El carbón se fija como CaCO 3 en las conchas.

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39 Representación esquemática del ciclo de carbono inorgánico global que indica la cantidad de carbono en gigatoneladas en varios reservorios naturales, y estimados del flujo entre ellos por año. Modificado de: ORNL Integrated Assessment Briefs ORNL/M Oak Ridge National Laboratory, U.S. Department of Energy.

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42 Ciclos sedimentarios 1) Ciclo del fósforo El fósforo es el componente esencial de los organismos Su principal reserva en la naturaleza Forma parte de los ácidos nucleicos (ADN y ARN) ATP Fosfolípidos (forman parte de las membranas celulares) Huesos Dientes Es la corteza terrestre, el cual es devuelto a la atmósfera por erupciones volcánicas (cenizas) Lo cual es un nutriente que se encuentra en concentraciones muy bajas Quedando disponible para que las plantas lo puedan tomar y transferir la a los niveles superiores de la cadena

43 La productividad de la mayoría de los ecosistemas terrestres pueden aumentarse si se aumenta la cantidad de fósforo disponible en el suelo. Como los rendimientos agrícolas están también limitados por la disponibilidad de nitrógeno y potasio, los programas de fertilización incluyen estos nutrientes. El ciclo global del fósforo difiere con respecto de los del carbón, nitrógeno y azufre El fósforo no forma compuestos volátiles que le permitan pasar de los océanos a la atmósfera y desde allí retornar a tierra firme. Una vez en el mar, solo existen dos mecanismos para el reciclaje del fósforo desde el océano hacia los ecosistemas terrestres. Mediante las aves marinas que recogen el fósforo que pasa a través de las cadenas alimentarias marinas y que pueden devolverlo a la tierra firme en sus excrementos. Levantamiento geológico lento de los sedimentos del océano para formar tierra firme, un proceso medido en millones de años.

44 Medio terrestre Animales Medio marino Ciclo del fósforo Minería Fertilización Alimentación Excreción Deposiciones de las aves Plantas y cultivos Yacimientos minerales de fósforo Erosión Peces y plancton Descomponedores Afloramiento de aguas profundas Fondo marino

45 2) El azufre: Es un nutriente secundario requerido por plantas y animales para realizar diversas funciones, además el azufre está presente en prácticamente todas las proteínas Por lo que es un elemento absolutamente esencial para todos los seres vivos. El azufre circula a través de la biosfera: 1) El paso desde el suelo o bien desde el agua, a las plantas, a los animales y regresa nuevamente al suelo o al agua. 2) Algunos de los compuestos sulfúricos presentes en la tierra son llevados al mar por los ríos. 3) Este azufre es devuelto a la tierra por un mecanismo que consiste en convertirlo en compuestos gaseosos tales como el ácido sulfhídrico (H 2 S) y el dióxido de azufre (SO 2 ). 4) Estos penetran en la atmósfera y vuelven a tierra firme. 5) Generalmente son lavados por las lluvias, aunque parte del dióxido de azufre puede ser directamente absorbido por las plantas desde la atmósfera.

46 Las bacterias desempeñan un papel crucial en el reciclaje del azufre: Cuando está presente en el aire, la descomposición de los compuestos del azufre (incluyendo la descomposición de las proteínas) produce sulfato (SO4=). Bajo condiciones anaeróbicas, el ácido sulfurico (gas de olor a huevos en putrefacción) y el sulfuro de dimetilo (CH3SCH3) son los productos principales. Llegan a la atmósfera, son oxidados y se convierten en bióxido de azufre. La oxidación posterior del bióxido de azufre y su disolución en el agua de lluvia produce 1.ácido sulfhídrico 2.sulfatos, formas principalmente bajo las cuales regresa el azufre a los ecosistemas terrestres.

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48 El carbón mineral y el petróleo contienen también azufre y su combustión libera bióxido de azufre a la atmósfera. RESUMEN 1) El azufre, como sulfato, es aprovechado e incorporado por los vegetales para realizar sus funciones vitales. 2) Los consumidores primarios adquieren el azufre cuando se alimentan de estas plantas. 3) El azufre puede llegar a la atmósfera como sulfuro de hidrógeno (H 2 S) o dióxido de azufre (SO 2 ), ambos gases provenientes de volcanes activos y por la descomposición de la materia orgánica. 4) Cuando en la atmósfera se combinan compuestos del azufre con el agua, se forma ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ) y al precipitarse lo hace como lluvia ácida.

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