Ciclos de los Materiales-clase de Vicky - agro.uba.ar de los... · Calcio (Ca) 0,2-3,5% Ca 2+...
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Ciclos de los materiales
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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
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Principales elementos en la biósfera
• Los tres principales(99.47%) – Hidrógeno 47.74% – Carbono 24.90% – Oxígeno 24.93%
• 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%
carbohidratos = “CH2O”
celulosa, almidón, etc.
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Componente de algunos aminoácidos, proteínas y coenzima A
SO42-0,05-1%Azufre (S)
Parte de la molécula de clorofila; activador de numerosas enzimas
Mg2+0,1-0,8%Magnesio (Mg)
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
Ca2+0,2-3,5%Calcio (Ca)
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
K+0,5-6%Potasio (K)
Componente de los compuestos de fosfato que llevan energía (ATP y ADP), fosfolípidos, ácidos nucleicos y varias coenzimas esenciales
H2PO4-
o HPO4
2-
0,1-0,8%Fósforo (P)
Componente de aminoácidos, proteínas, nucleótidos, ácidos nucleicos, clorofila y coenzimas
NO3- (o NH4
+) 1-4%Nitrógeno (N)
FunciónForma absorción
Concentración (s/peso seco)
Elemento“N
, P,
K”
Macronutrientes minerales en las plantas
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casi todos los nutrientes se absorben como iones
... y aun a favor de gradiente requieren canales o transportadores
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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
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Tundra
SueloSobre el SueloRaices
Sabana
Bosque ecuatorial
Bosque caducifolio
Prado
Swift et al. 1979
Taiga
Disponibilidad de nitrógeno en los tres compartimentos de la materia orgánica
La velocidad del ciclado depende de la tasa de absorción y de la de descomposición
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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.
Ciclos sedimentarios y localesP, S, Ca, K
Ciclos gaseosos y globalesN, C, O, H2O
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Ciclo del carbono
Valores expresados en Gigatoneladas (1x10 12 kilos) Curtis y Barnes, 1995
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Ecosistemas terrestres Ecosistemas acuáticos
atmósfera
Biomasa vegetal y animal
Detritosy materia orgánica del suelo
Smith y Smith, 2001
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Ciclo gaseoso: el ciclo del nitrógeno
Curtis y Barnes, 1995
2NH3 + 3 O2 � 2 NO2- + 2 H+ + 2H2O
NO2- + O2 � 2 NO3-
NH4 Ó NH3
�Amonificación
�Nitrificación
�Desnitrificación
�Fijación biológica
�Asimilación .
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Ciclo Global del Nitrógeno
1200
PlantasActividades humanas 100
Fijación por relámpagos
< 3
Fijación biológica
140
Denitrificación<200
Atmósfera
Océanos
Enterrado permanente 10
N-orgánico del suelo
Reciclado in situ
Agua subterránea
Escorrentía 36
Reciclado8000
Denitrificación110
Fijación biológica
1530
Schlesinger 1997
Unidades = 1012 g N/año
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ATMOSFERA
RAICES
9.83
SOLUCION DELSUELO
4.22amonio: 3.10
nitrato: 1.12
VASTAGOS
1.09
VACUNOS
1.79
23MATERIA
ORGANICA
360
BROZA
0.06
De n
itrifi
caci
ó n 0
.0
Fijación0.0
Precipitación2.05
Absorción
50.44
Translocación
10.66
Consumo
6.01
Descomposición21.14 Absición
1.65
Descomposición
1.45
Excreción 4.261.09
Exp
o rta
ción
0. 7
4
Volatilización 0.55
Mineralización47.89
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.
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Tilman et al. 2001
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Ciclo sedimentario: el ciclo del fósforo
Curtis y Barnes, 1995
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Ciclo Global del Agua
111.000
385.000
Atmósfera 13.000
Océanos 1.350.000.000
Agua subterránea 15.300.000
Escorrentía 40.000
Evapotranspiración 71.000
33.000.000
Hielo
Precipitación
Precipitación
Unidades km3 y km3/año
Schlesinger 1997 Biogeochemistry of Global Change
Evaporación 425.000
Aguas de suelos 122.000
PPT = Ev + Tr.+ Dr. + Esc. + Sue. + Veg.
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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.
Ciclos sedimentarios y localesP, S, Ca, K
Ciclos gaseosos y globalesN, C, O, H2O
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Perturbaciones
• Nutrientes en general: Deforestación. • Fósforo (principalmente): Eutroficación• Nitrógeno: Acidificación y Lluvia ácida• Carbono: Efecto Invernadero
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o
Figura 7. Magnificación
biológica a lo largo de una
cadena trófica acuática para
el caso de un insecticida
órgano-clorado (DDT).
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Efecto Invernadero• Causa : aumento en concentración de
gases con efecto invernadero (CO2, NOx,CH4 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.
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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)
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Deforestación
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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)
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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, 13.000 km2 de lagos sin peces en Noruega etc.
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Los rendimientos son altamente dependientes de la oferta de nutrientes
Evans, 1980
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Ricklefs, 1998
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