Clase 3 Diplomado Quimica Ambiental UdeC

Grupo de Química Ambiental y ComputacionalGrupo de Química Ambiental y ComputacionalUniversidad de CartagenaUniversidad de Cartagena

Principios Básicos de Química Ambiental


Un sistema formado por individuos de muchas especies, en el seno de un ambiente de características definidas e implicado un proceso dinámico e incesante de interacción, ajuste y regulación, expresable bien como una consecuencia de nacimientos y muertes, bien como intercambio de materia y energía, uno de cuyos resultados es la evolución a nivel de especie y la sucesión a nivel de sistema completo.

ECOSISTEMA


Es un lugar determinado en la naturaleza donde conviven y se relacionan mutuamente comunidades

humanas, vegetales, animales, microorganismos y su medio no viviente.

ECOSISTEMA


El termino ecosistema fue introducido por el ecólogo inglés Arthur George Tansley en 1935, quien lo define

como la unidad fundamental ecológica, constituida por la interrelación de una biocenosis y un biotopo. Es

decir, un ecosistema está constituido por un medio físico (el biotopo, hábitat o ambiente), sus pobladores (la biocenosis o conjunto de seres vivos de distintas

especies o población) y las interrelaciones entre ambos, todos ellos formando una unidad en equilibrio

dinámico.

ECOSISTEMA


Ciclos BiogeoquímicosCiclos Biogeoquímicos


Ciclos de materia

A tm ós fe ra

B iós fe raA ntrós fe ra

G eós fe ra H idrós fe ra


Intercambio de materiales en el medio ambiente

de

a

Atmósfera Hidrósfera Biósfera Geósfera Antrósfera

Atmósfera - H2O O2H2S,

particulasSO2, CO2

Hidrósfera H2O - {CH2O} Minerales disueltos

Contami-nantes

Biósfera O2, CO2 H2O - Mineral nutrientes

Fertilizantes

Geósfera H2O H2O Materia Orgánica

- Residuos Peligrosos

Antrósfera O2, N2 H2O Alimentos Minerales -


Transformaciones de energía–Transformaciones acopladas

Oxidación (Liberación de energía) Reducción (Utilización de Energía)

–Los elementos ocurren en compuestos con alta y baja energía.

Principales reservoriosMecanismos de TransferenciaDisrupción por actividades antropogénicas.

Ciclos Biogeoquímicos


El Ciclo Hidrológico


Transferencia de Masa y Energía en los Ecosistemas


Flujos de materia y energía. Cadena Trófica




Carbono

Principal Reservorio = Combustibles Fósiles/Sedimentos Reservorio secundario = Atmósfera – Océanos. Mecanismos de Transferencia (BIO-QUI)

– Fotosíntesis y respiración

– Equilibrio Químico: Agua-atmósfera / aguaIntercambio de Dióxido de Carbono Acido carbónico / Bicarbonato - Carbonato Carbonato / Carbonato de Calcio

–Fermentación


Ciclo de Carbóno

CO2 en la atmósfera

Hidrocarburos orgánicos fijados {CH2O}, carbón xenobiótico

Carbón inorgánico solubleHCO3

-

Carbón inorgánico insoluble CaCO3 y CaMg(CO3)2

Hidrocarburos orgánicos fijados CxHx y Kerogen

XenobióticosProcesos biogeoquímicos

Biodegradación

Fotosíntesis

Disolución con CO2 disuleto

Precipitación química e Incorporación de carbón mineral

en organismos





NITROGENO Principal Reservorio: Atmósfera: 79% N2

Mecanismos de Transferencia (BIO)– Fijación por Rhizobium, Aztobacter y algas verde azuladas.

– Amonificación (hidrólisis de proteínas)

– Nitrificación Amonio a Nitrito por Nitrosomas and Nitrosococcus Nitrito a Nitrato por Nitrobacter and Nitrococcus

– Denitrificación por Pseudomonas

– Una vez asimilado existe movimiento trófico.Ausencia en rocas y sedimentos. Disponibilidad limitada en

sistemas oceánicos. En Biología: Los AA. Los Nitratos son

Solubles en agua dulce y absorbidos por las plantas.


Bacterias especializadas son fundamentales en el Ciclo del Nitrógeno


Gaseous N2

Water


Ciclo del Nitrógeno

AtmósferaN2 N2O,

trazas de NO, NO2, HNO3, NH4NO3

Hidrósfera y GeósferaNO3

-, NH4+ disuelto,

organicamente fijado N en biomasa muerta y combustibles fósiles

AntrósferaNH3, HNO3, NO, NO2 Nitratos

inorganicos,Componentes organonitrogenos

BiósferaNitrógeno fijado biológiamente NH2

en proteinas

Emisión de contaminantes NO, NO2

NH4+, NO3

- dusuelto de precipitación

Fijación de N2 molecular como nitrógeno de amino

Evolución de N2, NO, NO2

Por microorganismos

Fertilizante NO3-

NO3-, NH4

+

a base de descomposicón

Nitratos explotados


Nitrite



El Agua

Principal reservorio = Océanos (97%)Mecanismos de transferencia

–Evaporación y precipitación En los oceános: Evaporación > Precipitación.

En los continentes: Precipitación > Evaporación + Transpiración

–Vientos y escorrentíasTiempo de Residencia

–Atmósfera: 2 semanas–Forma líquida en la superficie terrestre: 2,800 años.


Principales Reservorios

Sedimentos oceánicos, Depósitos geológicos. Mecanismos de Transferencia

– Movimientos continentales. Erosión de rocas

– Disolución de fosfatos en agua. Asimilación (plantas y animales) del fosfato disuelto.

– Transferencia trófica. Precipitados. Sedimentación.

Esencial

–Acidos nucleicos, Membranas, Sistemas de Transferencia

–de energía. Esqueletos y dientes. Limita la productividad. Disponible a pH 6-7

Fósforo


Ciclo del Fósforo

Fosfatos inorgánicos solubles Como HPO4

2-, H2PO4- y polifosfatos

Fosfato, biológico, orgánico e inorgánico en sedimentos

Fosfato inorgánico insoluble, como Ca5(OH)(PO4)3

Escurrimientos de fertilizantes agua residuales

Organofosfato xenobiótico

Biodegradación

Disolución

Precipitación


Azufre: Muchas especies Principales Reservorios: Atmósfera y depósitos geológicos.

Sulfuro de Hierro II (FeS) en carbón y petróleo. Residuos de minas ácidas Lluvia ácida

Mecanismos de Transferencia: – Biológicos–Geológicos –Químicos


Ciclo de AzufreAzufre Atmosférico SO2 , H2S,

H2SO4(aq), CS2, (CH3)2S

Azufre elemental, S

Azufre xenobiótico Azufre producido de maneraMicrobiológico grupos de –SH y R-S-R

Biodegradación

Asimilación por organismos

Azufre inorgánico soluble e insoluble SO4

2-

Azufre biológico, incluyendoGrupos de -SH

Sulfuros como H2S y sulfuros de metales FeSDescomposición

Metabolización microbiana

Oxidación de S

Oxidación de H2S

Reducción de Sulfatos Oxidación de

Sulfuros

Intercambio de azufre atmosférico con otros esferas ambientales


Transformaciones biogeoquímicas del Azufre


Los organismos Quimioautótrofos utilizan CO2 como fuente de carbono, pero fuentes diversas para energía!

Oxidación Aeróbica de:– Metano (Methanosomonas, Methylomonas)– Hidrógeno (Hydrogenomonas, Micrococcus)– Amonio (Nitrosomonas, Nitrosococcus)– Nitritos (Nitrobacter, Nitrococcus)– Sulfuro de hidrógeno, asufre, sulfito (Thiobacillus)– Sales de hierro (Ferrobacillus, Gallionella)

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