Ciclos de los materiales
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- Pedro Moreno Arroyo
- hace 6 años
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1 Ciclos de los materiales
2 Definiciones Ciclo: Secuencia de cambios que, una vez completados, produce un estado final idéntico al original. Material: Sustancia(s) de la(s) cual(es) esta compuesto un objeto. Sustancia: Materia cuya composición química es conocida. Elemento: una de las 116 sustancias conocidas que no pueden separarse en sustancias mas simples mediante métodos químicos
3 Principales elementos en la biósfera Los tres principales (99.47%) Hidrógeno 47.74% Carbono 24.90% Oxígeno 24.93% carbohidratos = CH 2 O celulosa, almidón, etc. Otros minerales Nitrógeno 0.272% Calcio 0.072% Potasio 0.044% Silicio 0.033% Magnesio 0.031% Azufre 0.017% Aluminio 0.016% Fósforo 0.013% Cloro 0.011% Sodio 0.006% Hierro 0.005% Manganeso 0.003%
4 Macronutrientes minerales en las plantas Elemento Concentración (s/peso seco) Forma absorción Función N, P, K Nitrógeno (N) Fósforo (P) Potasio (K) 1-4% 0,1-0,8% 0,5-6% NO 3- (o NH 4+ ) H 2 PO 4 - o HPO 4 2- K + Componente de aminoácidos, proteínas, nucleótidos, ácidos nucleicos, clorofila y coenzimas Componente de los compuestos de fosfato que llevan energía (ATP y ADP), fosfolípidos, ácidos nucleicos y varias coenzimas esenciales Involucrado en el mantenimiento del potencial hídrico y, por lo tanto, en la apertura y cierre de los estomas; importante en el mantenimiento del balance iónico; activador de muchas enzimas. Involucrado también en el movimiento de las plantas Calcio (Ca) 0,2-3,5% Ca 2+ Componente de las paredes celulares; cofactor enzimático; involucrado en la permeabilidad de la membrana celular y en el transporte de iones y hormonas. Importante como segundo mensajero Magnesio (Mg) 0,1-0,8% Mg 2+ Parte de la molécula de clorofila; activador de numerosas enzimas Azufre (S) 0,05-1% SO 4 2- Componente de algunos aminoácidos, proteínas y coenzima A
5 casi todos los nutrientes se absorben como iones... y aun a favor de gradiente requieren canales o transportadores
6 Ciclos biogeoquímicos Reservorios (limitados) vinculados a través de flujos. Que un compartimento represente la mayor cantidad almacenada no significa necesariamente que constituya la porción más activa. Procesos asimiladores y desasimiladores
7 La velocidad del ciclado depende de la tasa de absorción y de la de descomposición Disponibilidad de nitrógeno en los tres compartimentos Tundra de la materia orgánica Prado Taiga Bosque caducifolio Suelo Sobre el Suelo Raices Sabana Bosque ecuatorial Swift et al. 1979
8 Ciclos gaseosos y globales N, C, O, H 2 O Ciclos sedimentarios y locales P, S, Ca, K Figura 2. Esquema idealizado de los dos tipos de ciclos biogeoquímicos: (A) ciclos globales del C, N, O e H; (B) ciclos locales del P, S, K, Ca y elementos traza.
9 Ciclo del carbono Valores expresados en Gigatoneladas (1x10 12 kilos) Curtis y Barnes, 1995
10 atmósfera Biomasa vegetal y animal Detritos y materia orgánica del suelo Ecosistemas terrestres Ecosistemas acuáticos Smith y Smith, 2001
11 Ciclo gaseoso: el ciclo del nitrógeno NH 4 Ó NH 3 2NH O 2 2 NO H + + 2H 2 O NO 2- + O 2 2 NO 3 - Amonificación Nitrificación Desnitrificación Fijación biológica Asimilación. Curtis y Barnes, 1995
12 Ciclo Global del Nitrógeno Fijación por relámpagos < 3 Atmósfera Actividades humanas 100 Plantas Fijación biológica 140 Denitrificación <200 Denitrificación 110 N-orgánico del suelo Unidades = g N/año 1200 Reciclado in situ Escorrentía 36 Fijación biológica Agua subterránea 8000 Reciclado Océanos Schlesinger 1997 Enterrado permanente 10
13 ATMOSFERA Volatilización 0.55 Denitrificación 0.0 SOLUCION DEL SUELO 4.22 Fijación 0.0 amonio: 3.10 nitrato: 1.12 Precipitación2. 05 Mineralización Absorción MATERIA ORGANICA RAICES Translocación VASTAGOS 1.09 BROZA 0.06 Consumo 6.01 Descomposición Absición 1.65 Descomposición 1.45 VACUNOS 1.79 Exportación Excreción 4.26 Figura 4. Ciclo el N en un pastizal de la depresión del Salado, según estimaciones de Chaneton et.al. (1993). Variables de estado en g m -2, variables de flujo en mg m -2 día -1.
14 Tilman et al. 2001
15 Ciclo sedimentario: el ciclo del fósforo Curtis y Barnes, 1995
16 Atmósfera Precipitación Ciclo Global del Agua Hielo Aguas de suelos Evapotranspiración Evaporación Escorrentía Precipitación Agua subterránea Océanos Unidades km 3 y km 3 /año PPT = Ev + Tr.+ Dr. + Esc. + Sue. + Veg. Schlesinger 1997 Biogeochemistry of Global Change
17 Ciclos gaseosos y globales N, C, O, H 2 O Ciclos sedimentarios y locales P, S, Ca, K Figura 2. Esquema idealizado de los dos tipos de ciclos biogeoquímicos: (A) ciclos globales del C, N, O e H; (B) ciclos locales del P, S, K, Ca y elementos traza.
18 Perturbaciones Nutrientes en general: Deforestación. Fósforo (principalmente): Eutroficación Nitrógeno: Acidificación y Lluvia ácida Carbono: Efecto Invernadero
19 Figura 7. Magnificación biológica a lo largo de una cadena trófica acuática para el caso de un insecticida órgano-clorado (DDT). o
20 Efecto Invernadero Causa: aumento en concentración de gases con efecto invernadero (CO 2, NO x, CH 4 etc.) a partir de la quema de combustibles fósiles, del cambio en el uso de la tierra etc. Acción: Estos gases absorben radiación infrarroja y contribuyen al aumento de la temperatura. Consecuencia: Aumento en la temperatura, cambios en la tasa de fotosíntesis, cambios en la distribución y abundancia de plantas y herbívoros etc. Ejemplos: Principalmente el marcado aumento de la temperatura experimentado en los últimos 30 años. Sin embargo estas conclusiones deben tomarse con precaución debido al alto grado de incerteza producto del escaso período de análisis.
21 Deforestación Causa: tala de árboles en sistemas boscosos/selváticos. Acción: al eliminarse el componente vegetal del sistema disminuye la transpiración y se desacopla la oferta y demanda de nutrientes. Consecuencias: Aumento en la pérdida de nutrientes en comparación con la cuenca intacta. Ejemplos: Pérdidas de Nitrógeno 60 veces mayor que la situación de referencia, Potasio 14 veces, Calcio 7, Sodio 2.5 veces. Cambios de díficil reversión debido a la magnitud de las pérdidas en relación con las tasas de ingreso de materiales (meteorización principalmente)
22 Deforestación
23 Eutroficación Causa: aumento en la disponibilidad de nutrientes en ecosistemas acuaticos. Acción: al ingresar deshechos urbanos o efluyentes agrícolas aumenta la concentracion de nutrientes en sistemas acuaticos. Consecuencias: Aumento en la productividad de primaria y por ende de detritos. Al ser utilizados por los descomponedores se reduce la concentracion de Oxigeno pudiendo llegar a la anaerobiosis total. Ejemplos: Muerte de poblaciones enteras de peces. Especialmente en lagos poco profundos, en invierno lagos de EEUU)
24 Acidificación y Lluvia Acida Causa: aumento en la liberación a la atmósfera de óxidos de Azufre y de Nitrógeno producto de la quema de combustibles fósiles. Acción: Al combinarse con el agua de lluvia forman ácidos fuertes acidificándola (ph 4 o menos). Consecuencias: Cambios en la disponibilidad de nutrientes (aumento de elementos tóxicos como el aluminio). Aumentos en la lixiviación de elementos (N). Daños a las membranas celulares y a microorganismos del suelo (e.j. micorrizas). En ambientes acuáticos afectan la osmorregulación y la actividad enzimática. Disminucion de la diversidad Ejemplos: Pesca del salmón en los ríos de Canadá, km 2 de lagos sin peces en Noruega etc.
25 Los rendimientos son altamente dependientes de la oferta de nutrientes Evans, 1980
26 Ricklefs, 1998
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