Ingenieria ambiental

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Published on February 28, 2014

Author: ricknag

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Ingenieria ambiental.

INGENIERIA AMBIENTAL 2012 B INGENIERIA AMBIENTAL. CLASES # 1. 1 ECOLOGIA. La ecología es la ciencia que estudia las relaciones existentes entre los seres vivos y el medio en el que viven, esto es las relaciones entre las plantas y los animales con su ambiente físico y biológico.. El término de ecología fue utilizado por primera vez por el zoólogo alemán Ernst Haeckel en 1869, refiriéndose a las interrelaciones de los organismos con su medio. Por lo anterior se puede expresar que La ecología es una rama de la biología que estudia las interacciones que determinan distribuciones, abundancias, números y organizaciones de los organismos en los ecosistemas, por lo tanto, estudia la relación entre el hombre y su medio. Este interés ha sido realmente reciente, ya que en principio la ecología únicamente se ocupaba de la zoología y la botánica. A partir del interés en estudiar el hombre y su entorno comienza a nacer el criterio de medio ambiente. La ecología incluye las leyes fundamentales que regulan el funcionamiento de los ecosistemas. Es una ciencia integradora de los diversos conocimientos de las ciencias naturales. Por lo anterior la ecología se apoya en campos diversos como la climatología, la hidrología, la oceanografía, la física, la química, la geología y el análisis de suelos entre otros. Involucra además ciencias tan distintas como la morfología, fisiología, embriología, genética, taxonomía, paleontología, anatomía, citología, histología, matemáticas, botánica y la zoología. 2. ECOSISTEMA. Es el conjunto de factores abióticos y bióticos de una determinada zona, y la interacción que se establece entre ellos. La interacción entre el medio abiótico y biótico se produce cada vez que un animal se alimenta y después elimina sus desechos, cada vez que ocurre fotosíntesis, al respirar, etc. En general, los seres vivos no viven aislados, sino en grupos. Por esto, en la naturaleza existen distintos niveles de organización. Algunos de ellos son población y comunidad biológica. 1 Jaime José Acuña Polanco.. 03/08/2012 Ing. M. Sc Metalurgia, Matricula profesional No 05231-17896.

INGENIERIA AMBIENTAL 2012 B 2.1. Población Este concepto generalmente se asocia con lugares en que viven los seres humanos. Sin embargo, los especialistas definen a la población como un número de individuos (plantas, animales, etc.) con características similares, que viven en una área determinada, y por un tiempo determinado. Por eso, al referirnos a una población, se debe determinar el lugar donde se encuentra y el tiempo de existencia de dicha población. Por ejemplo, no se puede hablar sólo de la población de pinos o conejos. Se debe hablar de la población de pinos de la Zona Central del año 1998; de la población de conejos de Punta Arenas, del verano de 1980. Toda población interactúa con otras y con el medio. Esto determina una nueva organización, que se denomina comunidad. 2.2. Comunidad biológica Corresponde a un grupo de poblaciones que interactúan entre sí y con el medio ambiente y viven en un área determinada. Las poblaciones tienen distintos tipos de interacciones. En algunas de ellas ambos seres u organismos salen beneficiados; en otras una tiene beneficios y la otra no. 2.3. Interacción natural En las distintas comunidades se pueden dar diversas categorías de relaciones interespecíficas, con el fin de satisfacer necesidades básicas como por ejemplo la alimentación, el abrigo y el transporte. Algunas de ellas son: Competencia Predación o depredación Parasitismo Mutualismo Comensalismo 2.3.1. Competencia Es la disputa que se produce entre dos o más seres vivos por algo que no se encuentra en cantidades suficientes para todos en la naturaleza. En los vegetales la competencia se produce por el agua, sales minerales y además por la luz, factor fundamental para su vida. En los animales la competencia puede ocurrir por el alimento, la hembra, agua, lugar donde vive, etc. Generalmente, como resultado final de la competencia un individuo se beneficia y el otro sale perjudicado. Con el símbolo + se identifica al ganador y con el - al perdedor. 2 Jaime José Acuña Polanco.. 03/08/2012 Ing. M. Sc Metalurgia, Matricula profesional No 05231-17896.

INGENIERIA AMBIENTAL 2012 B 2.3.2. Predación o depredación Corresponde a una relación que se establece entre dos especies, donde una de ellas persigue caza y mata a la otra especie. El primero se llama depredador o predador y el segundo corresponde a la víctima o presa. Este tipo de relación es violenta y en este caso siempre existe un ganador (+) y un perdedor (-). En la naturaleza este tipo de relación establece un control natural en relación al número de individuos de cada especie. Como ejemplo de esto tenemos, en el mundo animal, que considerados predadores: el león, lobo, coyote, perro salvaje, puma y tigre. Y se definen como presas a los ciervos, conejos, antílopes, cebras, venados, gacelas y las crías de cualquier animal. En este caso el depredador es un animal carnívoro, es decir, se alimenta de carne. 2.3.3. Parasitismo Relación que se establece entre un individuo que vive dentro o fuera de otro organismo, causándole daño, pero no necesariamente la muerte. El organismo que se alimenta se llama parásito y el organismo al cual se le causa daño se llama huésped. En esta relación, el parásito sale beneficiado de la relación (+), que para el huésped es negativa (-). Existen parásitos que viven fuera del organismo y se llaman ectoparásitos; otros lo hacen en el interior del huésped y se llaman endoparásitos. Son considerados ectoparásitos la pulga, zancudo, garrapata. Endoparásitos la triquina, lombriz solitaria y las tenias. En los vegetales también se da el parasitismo, un caso muy común es un parásito, que es una planta verde vive en el álamo y se llama el quintral del álamo. En la vida doméstica se da mucho el parasitismo. por ejemplo, perros y gatos son parasitados por pulgas, garrapatas o parásitos internos. 2.3.4. Mutualismo Tal como su nombre lo indica, en este tipo de interacción las dos especies viven juntas y se ayudan mutuamente. Como resultado de esta interacción la relación se simboliza positivo (+) para ambas especies. Algunos ejemplos de este tipo de relación son: Los líquenes: son organismos que viven adheridos a las grietas de las rocas o bien en las cortezas de los árboles. Su organismo está formado por la asociación obligatoria de un alga con un hongo. El alga realiza fotosíntesis y elabora el alimento el cual es útil también para el hongo; por su parte, el hongo aporta la protección y un medio estable para crecer. 3 Jaime José Acuña Polanco.. 03/08/2012 Ing. M. Sc Metalurgia, Matricula profesional No 05231-17896.

INGENIERIA AMBIENTAL 2012 B Las termitas: se alimentan de madera, pero ellas no tienen las sustancias necesarias para digerir la madera. Esto se supera porque en su intestino existen unos protozoos (organismos unicelulares), que producen el alimento para ambos. 2.3.5. Comensalismo. Relación que se establece entre individuos de especies diferentes, en la cual uno de ellos resulta beneficiado y al otro no le afecta. El caso más típico de comensalismo es la relación entre el tiburón y la rémora. Este último es un pez pequeño que tiene su aleta dorsal transformada en una ventosa, a través de la que se pega a la zona ventral del tiburón. Así, la rémora consume los restos de otros peces que sirven de alimento al tiburón. En este tipo de interacción el individuo que sale beneficiado se llama comensal. La relación se simboliza positiva (+) para el comensal, y neutra (0) para el otro participante. 2.4. CADENAS ALIMENTARIAS. En el ambiente natural, las distintas relaciones que se establecen traen como consecuencia el flujo de energía y la circulación de la materia. -El flujo de energía: corresponde a la energía que se va transportando desde los vegetales -productores- hacia los otros seres vivos, animales herbívoros y carnívoros -que se alimentan de los animales herbívoros. -Circulación de materia: en las cadenas alimentarias, la materia se traspasa de un eslabón a otro, por la interacción que se produce entre los distintos organismos que la conforman. Una cadena alimentaria es una representación simplificada de la interacción que se establece en la naturaleza de la acción de comer, en la cual la materia y la energía se van traspasando de un organismo a otro. Por ejemplo, tenemos: Los eslabones La cadena alimentaria tiene distintos eslabones. Cada uno recibe un nombre, dependiendo del rol que cumple en ella. Siempre el primer eslabón corresponde a los vegetales ya que ellos son organismos autótrofos es decir son capaces de fabricar su propio alimento. Por lo tanto se denominan también productores. 4 Jaime José Acuña Polanco.. 03/08/2012 Ing. M. Sc Metalurgia, Matricula profesional No 05231-17896.

INGENIERIA AMBIENTAL 2012 B El segundo eslabón corresponde a los animales herbívoros, que consumen vegetales. Por ser los primeros animales que se alimentan en la cadena, se denominan consumidores primarios. El tercer eslabón se denomina carnívoro. Como es el primer organismo que se alimenta de carne, se llama carnívoro de primer orden; y como es el segundo animal en la cadena, se le denomina consumidor de segundo orden. Así, se sigue clasificando los distintos eslabones de la cadena. Para cerrar la cadena y asegurar el flujo de la materia y energía, existe un eslabón muy importante. Son los descomponedores, organismos que viven en el suelo, que están encargados de descomponer o degradar a los organismos muertos o los restos de ellos. Son descomponedores los hongos y bacterias. Lo anterior se puede representar de la siguiente manera: La cadena alimentaria es una representación, pero en la realidad lo que existe son redes de cadenas que se entrecruzan, formando tramas alimentarias. 5 Jaime José Acuña Polanco.. 03/08/2012 Ing. M. Sc Metalurgia, Matricula profesional No 05231-17896.

INGENIERIA AMBIENTAL 2012 B De este ejemplo, se deduce que la interacción es bastante compleja, y se observa que un mismo individuo puede servir de alimento a varios animales. Esta trama también es cerrada por la acción de los descomponedores. Es importante aclarar que los distintos animales tienen una gama de alimentos, pero si existen en cantidades suficientes, se alimentaran de aquel animal que es de predilección. En toda cadena alimenticia se va traspasando energía y materia de un nivel a otro. La energía va disminuyendo en cada nivel de la cadena. La energía traspasada disminuye también por el porcentaje considerable de ésta que se pierde como calor, que no es ocupado por ningún otro ser vivo 2.5. Las pirámides. Si se observa el número de individuo y cantidad de energía que existe en cada nivel o eslabón de una cadena alimentaria, se comprueba que dicha energía va disminuyendo desde los productores hacia los consumidores. Esta sucesiva disminución se puede representar a través de una pirámide. Las más importantes son las de energía, número y masa. 2.5.1. De energía. En este tipo de representación, la energía está concentrada en los productores y será siempre mayor que la de los consumidores primarios. A su vez, la de éstos es superior a los consumidores secundarios y así sucesivamente. Siempre que la energía se traspasa de un nivel a otro se produce gran pérdida de energía. Por este motivo en las tramas alimentarías no tienen más de cuatro o cinco niveles tróficos. 6 Jaime José Acuña Polanco.. 03/08/2012 Ing. M. Sc Metalurgia, Matricula profesional No 05231-17896.

INGENIERIA AMBIENTAL 2012 B 2.5.2. De número. Estas pirámides entregan información de la cantidad o número de individuos que existen en cada nivel trófico. En la base de la pirámide se encuentran los vegetales en gran número, pero a medida que ascendemos, se produce una reducción progresiva del número de individuos en cada nivel. ¿Por qué ocurre esto? La explicación está en las pirámides de energía, ya que cada vez que se pasa a otro nivel, se pierde energía. Por lo tanto, si no disminuyera el número de individuos en cada nivel, se provocaría un desequilibrio, ya que se agotarían los otros niveles. 2.5.3. De masa. Este tipo de pirámide informa acerca de la cantidad de masa que existe en cada nivel. En este caso la relación se puede presentar como: Las bases son nuevamente los productores, ya que son ellos los que realizan fotosíntesis (obtención de energía) Como se puede observar, el factor predominante es la energía ya que de ella depende el número y masa que deben existir en cada nivel trófico. 7 Jaime José Acuña Polanco.. 03/08/2012 Ing. M. Sc Metalurgia, Matricula profesional No 05231-17896.

INGENIERIA AMBIENTAL 2012 B 2.6. Elementos del ecosistema Ya se sabe que un ecosistema corresponde a un sistema de plantas y animales que interactúan entre sí y con el medio en el cual viven. En los ecosistemas se pueden encontrar cuatro componentes que lo forman: Elementos abióticos: estos son agua, sales minerales y otros factores, incluyendo la energía que fluye a través del sistema. Productores: formados por los vegetales clorofilados. Consumidores: que son los animales herbívoros y carnívoros. Descomponedores: corresponden a los hongos y bacterias. 2.7. Equilibrio ecológico Cuando alguno de estos factores se modifica, se altera el equilibrio del ecosistema. Es por esto que el hombre esta llamado a proteger y cuidar su medio ambiente, para que todos los organismos puedan existir en su medio natural en forma adecuada. 3. LOS CICLOS BIOGEOQUÍMICOS "El planeta Tierra actúa como un sistema cerrado en el que las cantidades de materia permanecen constantes. Sin embargo, sí existen continuos cambios en el estado químico de la materia produciéndose formas que van desde un simple compuesto químico a compuestos complejos construidos a partir de esos elementos. Algunas formas de vida, especialmente las plantas y muchos microorganismos, usan compuestos inorgánicos como nutrientes. Los animales requieren compuestos orgánicos más complejos (necesitan de 30 a 40 elementos químicos), para su nutrición. La vida sobre la Tierra depende del ciclo de los elementos químicos que va desde su estado elemental pasando a compuesto inorgánico y de ahí a compuesto orgánico para volver a su estado elemental."1 Así pues, toda la "materia prima" necesaria para garantizar el correcto desarrollo de la vida en el planeta se encuentra dentro de nuestra biosfera. Pero todos estos elementos, carbono, oxigeno, nitrógeno, fósforo, azufre, etc., imprescindibles para el metabolismo de los seres vivos, son necesarios en diferentes "formatos" según sus diferentes consumidores. Los productores primarios utilizan directamente la materia inorgánica para nutrirse, convirtiéndola en materia orgánica, utilizada a su vez por los productores secundarios para su desarrollo.2 1 citado de: Dr. Pedro F. Mateos (Departamento de Microbiología y Genética. Facultad de Farmacia. Universidad de Salamanca). (Referencia en Internet: http://edicionmicro.usal.es/web/educativo/micro2/tema31.html en Mayo-2001) 2 http://danival.org/mar/mar_ciclos.html 8 Jaime José Acuña Polanco.. 03/08/2012 Ing. M. Sc Metalurgia, Matricula profesional No 05231-17896.

INGENIERIA AMBIENTAL 2012 B Este continúo "cambio de estado de la materia" hace que ésta deba reciclarse continuamente, con la participación activa de organismos cuya función ecológica es, precisamente, reciclar la materia orgánica a su forma inorgánica, para poder comenzar de nuevo su ciclo de utilización en la naturaleza. Por referirse a las trayectorias de los elementos químicos entre los seres vivos y el ambiente en que viven, es decir, entre los componentes bióticos y abióticos de la biosfera estos complejos circuitos se denominan ciclos biogeoquímicos. Entre los cuales se distinguen los siguientes:3 CARBONO, OXIGENO, NITROGENO, FOSFORO, AZUFRE, AGUA. El concepto de ciclo biogeoquímico se usa para describir la distribución y transporte de materiales, los cuales controlan el recambio y transformación de éstos en los ambientes terrestres, acuáticos y atmosféricos. Los ciclos biogeoquímicos constituyen un sistema regulador de la hidrosfera y la biosfera. Estos ciclos describen los movimientos y las interacciones de los elementos químicos esenciales para la vida a través de la geosfera, hidrosferas y atmósfera, y en la geosfera, a través de procesos físicos, químicos y biológicos. Los flujos de los elementos pueden ser abiertos, como el flujo de energía o cerrados, como el ciclo de la materia. El ciclo de la materia es una interacción permanente entre la fase biótica y la fase abiótica, es un proceso sin principio ni fin; es decir, un reciclaje combinado y continuo, en una serie de procesos autorregulados; los deshechos son el punto de partida para formar algo nuevo. Por ejemplo la oferta de nitrógeno puede limitar los procesos vitales en los océanos. La comprensión de los ciclos biogeoquímicos es esencial para entender el funcionamiento de la tierra como sistema. Los ciclos se usan para medir la dinámica del recambio comparando las magnitudes en el depósito y los flujos en diferentes compartimentos del ecosistema. De particular interés son las escalas espaciales y temporales de las transformaciones y las fases de transición. Los aspectos básicos de los ciclos biogeoquímicos son: 3 http://www.ing.usac.edu.gt/quimica_ambiental/tsld017.htm 9 Jaime José Acuña Polanco.. 03/08/2012 Ing. M. Sc Metalurgia, Matricula profesional No 05231-17896.

INGENIERIA AMBIENTAL 2012 B La distribución de materiales- localización y tamaño del depósito, El transporte- patrones y ratas de flujo, La transformación- rata de flujo del depósito a otro componente, Tiempo de residencia- Tiempo de almacenamiento, Los ciclos biogeoquímicos generalmente se conceptualizan en modelos de compartimentos y se visualizan convenientemente por medio de cuadros y flechas. Entre los 80 elementos que se encuentran en el suelo, sólo una tercera parte son componentes esenciales en plantas y animales. Entre los elementos principales que constituyen la materia orgánica tenemos: C, H, O, N, P, S, mientras que otros cumplen la función de matrices iónicas o estructuras de soporte (Ca, Mg, Si, K, Na, Cl, F). Los metales esenciales traza, se encuentran generalmente como coenzimas (Fe, Mn, Co, Cu, Zn, Se, Mo). Hay algunos elementos importantes que no se usan por los organismos, uno muy abundante es el aluminio y otros que son muy tóxicos como: Hg>Cd>Pb. La composición en elementos de la biomasa, el agua de mar y la corteza terrestre se resume en la tabla 4. El carbono, azufre y mercurio son elementos que han experimentado perturbaciones significativas de sus ciclos en las últimas 10 generaciones del hombre. Estos ciclos son de interés particular debido a que ellos cubren escalas espaciales grandes e incluyen una interacción de todas las esferas principales (atmósfera, hidrosfera, sedimentos, biosfera, pedosfera, litosfera) y las fases (gas, líquida y sólida) sobre un amplio rango de escalas de tiempo. Además, estos ciclos están fuertemente acoplados entre sí y pueden servir como ejemplo para demostrar la complejidad biogeoquímica de los ciclos en general y del impacto humano natural que da lugar a cambios ambientales importantes. 3.1. Ciclo de la energía La energía se define como la capacidad de hacer un trabajo. Hay muchas formas de energía, tales como cinética (energía para el movimiento) y potencial (energía almacenada). El movimiento de energía se describe por las bases científicas llamadas las leyes de la termodinámica. La primera ley expresa que: la energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma de una forma de energía a otra. 10 Jaime José Acuña Polanco.. 03/08/2012 Ing. M. Sc Metalurgia, Matricula profesional No 05231-17896.

INGENIERIA AMBIENTAL 2012 B TABLA 4: Elementos de interés y su abundancia en diferentes ambientes Elemento Símbolo Corteza terrestre Biomasa No Masa Atómico Atómica Mar Masa ppm Átomos ppm Esencial biota Masa ppm Átomos ppm Masa ppm Átomos ppm 65.900 496.800 * 1400 28.800 111.000 110.000 4.5 0.410 27.8 2387 0.4 0.030 H 1 1 B 5 10.8 C 6 12 393.460 248.900 * N 7 14 5020 2720 * O 8 16 524.290 249.00 * 466.000 604.000 883.000 55.200 F 9 19 * 625 680 1.3 0.068 Na 11 23 190 63 * 28.300 25.500 10.700 468 Mg 12 24.3 980 307 * 20.900 17.800 1290 53.2 Al 13 27 560 157 81.300 62.500 Si 14 28.1 1210 327 * 277.200 205.000 2.9 0.103 P 15 31.0 520 128 * 1050 700 0.07 0.002 S 16 32.1 710 169 * 260 170 904 28.2 Cl 17 35.5 500 106 * 19.353 546 K 19 39.1 2290 444 * 25.900 13.700 399 10.2 Ca 20 40.1 3780 717 * 36.300 18.800 412 10.2 Ti 22 47.9 4.400 1900 Mn 25 54.9 210 29 * 950 360 Fe 26 55.9 390 553 * 50.000 18.600 Co 27 58.9 * Cu 29 63.6 * Zn 30 65.4 * Se 34 79 * Br 35 79.9 Sr 38 87.6 Mo 42 95.9 Ba 56 137.3 11 * 200 350 0.03 67 375 89 425 0.084 8 0.091 64 * Jaime José Acuña Polanco.. 03/08/2012 Ing. M. Sc Metalurgia, Matricula profesional No 05231-17896.

INGENIERIA AMBIENTAL La segunda ley expresa: que cuando la otra, parte de ésta se convierte en calor se requiere un abastecimiento constante sistema. El calor, que se pierde en reemplazado. 2012 B energía cambia de una forma a perdido no útil. Como resultado de energía para mantener un cada transformación debe ser La energía fluye a través de un ecosistema en una serie de transformaciones. La base del ciclo de la energía es la energía solar. Un 50% de la energía de las radiaciones solares es interceptada por las nubes. Las nubes emiten la mitad de esta energía, es decir, un 25 % del total. Esto es lo que hace que la tierra vista desde el espacio, aparezca como un planeta brillante y luminoso. Un 2% de la energía permanece retenida en las nubes, mientras que el 23% restante llega a la corteza terrestre. Del 50 % de la energía solar restante, sólo un 19% atraviesa la atmósfera para llegar directamente a la superficie terrestre, un 17% es absorbida por los gases de la atmósfera, en especial por el ozono, el vapor de agua y el dióxido de carbono, un 12% es reflejada por la atmósfera y un 2% se refleja desde la corteza hacia el espacio. Sólo el 47% de la energía emitida por el sol llega a la superficie de la tierra, donde será empleada para la evaporación (40%), fotosíntesis (0.1%), mientras que el resto será absorbido por la corteza terrestre. La radiación solar se transforma en calor y se distribuye en los océanos y continentes. Los océanos distribuyen la energía en profundidad a través de las olas. La radiación que incide en los continentes depende en buena parte del tipo de suelo, de la vegetación y el relieve. Los océanos además de ser grandes transportadores de energía desde la superficie terrestre, desempeñan una función importante en el ciclo energético, puesto que las transformaciones de fase vienen acompañadas por cambios latentes de calor. La evaporación y el desplazamiento de vapor, por la acción del viento y la condensación posterior, genera un transporte de calor a través de la atmósfera. Estos cambios caloríficos son, los que, en última instancia, llevan al desarrollo del sistema de circulación del aire del planeta. La radiación solar se transforma en distintos tipos de energía. Durante el proceso de la fotosíntesis se observa un ejemplo de transformación de la energía luminosa en energía química y gracias a los desequilibrios térmicos de la corteza terrestre, la energía solar se convierte en la energía cinética y potencial de los vientos y las corrientes oceánicas. 12 Jaime José Acuña Polanco.. 03/08/2012 Ing. M. Sc Metalurgia, Matricula profesional No 05231-17896.

INGENIERIA AMBIENTAL 2012 B La energía solar capacita a las plantas para formar tejidos orgánicos a partir de dióxido de carbono, agua y nutrientes inorgánicos a través del proceso de la fotosíntesis. La energía de la luz es transformada en energía química en los cloroplastos de las células vegetales. Cuando la planta muere y se descompone o es comida por un consumidor, la energía almacenada en la planta se transfiere. La fuente de energía para los animales son las plantas u otros animales. Los animales requieren energía para convertir nutrientes de su alimento en tejido corporal, debido a que ellos no están en capacidad de aprovechar directamente la luz del sol. Cuando las plantas son consumidas, una pequeña proporción de la energía almacenada en las plantas es transferida a los animales para el crecimiento, mantenimiento y realización de las actividades. Cuando los animales son consumidos por otros animales, otra transferencia de energía ocurre. Con cada transferencia, parte de la energía se desecha en forma de calor y finalmente irradia de regreso al espacio como radiación infrarroja. Cuando los animales usan la energía almacenada en sus cuerpos, los compuestos inorgánicos se liberan a través del sistema excretor de sus cuerpos y eventualmente con la muerte del animal. Esos compuestos inorgánicos son una fuente de nutrientes, los cuales posteriormente se usan por las plantas. 3.1.1. Ciclo del carbono Los átomos de carbono constituyen la estructura de una gran variedad de moléculas orgánicas; como resultado de su capacidad para formar cadenas largas y anillos de enlaces covalentes. Además depósitos grandes de carbonatos interactúan con el agua, donde ejercen el principal control sobre la capacidad buffer y la salinidad. Las escalas de tiempo varían desde segundos (para el intercambio de gases, o las transformaciones bioquímicas) a millones de años (para la formación de rocas calcáreas). El ciclo biogeoquímico del carbono es muy complejo e incluye tanto las dimensiones físicas, químicas, como biológicas. Además todos compuestos que forman a los seres vivos son moléculas orgánicas. Este ciclo gira alrededor del dióxido de carbono, ya que éste es el compuesto predominante en la atmósfera. El ciclo funciona a través de la fotosíntesis, la respiración, las emisiones por el uso de combustibles fósiles y las erupciones volcánicas. El flujo de CO2 está estrechamente unido a la actividad biótica. El metano es producido por bacterias anaeróbicas, que derivan su energía de la oxidación de 13 Jaime José Acuña Polanco.. 03/08/2012 Ing. M. Sc Metalurgia, Matricula profesional No 05231-17896.

INGENIERIA AMBIENTAL 2012 B moléculas orgánicas simples tales como metanol y acetato o de hidrógeno molecular. Sitios importantes de producción de metano son los cultivos de arroz, sedimentos lacustres, humedales y el intestino del ganado y las termitas. Una gran variedad de organismos autótrofos fijan grandes cantidades de CO2 o bicarbonato en las moléculas orgánicas por fotosíntesis o chemosíntesis. El CO 2 se libera en la respiración aeróbica y anaeróbica de los organismos vivos y en los procesos de descomposición de los organismos muertos, realizados por hongos y bacterias. Los ácidos orgánicos y el dióxido de carbono inorgánico, el cual es 10-100 veces más abundante en el suelo que en la atmósfera, contribuyen significativamente a la meteorización de rocas y minerales y controlan de esta forma el ciclo biogeoquímico de otros elementos. La materia orgánica del suelo está constituida de restos animales y vegetales en varios estadios de descomposición, células microbiales y sustancias producidas durante el proceso de descomposición. La descomposición de la materia orgánica es selectiva y generalmente incompleta, especialmente en suelos ácidos, húmedos y fríos. Como resultado, los compuestos orgánicos tienden a acumularse en los suelos como agregados coloidales (humus). Las sustancias húmicas son moléculas complejas ácidas que colorean de oscuro y con peso molecular entre unos cientos a cientos de miles y se clasifican de acuerdo a su solubilidad en ácido y base: La humina es insoluble en ambos. El ácido fúlvico es soluble en ambos, contiene menos H, N, y S, pero más O, más carboxilo, menos grupos hidroxífenol y mayor acidez. El ácido húmico es insoluble en ácido, forma complejos con la mayor parte de metales y juega un papel importante en la movilización y transporte de micronutrientes y toxinas del continente al agua, realza la solubilización mineral y actúa como un transportador o a través de la inmovilización e inactivación de los ligandos en los coloides. En la atmósfera hay 700 billones de dióxido de carbono. El 20% de esta cantidad es transformada cada año por plantas y microorganismos, a través de la fotosíntesis, en hidratos de carbono. El uso de combustibles fósiles está causando un incremento constante de CO2 atmosférico (caso 0.5% por año) y de CH4 (>65%, que el período preindustrial). Estos incrementos se esperan que contribuyan significativamente en el calentamiento global por absorción de la radiación infrarroja en la atmósfera y el cambio en el balance del calor global. 3.1.2. Ciclo del Oxigeno El oxígeno es uno de los principales constituyentes de la materia viva y se requiere en grandes cantidades. El ciclo del oxígeno es, en buena parte, complementario 14 Jaime José Acuña Polanco.. 03/08/2012 Ing. M. Sc Metalurgia, Matricula profesional No 05231-17896.

INGENIERIA AMBIENTAL 2012 B del ciclo del carbono, pero es más complicado, entre otras cosas, por su capacidad de combinación química que le hace presentarse bajo múltiples formas. Debido a lo cual se presentan varios subciclos de oxígeno entre la litosfera y la atmósfera y entre la hidrosfera y las dos fases anteriores. El oxígeno presente, tanto en la atmósfera como en las rocas superficiales, es de origen biológico, es decir, ha sido producido por los organismos autótrofos, ya que en un comienzo la atmósfera carecía de este elemento. La formación de una capa de ozono que impidió la penetración excesiva de las radiaciones ultravioletas, favoreció el desarrollo de organismos fotosintéticos que produjeron mayor cantidad de oxígeno. El oxígeno molecular puede ser formado por disociación de las moléculas de agua en las capas altas de la atmósfera, bajo el efecto de las radiaciones de alta energía, pero el oxígeno atmosférico es únicamente de origen biológico. Existe una doble relación entre los gases de la atmósfera y los sistemas terrestre y marino. Por un lado, a través de la fotosíntesis, tanto terrestre como oceánica, el dióxido de carbono presente en la atmósfera se transforma en oxígeno útil para los seres vivos. Esta es la principal vía de formación de oxígeno, se calcula en 400 mil millones de toneladas la cantidad de oxígeno emitido anualmente a través de la fotosíntesis. Los seres vivos devuelven dióxido de carbono a la atmósfera al respirar. Este último proceso es el que se conoce con el nombre de descomposición oxidativa. También forma parte de este proceso la emisión de dióxido de carbono, que se 15 Jaime José Acuña Polanco.. 03/08/2012 Ing. M. Sc Metalurgia, Matricula profesional No 05231-17896.

INGENIERIA AMBIENTAL 2012 B produce durante la descomposición de la materia orgánica que tiene lugar en los suelos. Por otro lado, el oxígeno de la atmósfera captado a través de la fotosíntesis (y el que existe en el aire) contribuye a la oxidación de sustancias inorgánicas. También colabora en la meteorización de sedimentos orgánicos fósiles, como el carbón y el petróleo. Otros procesos de oxidación muy importantes son: la del carbono elemental, que produce dióxido de carbono, la de los sulfuros minerales, que produce sulfatos, y la del nitrógeno gaseoso, que produce nitratos. En la Figura 45 se muestra el ciclo del oxígeno nido al ciclo del carbono. 3.1.3. El ciclo de nitrógeno. En el caso del nitrógeno, nos encontramos ante un proceso semejante, en cierto modo, al de la fotosíntesis. Es lo que se denomina fijación biológica del nitrógeno, y se produce tanto en la tierra como en los océanos (fig. Adjunta). La materia orgánica muerta, como los excrementos o la orina animales, contienen compuestos orgánicos complejos ricos en nitrógeno. Una serie de bacterias y hongos presentes en los suelos transforman el nitrógeno de estos aminoácidos y proteínas, y se deshacen del nitrógeno restante en forma de iones amonio. Este proceso recibe el nombre de amonificación. Cada año se transforman unos dos millones de toneladas de nitrógeno en este proceso. Otras bacterias presentes en los suelos oxidan estos iones amonio y los transforman en iones de nitrato, desprendiendo energía en un proceso denominado nitrificación. Algunos de estos nitratos pasan a las aguas subterráneas, junto con el agua procedente de lluvias, que finalmente llegan a los océanos. Estos iones de nitrato penetran en las células de las plantas, donde son nuevamente reducidos a iones amonio y transformados en componentes que contienen carbono para producir aminoácidos y otros componentes orgánicos ricos en nitrógeno. Esta transformación se denomina aminación. Al morir las plantas, estos aminoácidos y componentes orgánicos pasan a los suelos. Igualmente pueden pasar a ella a través de los excrementos y orines de los animales que se comen las plantas, de este modo vuelve a dar comienzo el proceso inicial. 16 Jaime José Acuña Polanco.. 03/08/2012 Ing. M. Sc Metalurgia, Matricula profesional No 05231-17896.

INGENIERIA AMBIENTAL 2012 B Sin embargo, en todo este proceso se producen pérdidas de nitrógeno. En efecto, numerosos microorganismos que viven sobre todo en ambientes de poco oxigeno, como son los suelos inundados o los pantanos, reducen los nitratos a formas volátiles de nitrógeno: el gas nitrógeno y el óxido nitroso. Es lo que se conoce como desnitrificación. La energía necesaria para este proceso proviene de la descomposición de la materia orgánica. En el suelo se debe presentar una substitución rápida del nitrógeno utilizado. Ciertas bacterias, como el Rhizobium, que vive en simbiosis con leguminosas, tienen la capacidad de fijar nitrógeno atmosférico en presencia de la enzima nitrogenasa y transformarlo en iones amonio. En los océanos se produce un ciclo semejante. Los organismos marinos fijan el nitrógeno atmosférico y el nitrógeno disuelto en el agua. Durante las descargas eléctricas producidas por los rayos durante las tormentas y la combustión en los vehículos motorizados se forman óxidos de nitrógeno que se oxidan en la atmósfera, con la consiguiente producción de nitratos, los cuales se precipitan con 17 Jaime José Acuña Polanco.. 03/08/2012 Ing. M. Sc Metalurgia, Matricula profesional No 05231-17896.

INGENIERIA AMBIENTAL 2012 B la lluvia sobre la superficie terrestre. En el ciclo del nitrógeno el papel crucial lo realizan los microorganismos, en los procesos de fijación biológica de este elemento, esencial para los seres vivos y por lo tanto para el mantenimiento de la vida. 3.1.4. El ciclo del azufre El ciclo del azufre es uno de los más intervenidos por las actividades del hombre. Las actividades antrópicas, principalmente las combustión del carbón, han duplicado las emisiones a la atmósfera. El azufre se presenta de forma natural en varios estados de oxidación. El azufre es un elemento esencial de la estructura de las proteínas. Como sulfato, en estado totalmente oxidado, es el segundo anión más abundante en agua dulce (después del bicarbonato) y el agua salada (después del cloruro), y es el principal causante de la acidez tanto en agua de lluvia pura, como contaminada (lluvia ácida), por lo tanto influencia la meteorización de las rocas. El sulfato en la atmósfera influencia el ciclo hidrológico y constituye el componente dominante del núcleo de condensación igualmente en zonas no contaminadas. En aguas naturales las fuentes de compuestos de azufre son las rocas (meteorización), suelos (descomposición de la materia orgánica y fertilizantes), el transporte atmosférico como precipitación y depositación seca (que incluye sales del mar, gases y ácido sulfúrico de los combustibles fósiles). Las aguas oxidadas contienen principalmente sulfatos, mientras que las aguas anóxicas acumulan sulfuros, los cuales provienen de la descomposición intensiva con potenciales redox reducidos a niveles menores de 100 mV, tales como humedales, aguas profundas y sedimentos. La precipitación mineral tiene lugar como yeso (CaSO4) o como sulfuro de metal, ejemplo pirita (FeS). En los organismos la cantidad de azufre varía desde 0.02 a 5% en algunas bacterias que oxidan azufre, pero en general constituye el 0.25% de peso seco, semejante al fósforo. El azufre está casi siempre presente en las cantidades adecuadas para cubrir los requerimientos para la síntesis de proteínas, la cual es limitada por lo regular por la disponibilidad de nitrógeno. La fracción que usan los organismos no tiene una influencia significativa sobre el ciclo de azufre, ellos crean condiciones que directa o indirectamente influencian el ciclo. Se han identificado numerosas transformaciones bióticas entre diferentes estados de oxidación del azufre (Fig. adjunta). 18 Jaime José Acuña Polanco.. 03/08/2012 Ing. M. Sc Metalurgia, Matricula profesional No 05231-17896.

INGENIERIA AMBIENTAL 2012 B Figura adjunta: Un microciclo complejo. La transformación bioquímica entre varios estado de oxidación del azufre, con organismos importantes en el ciclo, especialmente bacterias. El sulfuro de hidrógeno (H2S) es producido por microorganismos, o durante la descomposición de la materia orgánica (proteínas) por bacterias heterotróficas o por el sulfato, el cual es reducido por bacterias anaeróbias chemosintéticas y heterotróficas como un aceptor de electrones (en vez de oxígeno) en el metabolismo oxidativo. El sulfuro se oxida a sulfato directamente o por bacteria chemosintéticas aeróbicas que ganan energía de este proceso o por bacterias fotosintéticas anaeróbicas que usan sulfuro reducido (en vez de agua) como donador de electrones en la reducción fotosintética del CO2. La oxidación tiene lugar químicamente sin la presencia de bacterias. Aunque los requerimientos de azufre por las bacterias fotosintéticas son específicos y su distribución está restringida a zonas de gradientes de luz y condiciones redox, éstos contribuyen significativamente a la bioproducción anual en lagos y estuarios. La fuente dominante de azufre gaseoso emitido por el océano es el sulfuro dimetilo. El azufre reducido, como sulfuro de hidrógeno, se adiciona en grandes cantidades a la atmósfera de los gases volcánicos y de las fuentes biogénicas e industriales. El H2S sufre varias reacciones oxidativas a dióxido de azufre (SO 2) y trióxido de azufre (SO3), los cuales se convierten rápidamente en ácido sulfúrico (H2SO4) cuando se disuelve en el agua atmosférica. Como resultado la distancia de recorrido y el tiempo de residencia de los gases de azufre son más cortos (uno a varios días). El 95% del SO2 es emitido por el uso de combustibles fósiles. Más del 90% de las emisiones hechas por el hombre a la atmósfera se producen en 19 Jaime José Acuña Polanco.. 03/08/2012 Ing. M. Sc Metalurgia, Matricula profesional No 05231-17896.

INGENIERIA AMBIENTAL 2012 B el hemisferio norte . El flujo de sulfato en la lluvia regiones industriales contaminadas tiene por lo menos 1 gr de S/m2. Este valor es 10 veces más grande que el flujo marino, el cual es mayor que el flujo continental natural e ilustra el impacto masivo hecho por el hombre al ciclo del azufre. El incremento en las emisiones de azufre ha causado una acidificación considerable de la precipitación, al igual que del suelo y de los ecosistemas acuáticos, especialmente en zonas ácido-sensibles como Escandinavía y Canadá. Esto ha provocado la alteración de otros ciclos (aluminio, metales pesados y nutrientes) y ha causado daños severos en bosques y lagos. A escala global las emisiones de azufre pueden influenciar el clima por el incremento de aerosoles, que actúan sobre los núcleos de condensación de las nubes. 20 Jaime José Acuña Polanco.. 03/08/2012 Ing. M. Sc Metalurgia, Matricula profesional No 05231-17896.

INGENIERIA AMBIENTAL 2012 B Figura adjunta para S: El ciclo del azufre global. Tamaño de los depósitos en 109 kg y tiempo aproximado de recambio del azufre. 3.1.5. El ciclo del mercurio El mercurio no es sólo el más tóxico de los metales, sino el más intrigante de los metales. El no se conoce que sea esencial para algún proceso metabólico y se acumula en la mayoría de seres vivos. El mercurio ocurre naturalmente en una variedad de compuestos orgánicos e inorgánicos, no sólo en estado sólido o disuelto, sino también disuelto en líquido y en la fase gaseosa. La transición de mercurio entre esos compuestos y fases es controlada por una multitud de procesos ambientales, que incluyen reacciones fotoquímicas, oxidación y reducción química, transformaciones microbiales, y fraccionamiento fisiológico. El mercurio difiere de otros metales por su carácter "orgánico": aparece naturalmente en compuestos organometálicos y tiene una alta afinidad por la mayor parte de los tipos de materia orgánica, especialmente las proteínas de los organismos. Además, el ciclo natural del mercurio ha sido interrumpido y acelerado por las actividades antropogénicas. Evidentemente el comportamiento biogeoquímico del mercurio es complejo, y su entendimiento requiere un estudio 21 Jaime José Acuña Polanco.. 03/08/2012 Ing. M. Sc Metalurgia, Matricula profesional No 05231-17896.

INGENIERIA AMBIENTAL 2012 B holístico de los procesos industriales, atmosféricos geológicos, hidrológicos químicos, microbiales, fisiológicos y ecológicos. Los efectos tóxicos del vapor de mercurio para el hombre se conocen desde hace siglos de los síntomas observados en los trabajadores de las minas. En la edad media, el mercurio se usó para tratar la sífilis. El primer caso bien documentado de envenenamiento de mercurio a través del alimento es el desastre de Minamata (Japón en 1959) cuando docenas de personas murieron por peces contaminados. A causa de la contaminación industrial se ha observado deficiencia mental en niños perinatales después de la exposición a metilmercurio como resultado del consumo regular de ciertos peces marinos por sus madres. La química del mercurio es muy compleja. El mercurio aparece en la naturaleza en diferentes estados de oxidación y en compuestos orgánicos e inorgánicos. Puede aparecer en la fase gaseosa (Hg elemental, dimetilmercurio), como líquido (Hg elemental), en la fase sólida y en solución en una variedad de formas. En la atmósfera el Hg0 es la forma primaria. En sedimentos, suelos mineralizados y sedimentos anaeróbicos el mercurio aparece como cinabrio (HgS). En agua natural compuestos y complejos de Hg prevalecen (principalmente con hidróxidos, cloruros, o materia orgánica), la forma dominante en animales es generalmente metilmercurio (CH3-Hg+). Las sustancias inorgánicas tales como cloruro hidróxidos de hierro y sulfuro afectan el mercurio acuoso en precipitados o formando complejos solubles estables. A diferencia de la mayor parte de los metales, el mercurio forma compuestos organometálicos estables bajo condiciones naturales. Esos compuestos tienen muchas características fisiológicas y químicas que son típicas de sustancias orgánicas puras como los químicos orgánicos persistentes (DDT, PCB, Dioxina). El más abundante es el metilmercurio, que es formado por microorganismos. Los microorganismos también están involucrados en la reducción y volatilización de las formas oxidadas de mercurio (fig. adjunta para Hg). El mercurio difiere de la mayoría de los metales no sólo por su complejidad química, sino además por su alta afinidad por la materia orgánica. Las relaciones cuantitativas con la materia orgánica se encuentran en sedimentos lacustres y marinos, en lagos, en corrientes, agua subterránea y suelos. En ecosistemas de agua dulce la mayor parte del mercurio se asocia con la materia orgánica formada por los organismos vivos, partículas de detritus y sustancias húmicas disueltas. Entre los metales más abundantes en esos sistemas, el hierro, plomo, cobre, y aluminio muestran un comportamiento similar, pero el mercurio tiene la unión más fuerte con las sustancias húmicas. Concentraciones altas de 22 Jaime José Acuña Polanco.. 03/08/2012 Ing. M. Sc Metalurgia, Matricula profesional No 05231-17896.

INGENIERIA AMBIENTAL 2012 B mercurio se encuentran como sulfuro en combustibles fósiles secos, los cuales se originan de la combustión incompleta de la materia orgánica degradada. Figura para Hg. Ciclo global del mercurio. Tamaños de la reserva en unidades de 10 9 g Hg. Y tiempo de recambio aproximado del mercurio. Contrario a la mayor parte de todos los metales el mercurio tiene un ciclo con una fase atmosférica dominante, originada por la presión alta de vapor del elemento. El mercurio se volatiliza en cantidades significativas del continente y océanos y es liberado por la actividad volcánica, procesos químicos y físicos en la corteza terrestre y por la fotoreducción y la actividad microbial en la biosfera. A escala global, una tercera parte de la entrada del mercurio a la atmósfera se origina de las fuentes naturales (fig. adjunta). El Hg en la atmósfera viaja grandes distancias, se transforma lentamente por procesos de fotooxidación compleja en compuestos solubles que entran a la biosfera con la precipitación. Además hay una depositación seca de partículas y mercurio gaseoso sobre la vegetación. En ciertas regiones del mundo las adiciones atmosféricas de mercurio se han incrementado entre 2-10 veces en el último siglo. Las principales fuentes son la combustión del carbón, la explotación minera la industria metalúrgica, la incineración de desechos y la producción de cloro alcalino. El incremento dramático 23 Jaime José Acuña Polanco.. 03/08/2012 Ing. M. Sc Metalurgia, Matricula profesional No 05231-17896.

INGENIERIA AMBIENTAL 2012 B de la contaminación atmosférica, terrestre y acuática durante las últimas décadas ha alcanzado amplias áreas y la contaminación de las poblaciones de peces con mercurio se ha distribuido en áreas remotas. Debido a su carácter químico particular, el mercurio es ubicuo. Como resultado de su amplia distribución, virtualmente todos los organismos contienen cantidades medibles en sus tejidos. El mercurio se acumula en la biota y en concentraciones más altas en los ecosistemas acuáticos, especialmente en los peces. Las concentraciones naturales en peces marinos y de agua dulce son muy variables (<0.01 a >5 mg/kg de peso fresco) y depende de la calidad del agua, especie del pez, tamaño, sexo, y comportamiento. La concentración promedio en aguas naturales es de 1-5 ng/lt, y la proporción de metilmercurio es generalmente <10%. La mayor parte del mercurio en los animales se encuentra en la forma de metilmercurio, debido a que hay una bioacumulación selectiva, y la concentración al igual que la proporción de metilmercurio se incrementa con el nivel trófico en la red alimenticia. Por lo tanto el metil mercurio es el compuesto de interés desde el punto de vista toxicológico. Tanto el Hg2+ y el metilmercurio forman complejos estables con ligandos de azufre aniónico. Además tienen alta afinidad por materia biogénica y se une fuertemente a los grupos sulfihidrilo en las proteínas y otros constituyentes tisulares de las células vivas. En comparación con el mercurio inorgánico, la absorción de metilmercurio es casi 10 veces más eficiente en alimentos y en agua. Esto se debe al comportamiento lipofílico del metilmercurio, que favorece el paso a través de las membranas celulares y que resulta en una distribución equilibrada del mercurio en los cuerpos animales, por el contrario notros metales pesados, los cuales tienen mayor afinidad por las proteínas son lipofóbicos y se acumulan en las visceras. Por lo tanto la eliminación del metilmercurio por los animales es muy lenta, en primer lugar debido a la asociación fuerte con los tejidos y en segundo lugar como resultado de la gran cantidad de tejidos que requieren ser depurados. En lagos pequeños la comunidad de peces contiene la mitad o más del metilmercurio del agua. La interacción fuerte entre el mercurio y la materia orgánica determina ampliamente el flujo del mercurio. La carga de mercurio en un lago y la concentración en el agua atmosférica depende de la entrada de sustancias húmicas de las corrientes y del nivel de contaminación del suelo. En agua boreales adonde el agua tiene un alto contenido de sustancias húmicas, las concentraciones de mercurio son generalmente altas, tanto en el agua como en la biota. Problemas grandes concentraciones elevadas de mercurio se han originado en áreas remotas 24 Jaime José Acuña Polanco.. 03/08/2012 Ing. M. Sc Metalurgia, Matricula profesional No 05231-17896.

INGENIERIA AMBIENTAL 2012 B después de la construcción de represas hidroeléctricas, adonde el mercurio se libera de los suelos inundados y entra a las cadenas tróficas después de transformarse en metilmercurio. Las concentraciones de mercurio se incrementan con la edad y el tamaño del animal. Los organismos detritívoros pueden tener 100 veces más mercurio que los predadores. La biomagnificación del metilmercurio en las cadenas alimenticias se caracteriza por un enriquecimiento entre predador y presa, dependiendo del tipo de ecosistema, nivel trófico, el tamaño del animal o la edad. Por lo tanto las concentraciones de mercurio en los animales están determinadas básicamente por su nivel trófico y biodisponibilidad de metilmercurio en la base de la cadena. 3.1.6. EL CICLO DEL FOSFORO. Aunque la proporción de fósforo en la materia viva es relativamente pequeña, el papel que desempeña es absolutamente indispensable. Los ácidos nucleicos, sustancias que almacenan y traducen el código genético, son ricos en fósforo. Muchas sustancias intermedias en la fotosíntesis y en la respiración celular están combinadas con fósforo, y los átomos de fósforo proporcionan la base para la formación de los enlaces de alto contenido de energía del ATP, que a su vez desempeña el papel de intercambiador de la energía, tanto en la fotosíntesis como en la respiración celular. El fósforo es un elemento más bien escaso del mundo no viviente. La productividad de la mayoría de los ecosistemas terrestres pueden aumentarse si se aumenta la cantidad de fósforo disponible en el suelo. Como los rendimientos agrícolas están también limitados por la disponibilidad de nitrógeno y potasio, los programas de fertilización incluyen estos nutrientes. En efecto, la composición de la mayoría de los fertilizantes se expresa mediante tres cifras. La primera expresa el porcentaje de nitrógeno en el fertilizante; la segunda, el contenido de fósforo (como si estuviese presente en forma de P2O5); y la tercera, el contenido de potasio (expresada sí estuviera en forma de óxido K2O). El fósforo, al igual que el nitrógeno y el azufre, participa en un ciclo interno, como también en un ciclo global, geológico. En el ciclo menor, la materia orgánica que contiene fósforo (por ejemplo: restos de vegetales, excrementos animales) es descompuesta y el fósforo queda disponible para ser absorbido por las raíces de la planta, en donde se unirá a compuestos orgánicos. Después de atravesar las cadenas alimentarías, vuelve otra vez a los descomponedores, con lo cual se cierra el ciclo. Hay algunos vacíos entre el ciclo interno y el ciclo externo. El agua lava el fósforo no solamente de las rocas que 25 Jaime José Acuña Polanco.. 03/08/2012 Ing. M. Sc Metalurgia, Matricula profesional No 05231-17896.

INGENIERIA AMBIENTAL 2012 B contienen fosfato sino también del suelo. Parte de este fósforo es interceptado por los organismos acuáticos, pero finalmente sale hacia el mar. El ciclaje global del fósforo difiere con respecto de los del carbón, del nitrógeno y del azufre en un aspecto principal. El fósforo no forma compuestos volátiles que le permitan pasar de los océanos a la atmósfera y desde allí retornar a tierra firme. Una vez en el mar, solo existen dos mecanismos para el reciclaje del fósforo desde el océano hacia los ecosistemas terrestres. El uno es mediante las aves marinas que recogen el fósforo que pasa a través de las cadenas alimentarías marinas y que pueden devolverlo a la tierra firme en sus excrementos. Además de la actividad de estos animales, hay la posibilidad del levantamiento geológico lento de los sedimentos del océano para formar tierra firme, un proceso medido en millones de años. El hombre moviliza el ciclaje del fósforo cuando explota rocas que contienen fosfato. 3.1.7. CICLO DEL AGUA (Ciclo Hidrológico). El ciclo del agua o ciclo hidrológico, que colecta, purifica y distribuye el abasto fijo del agua de la tierra. El ciclo hidrológico está enlazado con los otros ciclos biogeoquímicos, porque el agua es un medio importante para el movimiento de los nutrientes dentro y fuera de los ecosistemas. La energía solar y la gravedad convierten continuamente el agua de un estado físico a otro, y la desplazan entre el océano, el aire, la tierra y los organismos vivos. Los procesos principales en este reciclamiento y ciclo purificador del agua, son la evaporación (conversión del agua en vapor acuoso), condensación (conversión del vapor de agua en goticuelas de agua líquida), transpiración 26 Jaime José Acuña Polanco.. 03/08/2012 Ing. M. Sc Metalurgia, Matricula profesional No 05231-17896.

INGENIERIA AMBIENTAL 2012 B (proceso en el cual es absorbida por los sistemas de raíces de las plantas y pasa a través de los poros (estomas) de sus hojas u otras partes, para evaporarse luego en la atmósfera, precipitación (rocío, lluvia, aguanieve, granizo, nieve) y escurrimiento de regreso al mar para empezar el ciclo de nuevo. La energía solar incidente evapora el agua de los mares y océanos, corrientes fluviales, lagos, suelo y vegetación, hacia la atmósfera. Los vientos y masas de aire transportan este vapor acuoso sobre varias partes de la superficie terrestre. La disminución de la temperatura en partes de la atmósfera hace que el vapor de agua se condense y forme goticuelas de agua que se aglomeran como nubes o niebla. Eventualmente, tales goticuelas se combinan y llegan a ser lo suficientemente pesadas para caer a la tierra y a masas de agua, como precipitación. Parte del agua dulce que regresa a la superficie de la tierra como precipitación atmosférica queda detenida en los glaciares. Gran parte de ella se colecta en charcos y arroyos, y es descargada en lagos y en ríos, que llevan el agua de regreso a los mares, completando el ciclo. Este escurrimiento de agua superficial desde la tierra reabastece corrientes y lagos, y también causa erosión del suelo lo cual impulsa a varias sustancias químicas a través de porciones de otros ciclos biogeoquímicos. 27 Jaime José Acuña Polanco.. 03/08/2012 Ing. M. Sc Metalurgia, Matricula profesional No 05231-17896.

INGENIERIA AMBIENTAL 2012 B Una gran parte del agua que regresa a la tierra penetra o se infiltra en las capas superficiales del suelo, y parte se resume en el terreno. Allí, es almacenada como agua freática o subterránea en los poros y grietas de las rocas. Esta agua, como el agua superficial, fluye cuesta abajo y se vierte en corrientes y lagos, o aflora en manantiales. Eventualmente, dicha agua, como el agua de superficies, se evapora o llega al mar para iniciar el ciclo de nuevo. La intensidad media de circulación del agua subterránea en el ciclo hidrológico es extremadamente lenta (en cientos de años), comparada con la de la superficie (10 a 120 días) y la de la atmósfera (10 a 12 días). En algunos casos, los nutrientes son transportados cuando se disuelven en el agua corriente, en otros casos, los compuestos nutrientes ligeramente solubles o insolubles del suelo o del fondo del mar, son desplazados de un lugar a otro por el flujo del agua. 28 Jaime José Acuña Polanco.. 03/08/2012 Ing. M. Sc Metalurgia, Matricula profesional No 05231-17896.

INGENIERIA AMBIENTAL 2012 B BIBLIOGRAFIA ANGEL – SOTO. Ciencias 9º. Bogotá. McGraw – Hill. 1997. Pág. 195. KIMBAL. Biología. 4º Edición. Massachusetts, USA. Addison Wesley – Dominicana. 1986. Pág. 772 – 782. SAMACA, Nubia Elsy. Ciencias Naturales 7º. Bogotá. Santillana. 1999. Pág. 117, 118. MILLER Jr., G. Tyler. Ecología y Medio Ambiente. Iberoamericana. Pág. 91, 113 – 115. 29 Jaime José Acuña Polanco.. 03/08/2012 Ing. M. Sc Metalurgia, Matricula profesional No 05231-17896.

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