Clase 3 Diplomado Quimica Ambiental UdeC
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Grupo de Química Ambiental y ComputacionalGrupo de Química Ambiental y ComputacionalUniversidad de CartagenaUniversidad de Cartagena
Principios Básicos de Química Ambiental
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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
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Es un lugar determinado en la naturaleza donde conviven y se relacionan mutuamente comunidades
humanas, vegetales, animales, microorganismos y su medio no viviente.
ECOSISTEMA
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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
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Ciclos BiogeoquímicosCiclos Biogeoquímicos
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Ciclos de materia
A tm ós fe ra
B iós fe raA ntrós fe ra
G eós fe ra H idrós fe ra
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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 -
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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
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El Ciclo Hidrológico
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Transferencia de Masa y Energía en los Ecosistemas
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Flujos de materia y energía. Cadena Trófica
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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
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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
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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.
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Bacterias especializadas son fundamentales en el Ciclo del Nitrógeno
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Gaseous N2
Water
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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
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Nitrite
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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.
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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
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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
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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
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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
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Transformaciones biogeoquímicas del Azufre
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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)