Ciclos de los bioelementos primordiales C, N, S y P.

Ciclos de los bioelementos primordiales C, N, S y P

Ciclo básico del carbono en biología

CH O2CO2 ( )

Los Elementos y Moléculas de la VidaLosada, Vargas, Florencio y De la Rosa (1998-9)Editorial Rueda, Madrid

+ 5,0

OC H HC +O O+ O( ( (( () ) )) )g l aq g

+ 5,0 eV

+ 4,9

+ 4,9 eV

(- 0 ,1)

+ 0,1 eV

G

G

H

H

0

0

2 2 22

0

0

0

0

=

=

-

-

-

T

T

4 e

S

S

(eV m olec )-1

'

'

'

'

'

'

Fotosíntesis de carbohidratos


G H0 0 0- T S

- 5 ,0

O C HHC + O O+O ( ((( ( ) ))) ) g laq g

- 5 ,0 eV

- 4 ,9

- 4 ,9 eV

0 ,1

- 0 ,1 eV

2 222

= -

4 e

(eV m olec )-1

' ' '

Respiración de carbohidratos

G H0 0 0= - T S' ' '


CC C 2 C H H H HO O2 3 26 2+

+

O 2( ) ferm entac ión

ferm entac iónm ostode uvas a lcoho l ác ido

carbón ico

Primera formulación de una reacción bioquímica

Lavoisier, 1789


N 2NO3-

NO 2-

NO 2-

NH 4+ aa

Ciclo básico del nitrógeno en biología


R-SH

S

-

-

SO42

2

H S2

SO 3

Ciclo básico del azufre en biología


PO ~

H PO HO H

H

H

O

O

H O HO H

2 2

2

2

2

2b a

23

4

-

-- +

+

+

2-

2-

Ciclo básico del fósforo en biología


Biosfera y medio ambiente

Problema Fuente (agente) Efectos

Efecto invernadero CO2, CO, CH4, H2O (vapor), CFC, etc.

Calentamiento global y efectos asociados

Lluvia ácida SO2, NOx, CO2, dimetilsulfóxido (oxidado)

Acidificación de ríos y lagos, solubilización de rocas y minerales, destrucción de la vegetación

Agujero de ozono Cloro atómico (derivado de los CFCs), cloruro de metilo y otros

Enfermedades de la piel, sobre todo del cáncer

Smog fotoquímico CO y NOx de los tubos de escapes, e hidrocarburos (terpenos)

Afecciones respiratorias

Radiactividad Centrales nucleares (emisión de isótopos radiactivos)

Mutaciones (cáncer)

Problemas globales

The Milankovitch ModelThe orbital hypothesis of climatic change

Three astronomical factors have a major influence on the long-term climate on Earth

The first factor lies in the shape of the Earth’s orbit, measured by a parameter called “eccentricity”, which varies between near circularity and slight ellipticity over a period of ca. 100 000 years.

The second factor is the tilt of the Earth’s axis of rotation, called “obliquity” (the origin of seasons), which varies between 22 and 25 degrees over a period of ca. 41 000 years.



The third factor is called “climatic precession”: a measure of the position of summer and winter solstices relatives to the shortest (perihelion) or longest (aphelion) distances from the Earth to the Sun.



The present models show that according to the astronomical data, we are at the beginning of an unusually long interglacial period, which started about 6 000 years ago and should last for about 50 000 years.

Such a length is really exceptional over the recent geological past, and there is also a probability that the magnitude of warming could be greater if the build-up of high CO2 levels in the atmosphere continues due to man’s uncontrolled activities.

The present CO2 concentration (370 ppm) is already well above the values characterising the last 40 000 years, during which CO2 varied between 200 ppm (during glacial) and 280 ppm (during interglacial).

Long-term climatic change

ESF Communications (2002), No 44

Carbon dioxide from fossil fuels

The carbon record. Past and present

NASA/Goddard Space Flight Center Scientific Visualization Studio

luz visible

superficie terrestre

atmósfera

EFECTO INVERNADERO

radiación infrarroja

Las Fronteras del ConocimientoMiguel A. de la Rosa (1996)Addison Wesley, Wilmington, Delaware, USA

DOE Center for Research on Ocean Carbon Sequestration

The MIT Laboratory for Energy and the Environment

The Sleipner CO2 Injection Project

DOE Center for Research on Ocean Carbon Sequestration

The color of life. The colors of the world


The relatively clear, pigment-poor waters of the Mediterranean contrast sharply with the plankton-rich Atlantic waters of northwest Spain (upper left)

Ocean Color From Space

Dramatic changes in the Sun's atmosphere from solar minimum in 1996 to solar maximum in 1999


Thirty-one hours after the initial flare and Coronal Mass Ejection (an eruption of electrified gas, called plasma, from the Sun), the Earth was at the height of an intense geomagnetic storm


Methane is second only to carbon dioxide in contributing to global warming. It comes from ordinary sources, like cattle herds and garbage dumps.


Metano.mov

Carbon dioxide, methane, ozone in the troposphere, black carbon soot, aerosols, nitrous oxide, and several types of halocarbons all contribute to climate change.

While carbon dioxide is may be the biggest single factor in overall global warming, reduction of the other contributing gasses may have the potential of greater climate change mitigation.

Walther et al. (2002) Nature 416, 389 - 395

Spatial variability of annual trends in temperature since 1976 relative to 1961 to 1990 normals

Spatial variability of annual trends in precipitation since 1976 relative to 1961 to 1990 normals


Anomalies of different phenological phases in Germany correlate well with anomalies of mean spring air temperature (T) and North Atlantic

Oscillation (NAO) index


Vegetation shift from indigenous deciduous to exotic evergreen broad-leaved vegetation in southern Switzerland



Efecto invernadero

W.A. Nirenberg (La Jolla, California): La incertidumbre presente es tal que un retraso en la toma de decisiones es la política correcta

O2<200 nm +

O O

luz

O2

+O O3

O2200-290 nm +

O

luz

O3

1

2

3


The ozone hole

The ozone hole

ozone_oct_99.mov


Ozone in the northern and southern hemisphere as measured by Earth Probe TOMS on April 1, 2001


Ozone in the northern and southern hemisphere as measured by Earth Probe TOMS on October 1, 2001

Agujero de ozono

Real Academia Sueca de Ciencias (acta de concesión del Premio Nobel, 1995): Los tres investigadores (Molina, Sherwood y Roland) han contribuido a que nos salvemos de un problema ambiental que podría haber tenido consecuencias catastróficas


Compuesto Producción (miles de toneladas al año)

Fuente

Clorofluorocarbonos (CFCs, freón)

1.500

Industria (frigoríficos,

aerosoles, solventes, etc.)

Cloruro de metilo (CH3Cl)

5.000 – 10.000

Algas marinas, combustión de la vegetación

Cloruro de metilo (CH3Cl)

26

Industria

Metanos bromados (CH3Br, CH2Br2, CHBr3)

150

Industria

Yoduro de metilo (CH3I)

1.000

Algas marinas

Producción de compuestos halogenados

Contaminante Fuente Efecto

Dióxido de azufre (SO2) Quemamiento de combustibles fósiles

Enfermedades respiratorias, lluvia ácida, liberación de aluminio

Äcido fluorhídrico (HF) Fábricas de vidrio Destrucción de pastizales y pinares, entre otros

Ácido sulfhídrico (H2S), amoniaco (NH3), metano (CH4)

Actividad bacteriana Envenenamiento

Óxidos de nitrógeno (NOx) Quemamiento de combustibles y de vegetación

Smog fotoquímico

Tetraetil-plomo [Pb(CH3) 4] Combustión de petróleo Destrucción de vegetación en zonas próximas a los sistemas de transporte

Polvo y humo (con metales pesados)

Industria, tráfico Enfermedades respiratorias, intoxicación por metales pesados

Contaminación atmosférica (local y regional)

Contaminación acuática

Fuente Naturaleza Efecto

Aguas residuales domésticas

Excrementos, detergentes, jabón, papel

Infecciones intestinales y de piel

Efluentes industriales Materia orgánica oxidable, espumas, metales pesados

Toxicidad para plantas y animales; deoxigenación de ríos, lagos y estuarios; muerte de peces y vegetación

Efluentes de la agricultura y de la crianza de ganado

Estiércol, fertilizantes (nitrato y fosfato), insecticidas, pesticidas, herbicidas, etc.

Toxicidad para peces y vegetación, eutrofización

Transporte de petróleo (en el mar)

Hidrocarburos pesados “Mareas negras”, muerte de pájaros y animales marinos

Almacenamiento de residuos tóxicos y radiactivos

Variable Riesgos de toxicidad y radiactividad a niveles peligrosos

Contaminación de los suelos

Fuente

Naturaleza

Efecto

Fungicidas, herbicidas, pesticidas e insecticidas

Compuestos especialmente clorados y fosforilados

Envenenamiento y deficiencias en animales (p.e., ausencia de huevos, cáscaras de los huevos demasiado finas, embriones muertos, etc.)

Basura doméstica e industrial

Variable, incluyendo metales traza

Limitaciones en las cosechas

Biografía del planeta Tierra

James Lovelock (Las edades de Gaia, 1993): La Tierra es capaz de superar su estado actual enfermizo de la única manera posible: la quirúrgica, esto es, eliminando la causa que ocasiona su enfermedad


CO , H O2 2

CO + H O2 2

(CH O)2

(CH O)2

~PO3-4H ,+

2O -2

2O -2

+ O2

H PO2 4-2

4e

24H + O+H O22

H PO2 4-2 ~PO ,3

- 4H+2

8

44

h

hh

I

II

2


C

C

C

C

H

H

H

H

2

O

O

O

O

2

2

2

2

H O2

2,4

2

2 2

HH

H

H H

O

O + + +

,2

2

-+

+

+ -

(

(

)

)

~P 2~P

R uBP

R u5P

2P G

2G 3P

3~P


C

C

CC

C

C

C

H

H

H 2

H

H

H

O

O

O

O

O

O

3

3

2

2

H O2

2

42 4

H

H

H

H

H

H

H

H H

O

O

O + ++

,

,

,

,

,

2

2

2

-

-

-

+

+

+

+ -

oxa lacetato

m a lato -ce toglutarato

citra to

succinato

P

P

i

i


2 H

2 H

O

O

H

H

H O

H O

2

2

2HO

2HO

b

b

-

-

-

H PO ,

H PO + + + +

2

2

4

4

-

-

~PO ,

~PO

3

3

-

-

2 H

2 H

a

a

+

+

+

O -2O -2

O -2O -2

O , 2H-2 +

R-CO O

[R-C=O]

Ciclo básico del fósforo en biología


Ciclos de los bioelementos primordiales C, N, S y P.

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