Ciclos Biogeoquímicos

Transcripción

1 Facultad de Ciencias Universidad de Chile Ciclos Biogeoquímicos Ariel Valdés Barrera Biólogo Ambiental (c) Licenciado en Ciencias Ambientales Universidad de Chile 1

2 Ciclo Proviene del latín cyclus que significa círculo. Período de tiempo que una vez terminado vuelve a comenzar. Conjunto de una serie de operaciones o fenómenos que se repite ordenadamente. 2

3 Ciclos Biogeoquímicos Del latín bio = vida y geo = tierra. Corresponde a la serie de procesos a través de los cuales se transportan y transforman los nutrientes en el sistema Tierra. Interactúan los componentes de la distintas esferas de nuestro planeta (Geósfera, Hidrósfera, Atmósfera, Biósfera). 3

4 Ciclos Biogeoquímicos El ciclaje permite que los nutrientes estén disponibles para los seres vivos. El ciclaje de lo nutrientes inicia gracias a la energía proveniente del sol. La intensidad con la que los elementos son ciclados se correlaciona con la abundancia en la materia orgánica. Los macronutrientes se ciclan con una mayor intensidad que los micronutrientes. 4

5 Ciclos Biogeoquímicos Por su condición de macro nutrientes los ciclos más estudiados y mejor representados son los del C, N, S, P y H 2 O. El ciclaje de lo nutrientes se tratan de manera individual, sin embargo, están interconectados. 5

6 Estudio de los Ciclos Biogeoquímicos Su estudio requiere reconocer las distintas formas en las que se presentan los nutrientes en el planeta. Además de identificar los reservorios de cada nutrientes, los flujos y procesos involucrados. A partir de esta información se construyen modelos que facilitan su comprensión. 6

7 Flujo 4 Estudio de los Ciclos Biogeoquímicos Reservorio: Depósito de un elemento. Flujo: Movimiento de un elemento entre reservorios. Modelo: Esquema teórico de un sistema o realidad compleja. Reservorio A Flujo 1 Reservorio B Flujo 2 Flujo 3 Reservorio C 7

8 Estudio de los Ciclos Biogeoquímicos Los procesos realizados al interior de cada ecosistema y sus componentes determina la magnitud de los flujos. Los procesos pueden ser físicos, químicos y biológicos. Existen procesos de ganancia, pérdida y retención: - Ganancia: Absorción, fijación, asimilación. - Pérdida: Meteorización, drenaje, descomposición, excreción. - Retención: Crecimiento, mantenimiento. 8

9 Ciclo del Carbono 9

10 Ciclo del Carbono El C forma parte estructural de todas las moléculas orgánicas. Se encuentra de forma inorgánica como CO 2, CaCO 3 principalmente. El ciclaje del C se asocia a la transferencia de energía química en la biósfera. El ciclo del C puede separarse en 2 fases: geológica y biológica. 10

11 Ciclo del Carbono La fase geológica ocurre en una escala de millones de años. Los flujos en la fase geológica ocurren debido a procesos físicos con gran influencia climática. La fase biológica ocurre en una escala de días a miles de años. El movimiento de C en esta fase es 1000 veces superior que en la fase geológica. Los flujos en la fase biológica se deben principalmente a los procesos de fotosíntesis, respiración y descomposición. 11

12 Ciclo del Carbono a. Ciclo del C en ecosistemas terrestres CO 2 Fuente: NASA Earth Science Enterprise 12

13 Ciclo del Carbono a. Ciclo del C en ecosistemas terrestres CO 2 Materia Orgánica Fuente: NASA Earth Science Enterprise 13

14 Ciclo del Carbono a. Ciclo del C en ecosistemas terrestres Materia Orgánica Muerta Fuente: NASA Earth Science Enterprise 14

15 Ciclo del Carbono a. Ciclo del C en ecosistemas terrestres CO 2 CH4 Carbón, Petróleo, Gases, Turba Fuente: NASA Earth Science Enterprise 15

16 Ciclo del Carbono a. Ciclo del C en ecosistemas terrestres CO 2 CO Fuente: NASA Earth Science Enterprise 16

17 Ciclo del Carbono a. Ciclo del C en ecosistemas terrestres b. Ciclo del C en lose ecosistemas marinos CO 2 Fuente: NASA Earth Science Enterprise 17

18 Ciclo del Carbono a. Ciclo del C en ecosistemas terrestres b. Ciclo del C en lose ecosistemas marinos CO 2 Materia Orgánica Fuente: NASA Earth Science Enterprise 18

19 Ciclo del Carbono a. Ciclo del C en ecosistemas terrestres b. Ciclo del C en lose ecosistemas marinos CO 2 H 2 CO 3 Materia Orgánica Fuente: NASA Earth Science Enterprise 19

20 Ciclo del Carbono a. Ciclo del C en ecosistemas terrestres b. Ciclo del C en lose ecosistemas marinos CaCO 3 Fuente: NASA Earth Science Enterprise 20

21 Ciclo del Carbono a. Ciclo del C en ecosistemas terrestres b. Ciclo del C en lose ecosistemas marinos Arcillas Fuente: NASA Earth Science Enterprise 21

22 Ciclo del Carbono c. Esquema del ciclo global del carbono Fuente: NASA Earth Science Enterprise 22

23 Principales reservorios del carbono Reservorios Contenido de C (Gt) Atmósfera 720 Biósfera Depósitos fósiles Océanos Litosfera Total Fuente: Falkowski et al Sometidos a constantes cambios producto de la actividad humana 23

24 Contenido de biomasa 24

25 Suelo Atmósfera Balance de C en ecosistemas terrestres El balance entre los flujos de C en un ecosistema nos da cuenta de la cantidad de C que se almacena. Respiración CO 2 Productividad Primaria (Fotosíntesis) Descomposición C orgánico en el detrito y suelo Procesos realizados por la vegetación Procesos realizados por microorganismos Valdés-Barrera 25

26 Balance de C en ecosistemas terrestres Usualmente el balance de C se expresa como Productividad Ecosistémica Neta (PEN). PEN = PPB R eco ó PEN = PPN - R het PPB: Productividad primaria bruta R eco : Respiración del ecosistema PPN: Productividad primaria neta R het : Respiración heterótrofa 26

27 Balance de C en ecosistemas terrestres Luyssaert et al

28 Balance de C en ecosistemas terrestres Bonan

29 Alteraciones del ciclo del carbono La actividad humana ha generado serias alteraciones en el ciclo del carbono debido a la tala indiscriminada, cambio de uso de suelo y uso de combustibles fósiles. La tala y el cambio de uso de suelo han generado la pérdida de grandes superficies de vegetación, reduciendo la captura del CO 2 atmosférico. 29

30 Alteraciones del ciclo del carbono También se ha producido un aumento de la descomposición, respiración y pérdida de carbono orgánico por drenaje. El uso de combustibles fósiles ha generado un aumento exponencial de la emisiones de CO 2 a la atmósfera ( ton C/año). El CO 2 es un gas de efecto invernadero por lo que su incremento en la atmósfera genera el aumento de la temperatura del planeta. 30

31 Alteraciones del ciclo del carbono Houghton & Goodale

32 Ciclo del Nitrógeno 32

33 Ciclo del Nitrógeno El N es el componente fundamental de los aminoácidos y proteínas. El 79% del N se encuentra en la atmósfera en forma de N 2. Para ser utilizado debe convertirse en otras formas químicas más reactivas (NO 3 y NO 2 ). El proceso de fijación del N 2 mucha energía. requiere de 33

34 Ciclo del Nitrógeno El 90% de N es fijado por actividad biológica. Los principales organismos fijadores de N son: - Bacterias simbióticas con leguminosas (Rhizobium). - Bacterias de vida libre (Azotobacter y Clostridium). - Cianobacterias. El N fijado en NH 3 y NO 3 es absorbido por las plantas y utilizado para la producción de materia orgánica. 34

35 Ciclo del Nitrógeno Los procesos de amonificación, nitrificación y desnitrificación también son realizados por microorganismos. - Nitrificación : Bacterias Nitrosomonas y Nitrobacter. - Desnitrificación : Bacterias Pseudomonas. 35

36 Ciclo del Nitrógeno d. Esquema del ciclo del Nitrógeno en ecosistemas terrestres Fuente: Environmental Protection Agency 36

37 Ciclo del Nitrógeno e. Esquema del ciclo del Nitrógeno en ecosistemas terrestres Fijación no biológica Introducción a las Ciencias Fuente: Ambientales Rothamsted Research 37

38 Ciclo del Nitrógeno f. Esquema del ciclo del Nitrógeno en ecosistemas marinos Introducción a las Ciencias Fuente: Ambientales Cartal et al (Nature Magazine) 38

39 Ciclo del Nitrógeno Variación sucesional del nitrógeno en los ecosistemas 39

40 Principales reservorios de nitrógeno 40

41 Alteraciones del ciclo del nitrógeno El se humano ha generado una aumento significativo del N disponible (al año 1995 alcanzó 140 ton N r/año). Principalmente debido a la producción masiva de fertilizantes artificiales Los fertilizantes artificiales se pierden fácilmente por escorrentía produciendo un aumento de NH 3 y NO 3 en los océanos y cuerpos de agua continentales. Se favorece la eutroficación de los cuerpos de agua. 41

42 Alteraciones del ciclo del nitrógeno Por otra parte, la quema de combustibles fósiles libera óxidos de nitrógeno (N 2 O y NO). Estos gases en la atmósfera destruyen la capa de ozono. 42

43 Alteraciones del ciclo del nitrógeno Fuente: Galloway et al

44 Alteraciones del ciclo del nitrógeno 44