introducción a la ingeniería ambiental

Instituciones Chilenas: CONAMA-CHILE: www.conama.clCENTRO EULA U. de CONCEPCION www.eula.clCIPMA www.cipma.IMA-USACH www.lauca.usach.cl/imaINTEC www.intec.clCONAF www.conaf.clINE www.ine.clSINIA-CHILE www.sinia.clCIREN www.ciren.clINFOR www.infor.clCONADI www.conadi.clSERNAPESCA www.sernapesca.clCIMM www.cimm.clSERNAGEOMIN www.sernageomin.clMOP www.mop.cl/utma/MOP-DGA www.mop.cl/direcciones/dga/

Instituciones Extranjeras EPA-EEUU: www.epa.govP.N.U.M.A. www.unep.orgO.M.S. www.who.orgAGENCIA EUROPEA MEDIOAMBIENTAL www.eea.dkAGENCIA INTERNACIONAL DE ENERGIA www.iea.orgDEP. ENERGA-EEUU www.em.doe.govBID www.jadb.orgFAO www.fao.orgDEP. ENVIRONMENT-AUSTRALIA www.environment.sa.gov.auASTM www.astm.orgCEPIS www.cepis.ops-oms.orgWORLD RESOURCES INSTITUTE (WRI) www.wri.orgSOLID WASTE SYSTEM www.solidwaste.orgINDUSTRIAL ECOLOGY www.industrialecology.comRECYCLERS WORLD www.recycle.netWATER WORLD www.wwinternational.comECOWASTE INDUSTRIES LTD. www.ecowaste.com/index.htmPOLLUTION ON LINE www.pollutiononline.comUNIV. DE NAVARRA www1.ceit.es/Asignaturas/ecologia/Enlaces/EnlAmb1.htmENVIRONMENT CANADA www.ec.gc.caFRESH WATER ECOLOGY AND POLLUTION www.stemnet.nf.caBIODIVERSIDAD BIOLGICA www.biodiv.orgCONSERVATION INTERNATIONAL www.conservation.orgTHE WORLD CONSERVATION UNION www.iucn.orgINT. INST.SUSTAINABLE DEVELOPMENT www.iisd.caISO 14000 CANADA www.scc.ca/iso14000AICHE-CCPS www.aiche.org/ccps

INTRODUCCIN A LA INGENIERA AMBIENTAL PARA LA INDUSTRIA DE PROCESOSC.A. ZAROR Z.

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CAPTULO 2

EL ENTORNO NATURAL

Para comprender el impacto ambiental de nuestra actividad sobre el medioambiente, requerimos un conocimiento bsico de los diferentes fenmenos fsicos,qumicos y biolgicos, que caracterizan el funcionamiento de la Tierra, adems de sus interacciones. En rigor, esta rea temtica cae dentro del dominio de laecologa1, integrando conceptos provenientes de la geologa, la biologa, labioqumica, la qumica, la termodinmica y otras ciencias fundamentales, cuyarevisin completa es imposible en unas pocas pginas.

En este captulo, se presentan los principales tpicos y definiciones bsicas quepermitirn entregar una base introductoria. El lector encontrar varios textos generales en la seccin de Referencias Recomendadas, que cubren los diferentesaspectos de las ciencias ambientales con mayor profundidad: Arms (1990), Botkiny Keller (1995), Goudie (1989, 1990), Margalef (1992), Meyer (1996), Miller(1996), Nebel y Wright (1996), Raven (1993), entre otros.

2.1) LA TIERRA

Cuando se estudia la Tierra, es importante tener presente las dimensionestemporales y espaciales que ello implica. Existe consenso dentro de la comunidadcientfica que Nuestro Hogar, la Tierra, ya contaba con una slida superficie de rocas hace aproximadamente 4500 millones de aos. Por su parte, los fsilesmicroscpicos ms antiguos datan de unos 3500 millones de aos, mientras quese ha descubierto fsiles macroscpicos marinos de hace 500 millones de aos.Desde ese entonces, la vida se ha propagado hacia la superficie terrestre, dondehan aparecido plantas, peces, reptiles, aves y mamferos, etc. Cuando pensamosque la existencia del Homo sapiens slo data de 40 mil aos atrs, nos damoscuenta de nuestro insignificante peso dentro de la historia, a escala geolgica.Ello es an ms impactante si se compara con la edad del Universo, la que de acuerdo a la teora de la Gran Explosin (Big Bang), sera de 15-20 mil millones deaos.

La Tierra es un planeta elipsoidal de 6730 km de radio medio, que gira alrededordel Sol en un ciclo anual. El eje de la Tierra est inclinado 23,5 respecto de suplano de rotacin alrededor del Sol.

1 Ecologa es el estudio de las relaciones entre los organismos y su ambiente.

El trmino proviene del griego: oikos (casa) y logos (estudio), y fue propuesto por el bilogo alemnErnst Haeckel en el siglo XIX. Fue considerada durante mucho tiempo como una subdivisin de labiologa; sin embargo, su acelerado desarrollo en las ltimas dcadas, ha llevado a su consolidacincomo una disciplina integradora que relaciona procesos fsicos y biolgicos, y que tiende un puentenatural entre las ciencias naturales y las ciencias sociales (E.P. Odum, Fundamentos de ecologa.Nueva Editorial Interamericana, Mxico. 1986).

INTRODUCCIN A LA INGENIERA AMBIENTAL PARA LA INDUSTRIA DE PROCESOSC. A. ZAROR Z.

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Est cubierta por una delgada corteza exterior (litosfera), de 30-40 km de espesoren la zona continental y 6 km en la zona ocenica, que contribuye con menos del1% de la masa total de la Tierra. La corteza eswt compuesta por placastectnicas que se mueven a una velocidad entr 2 y 15 cm/ao. Los lmites entreestas placas son reas geolgicamente activas, con gran actividad volcnica y ssmica.

La superficie del planeta es irregular, con un 70% de ella cubierta por agua, conuna profundidad de hasta 11 km (promedio, 4 km). La superficie restantecorresponde a las masas de tierra, cuya altura mxima sobre el nivel del maralcanza los 8,8 km. Dos tercios de esta masa estn situadas sobre el HemisferioNorte.

La composicin de la corteza es muy heterognea, con un alto contenido de SiO2y Al2O3, an cuando en las zonas ms superficiales (capa sedimentaria) hayimportantes cantidades de CaO y carbonatos. Bajo la corteza existe una zona de casi 2900 km. de espesor, llamada Manto, que representa el 69% de la masa totaldel planeta. El manto tiene un alto contenido metlico en estado fluido (magma),con una predominancia de xidos de Si, Mg, Fe y Al. La zona central de la Tierra,es decir entre 2900 y 6370 km. de profundidad, se denomina el Ncleo y representa alrededor del 30% de la masa del planeta. El Ncleo tiene unatemperatura estimada de 2000oC y est compuesto en un 80% por Fe y Ni; el resto por Si y S.

Cuando el magma aflora a la superficie, o cerca de ella, se enfra y cristalizaformando las rocas gneas. La accin erosiva del viento y el agua, y lasvariaciones de temperatura destruyen las rocas gneas y generan sedimentos.Estos sedimentos se acumulan en las profundidades de los ocanos y lagos,transformndose en rocas sedimentarias. Cuando las rocas sedimentariasquedan sepultadas a varios kilmetros de profundidad, las altas temperaturas ypresiones las transforman en rocas metamrficas. Estas ltimas pueden derretirsey, eventualmente, transformndose en rocas gneas. Los procesos vivientes afectan la composicin qumica de las rocas aportando carbono (ej.: carbonatos,carbn, hidrocarburos).

La vida en la Tierra est confinada a una regin relativamente pequea, llamadaBisfera, que se encuentra en torno a la interfase entre la atmsfera y la superficie(tierra y ocano), donde existen condiciones de presin, temperatura y composicin qumica favorables para el desarrollo de la vida.

La Atmsfera

La Tierra est rodeada de una capa gaseosa, llamada atmsfera, cuyo espesor alcanza aproximadamente 200 km. En la atmsfera se distinguen 4 capas, condiferentes perfiles de concentracin:

la tropsfera (0-10 km desde la superficie terrestre): La temperaturadesciende con la altura, llegando a alrededor de 60C a 10 km de altura.

la estratsfera (10-50 km): El perfil de temperatura experimenta una fuerte


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inversin, aumentando hasta cerca de los 0C. En esta capa el ozonoexperimenta un nivel mximo de concentracin.

la messfera (50-90 km): La temperatura vuelve a descender hasta llegar avalores inferiores a 100C en su parte superior.

la termsfera (90-200 km): Aqu la temperatura asciende hasta alcanzarniveles sobre 1.000C.

La atmsfera contiene, en promedio, 78,1% (en volumen) de N2, 20,9% de O2,0,93% de Argn, 0,033% de CO2, excluyendo el vapor de agua presente. Esteltimo puede constituir hasta un 7% del volumen total. El resto, menos de 0,02 % del volumen total de la atmsfera, est constituido por una mezcla de gasesnobles (Ne, He, Kr, Xe), CH4, H2, N2O, CO, O3, NH3, NO2, NO y SO2.

Las capas superiores de la atmsfera reciben la radiacin solar ultravioleta, dandoorigen a complejas reacciones qumicas en las que participan el O2, el N2 y el O3.Dichas reacciones permiten absorber una gran fraccin de la radiacin ultravioleta,impidiendo su llegada a la superficie terrestre.

La temperatura global del planeta (del orden de 15oC), est determinada por un delicado balance entre la radiacin solar que llega a la Tierra y la energa neta que ella irradia al espacio, tal como se ilustra en la Figura 2.1. Un factor esencial de estebalance trmico es la cantidad de energa absorbida por los diferentes componentesde la atmsfera. Dichos compuestos qumicos absorben radiacin en rangos delongitud de onda caractersticos para cada uno de ellos. Por esta razn, lacomposicin qumica de la atmsfera juega un papel determinante en este balance,ya que sta absorbe parte de la radiacin solar y de la energa radiada por la Tierra.

A su vez, la radiacin trmica emitida por la superficie terrestre, es absorbida por aquellos gases atmosfricos que absorben ondas largas (CO2, CH4, N2O, H2O, O3), y re-emitida hacia la superficie, produciendo un "efecto de invernadero. Estos "gasesinvernadero" son los que mantienen la temperatura de la Tierra a los niveles queconocemos. Si dichos gases no existieran, la temperatura global de la Tierra seradel orden de -18oC.

La atmsfera es un sistema dinmico que cambia continuamente. A escala global,las masas de aire circulan como resultado de la rotacin terrestre y de la radiacinsolar, dando origen a padrones de vientos, y cinturones de altas y bajas presionesen diferentes latitudes.

El clima se refiere a las condiciones atmosfricas (principalmente, temperatura y precipitacin) caractersticas o representativas en un lugar determinado. En general, se habla de clima cuando nos referimos a perodos largos (varios aos),mientras que se habla de condiciones climticas (estado del tiempo, condicionesmeteorolgicas) para describir las condiciones de la atmsfera en perodos cortos (das, o semanas).

El clima y las condiciones climticas en diferentes partes de la Tierra depende de las propiedades fsicas y la composicin qumica de la atmsfera, y del flujo deenerga solar que llega a la superficie terrestre.


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FIGURA 2.1: BALANCE TRMICO TERRESTRE

EFECTO INVERNADERO(CO2, CH4, CFC,NOx)

SUPERFICIE TERRESTRE

324W/m2

265W/m2

107 W/m2

RADIACIONREFLEJADA(onda corta)ONDA

CORTA

235W/m2

RADIACINTERRESTRE(onda larga) 390 W/m2

+CALOR

LATENTEY OTROS 169 W/m2

RADIACINSOLAR

(onda corta)342 W/m2

La cantidad de energa solar que alcanza la superficie terrestre vara con la latitud(distancia desde el ecuador), siendo mayor en la zona ecuatorial. Por lo tanto, elaire de la tropsfera est ms caliente en el ecuador y ms fro en los polos. Sobreel ecuador, el aire caliente posee una baja densidad y se eleva hasta alcanzarsuficiente altura, desde donde se mueve en direccin hacia los polos. Al llegar alos polos, las masas de aire se enfran y fluyen hacia la superficie debido a sumayor densidad. Al alcanzar la superficie de las zonas polares, estas masas deaire fro circulan a baja altura en direccin al ecuador.

En general, existen cinturones de baja presin a lo largo del Ecuador y entre laslatitudes 50 y 60 Norte y Sur, como resultado de las columnas de aireascendentes. Por su parte, existen cinturones de alta presin entre las latitudes25 y 30 Norte y Sur, donde prevalecen masas de aire descendente. Losprincipales desiertos de la Tierra estn ubicados en aquellas zonas donde existenaltas presiones atrapadas entre las bajas presiones del cinturn ecuatorial y de los dos cinturones de baja presin.

A medida que avanzan hacia y desde los polos, las masas de aire sufren la accindesviadora de Coriolis, generando patrones de circulacin caractersticos endiferentes regiones2. Ms an, existen variaciones (diarias y estacionales) en la distribucin de la radiacin solar que alcanza la superficie terrestre.

Estos padrones de circulacin de las masas de aire en la troposfera tienen un granefecto sobre la distribucin de las precipitaciones sobre la superficie. Los grandesflujos de energa solar en la zona ecuatorial resultan en la evaporacin deenormes cantidades de agua desde la superficie, llegando a niveles cercanos a saturacin. Cuando estas masas de aire hmedo se elevan y se enfran, seproduce la condensacin del vapor de agua, precipitando en las cercanas del ecuador (clima tropical). Una vez que dichas masas de aire se han movido 30(latitud Norte y Sur en direccin hacia los polos) se ha perdido gran parte de suhumedad, lo que explica las bajas precipitaciones que se constatan en esasregiones (clima seco, desrtico, semirido). Al seguir su viaje en direccin a los polos, estas masas de aire clido comienzan a incrementar sus niveles dehumedad, generando precipitaciones a medida que se acercan a las zonaspolares (latitudes 60 Norte y Sur). Al llegar a los polos, las masas de airepresentan bajos contenidos de humedad.

Existen diferentes tipos de clima, en base a diferentes criterios de clasificacin,entre los cuales figuran: clima tropical, subtropical, subrtico, rtico, continentalhmedo, desrtico, etc. A escala regional, las masas de aire que cruzan los ocanos y continentes pueden tener un significativo efecto sobre los padronesestacionales de precipitaciones y temperaturas. A nivel local, las condicionesclimticas (microclimticas) pueden variar drsticamente de un lugar a otro.

2 Para una descripcin sencilla y amena acerca del clima y la meteorologa se recomienda el texto de M. Medina Iniciacin a la Meteorologa 8 edicin. Editorial Paraninfo. Madrid. (1994).


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La temperatura y las precipitaciones juegan un importante papel en determinar lascondiciones de vida existentes en una regin, por lo que existe una estrecharelacin entre el clima y los tipos de especies vivientes. Esto sugiere que si seconoce el clima de una regin, se podra predecir que tipo de especies se encuentran all, y en que cantidad. Para estos efectos, la biosfera se puede dividiren tipos de ecosistemas (llamados biomas) caracterizados por el tipo de climaprevaleciente (ej.: desrtico, bosque tropical, praderas)3.

2.2) LA VIDA

La teora ms establecida acerca del desarrollo de la vida en la Tierra supone queexisti una evolucin gradual a partir de molculas inorgnicas simples. Todos losseres vivientes de este planeta estn compuestos de molculas orgnicas, es decir, donde la estructura bsica est dada por cadenas de carbono. Muchos de estos compuestos orgnicos pueden ser sintetizados a partir de reacciones entreH2O, NH3, CO2, CO, CH4, H2S y H2. Se cree que todas estas molculas simplesestaban presentes en la atmsfera y en los ocanos de la Tierra primitiva, en pocas remotas, donde los rayos ultravioleta provenientes del Sol llegaban a lasuperficie terrestre sin mayor proteccin, permitiendo el curso de interminablesreacciones qumicas que derivaron en la formacin de compuestos orgnicosestables, de complejidad creciente. El paso crucial desde tales molculasorgnicas, hasta los sistemas capaces de autoreplicarse, es decir, desde lo inertea lo vivo, es an materia de especulacin y su discusin cae fuera de los marcosde este texto.

Hace unos 2.000 millones de aos atrs, la atmsfera primaria contena altasconcentraciones de compuestos reductores, con slo trazas de O2. Predominaba laactividad de microorganismos procariotes (bacterias) anaerbicos, que generabanCH4, CO2 , H2S y H2. Por otra parte, la actividad de microorganismos fotosintticos,permita sintetizar compuestos orgnicos a partir de CO2 y luz, generando, adems,O2. Hace 600-1000 millones de aos atrs, una fraccin importante de la materiaorgnica, qued parcialmente descompuesta en sedimentos anxicos o sepultadacompletamente y fosilizada sin sufrir oxidacin. Ello habra producido un desbalanceentre la actividad fotosinttica y la oxidacin, permitiendo la acumulacin de oxgenoen la atmsfera y la evolucin hacia formas superiores de vida. Haceaproximadamente 300 millones de aos, se gener un gran exceso de materiaorgnica viviente, que condujo a la formacin de los combustibles fsiles que hoysostienen el desarrollo industrial.

Actualmente, cada ao se producen ms de 100 mil millones de toneladas de materiaorgnica como resultado de la actividad de los organismos fotosintetizadores,generando O2 como subproducto. Paralelamente, se oxida una cantidad equivalentede materia orgnica, formando CO2 y H2O, como resultado de la actividad respiratoriade los seres vivos y de los procesos de combustin. La proporcin entre el O2 y elCO2 en la atmsfera depende del balance bitico, de la actividad volcnica, de los

3 Para mayores detalles se recomiendan los textos de Botkin y Keller (1995), y Miller (1990)


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procesos de sedimentacin, de la radiacin solar, entre otros. Estos aspectos se abordan en mayor detalle ms adelante en este captulo, en las secciones sobre losciclos del carbono y del oxgeno.

En la actualidad, se estima que existen ms de 30 millones de especies en la Tierra,de las cuales han sido catalogadas aproximadamente un milln y medio de especiesanimales, y medio milln de especias de plantas, cada una de las cuales posee su propio nicho ecolgico (es decir, realiza funciones y ocupa un hbitat especfico).

Los organismos fotosintetizadores tienen la propiedad de capturar la energa solar yconvertirla en energa qumica, para formar estructuras moleculares de diversacomplejidad, como los azcares, almidones, protenas, grasas y vitaminas. Estacapacidad de alimentarse por si mismos es la razn por la que se denominanorganismos auttrofos.

Todos los dems organismos obtienen su energa de otras fuentes, llamndoseorganismos hetertrofos. Existe, por lo tanto, una cadena alimenticia o cadenatrfica, en la que los organismos auttrofos constituyen el nivel primario o primernivel trfico (ej.: plantas, fitoplancton). Todos los hetertrofos que obtienen suenerga directamente de los auttrofos se llaman consumidores primarios,ocupando el segundo lugar en la cadena trfica; aqu se incluyen todos losherbvoros (ej.: la vaca, el saltamontes, zooplancton). Todos los depredadores quese alimentan de los consumidores primarios corresponden al tercer nivel de lacadena trfica y se denominan consumidores secundarios (ej.: la lechuza, el lobo,la ballena). El cuarto nivel trfico corresponde a aquellos consumidores terciarios,capaces de alimentarse de los consumidores secundarios. Los omnvoros sonaquellas especies capaces de alimentarse tanto de vegetales como de animales (ej.:el hombre, el oso, la rata). Otro grupo que juega un papel importante en el reciclajede materia y energa, lo constituyen los organismos saprtrofos que obtienen su energa por degradacin de tejidos muertos o por absorcin de detritos (es decir,materia orgnica resultante de la descomposicin de organismos muertos). Lossaprtrofos (ej.: bacterias, hongos, nemtodos, caracoles, ostrcodos, etc)desintegran las estructuras biolgicas liberando nutrientes orgnicos que pueden utilizar los productores, a la vez que en si mismos, constituyen alimento para losconsumidores. Si tal descomposicin no ocurriera, todos los nutrientes quedaranatrapados en los organismos muertos, limitando la generacin de nuevos seres vivos.La accin de descomposicin de las bacterias y hongos se basa en enzimas lticas, especializadas en la desintegracin de macromolculas y otros compuestosorgnicos biticos. Dichas enzimas son secretadas sobre los cadveres y su accindegradativa genera compuestos de menor peso molecular que son absorbidos porlos saprfagos que permanecen en el medio. Ninguna especie de saprtrofos escapaz de descomponer por si sola un organismo muerto; sin embargo, laspoblaciones de desintegradores presentes en la bisfera, pueden descomponercolectivamente un cuerpo por completo. La velocidad de descomposicin de losdiferentes componentes de los cadveres de plantas y animales, vara de acuerdo asu estructura qumica: los azcares, las grasas y las protenas se descomponen conmayor rapidez, mientras que la celulosa, la lignina y la quitina, se degradan ms


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lentamente. Los productos ms resistentes terminan como sustancias hmicas 4,que son mineralizadas lentamente por la accin de organismos anaerbicos en lossedimentos marinos o en el suelo terrestre. Esto ltimo constituye un factor deretardo en la descomposicin de la materia orgnica y tiene una gran importancia enel ciclo global del oxgeno.

Los detritos, las sustancias hmicas y otros tipos de materia orgnica endescomposicin, son importantes para la fertilidad del suelo, ya que generan unaestructura favorable para el desarrollo vegetal. Adems, algunos de estoscompuestos orgnicos forman complejos quelantes con iones metlicos,mantenindolos en forma soluble y con menor accin txica permitiendo as unamayor disponibilidad biolgica de tales metales.

Las cadenas trficas no constituyen secuencias aisladas, sino que se interconectanformando redes trficas. Estas redes son expresin de la complejidad de las relaciones entre las especies dentro de un ecosistema. Basta imaginar la cadenatrfica asociada a la descomposicin de los organismos muertos, donde miles deespecies y millones de individuos se alimentan a partir de los organismos muertos yde los detritos, generando alimento y nutrientes para otros hetertrofos y auttrofos.

Los seres vivos y su entorno inerte, se relacionan de manera inseparable, atravs de complejas interacciones. Estas son a menudo tan delicadas, que unaperturbacin relativamente pequea en una caracterstica ambiental puedeprovocar serias alteraciones en otros componentes del sistema natural.

2.3) LA ENERGA EN LOS ECOSISTEMAS

Un ecosistema5 est constituido por los seres vivientes que habitan en un readeterminada, formando una comunidad bitica6, donde interactan con el mediofsico (abitico). Cada componente del ecosistema influye sobre las propiedades del otro. Dentro del ecosistema existe un flujo de energa que conduce a la formacin deestructuras biticas definidas y al reciclaje de materia entre las partes que loconstituyen. Como se mencion en prrafos anteriores, los nutrientes que formanparte de individuos de una especie, provienen de la muerte y de la desintegracin de individuos de otras especies, y los materiales circulan y se transforman en formaeficiente. An cuando cada individuo de una especie tiene una actividadindependiente, ellos estn entrelazados en forma cooperativa. Las excretas u otrossubproductos del metabolismo de los seres vivos son vertidas al entorno fsico (agua,suelo y aire), donde pasan a formar parte de nuevos procesos biolgicos y/o fsico-

4 Las sustancias hmicas poseen estructuras qumicas complejas, de tipo amorfo y coloidal. Son condensaciones de anillos aromticos combinados con productos de la descomposicin de protenas ypolisacridos. Los cidos hmicos poseen anillos fenlicos, estructuras cclicas y cadenas lateralesnitrogenadas, y unidades de carbohidratos.5 Un sistema se define como un conjunto de componentes que se interrelacionan o actan juntos,formando un todo unificado. 6 El trmino comunidad bitica se emplea para designar todos los grupos de individuos de cualquierespecie que ocupan una cierta rea.


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qumicos.

Generalmente, cuando el hombre interviene en un ecosistema lo simplifica,reduciendo el nmero de componentes. En tales intervenciones reemplazamos milesde especies de plantas y animales presentes en los ecosistemas por monocultivos, opor infraestructura antrpica (carreteras, edificios). Al reducir la biodiversidad, las especies remanentes son vulnerables al ataque de especies invasoras no deseadas(ej.: malezas, plagas).

En rigor, el ecosistema es un sistema abierto que permite la entrada y la salida demateria y energa, an cuando en algunos casos estos flujos son relativamentepequeos en comparacin con las cantidades que se reciclan al interior de stos.Los flujos de energa y materiales de entrada y salida son mayores a medida que laactividad metablica, dentro del ecosistema, aumenta, o cuando el desequilibrio entreorganismos auttrofos y hetertrofos es muy grande.

En la Naturaleza, siempre que un objeto se mueve, se calienta o se enfra, o sufrealteraciones qumicas, hay intercambio de energa. La energa se define como lacapacidad para hacer trabajo y su comportamiento est descrito por las leyes de latermodinmica. En forma muy simplificada:

La primera ley establece que la energa puede ser transformada de un tipo aotro, pero no se crea ni se destruye.

La segunda ley plantea que ningn proceso de transformacin de energa ocurreespontneamente, a menos que, haya una degradacin de la energa de unaforma concentrada a una forma dispersa.

As, el calor presente en un cuerpo se dispersar espontneamente hacia susentornos ms fros. Una fraccin de la energa se convierte en energa calrica noutilizable, por lo que ninguna transformacin espontnea de energa tiene unaeficiencia 100%. La entropa es una medida de la energa no disponible resultante delas transformaciones, y es un ndice del desorden asociado con la degradacin de laenerga. Los organismos, los ecosistemas y la biosfera entera, poseen lacaracterstica esencial de que pueden crear y mantener un alto grado de ordeninterno (es decir, una baja entropa). La baja entropa se logra a travs de unaefectiva disipacin de la energa de gran calidad (luz, enlaces qumicos) haciaenerga de baja calidad (ej.: calor).

En el ecosistema, el orden dentro de una compleja estructura viviente, se mantienegracias a la respiracin de la comunidad que bombea continuamente el desordenhacia fuera. En otras palabras, los ecosistemas y organismos son sistemastermodinmicamente abiertos, que intercambian continuamente materia y energacon el medio para reducir su propia entropa interna e incrementar la externa:

Es evidente que la cadena trfica constituye la va por la que circula la energa y los materiales, desde su fuente primaria (es decir, energa solar y CO2 atmosfrico) hacialos diferentes compartimentos biolgicos que conforman un ecosistema. En cadanivel trfico, una parte importante de la energa recibida se disipa en diferentesprocesos fsicos y qumicos que forman parte del metabolismo de las especies,


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quedando slo una pequea fraccin incorporada en los nuevos materialesalmacenados.

A modo de ejemplo ilustrativo del flujo energtico, consideremos una planta querecibe 1000 caloras de energa lumnica, la mayor parte de la cual se refleja o transmite a travs del tejido sin ser absorbida. Una gran fraccin de la energaabsorbida es almacenada en forma de calor y utilizada en la evaporacin del agua delas hojas y otros procesos fsicos, tales como el transporte hdrico dentro de la planta.El resto se utiliza en los procesos vitales, quedando un equivalente a 5 calorasalmacenadas en el tejido como material rico en energa. Este constituye un potencialenergtico adecuado para la alimentacin de otros animales. Aquel herbvoro, porejemplo un venado, que coma dicha planta que contiene 5 caloras de energaalimenticia, gastar el 90% de la energa recibida para mantener su metabolismo yslo convertir 0,5 caloras en nuevo material corporal. A su vez, el carnvoro que sealimente de aquel herbvoro ocupar slo una pequea fraccin de la energaobtenida, en un nuevo peso corporal (en este caso menos de 0,05 caloras). De estemodo, la energa qumica aprovechable en los procesos vitales, va disminuyendo amedida que se asciende en la cadena trfica.

ENERGA SOLAR 100 UNIDADESDE ENERGIA

(energa diluida)

SISTEMAFOTOSINTTICO

SISTEMA DE CONVERSINDE ENERGA

AZUCARES2 UNIDADESDE ENERGIA.

(energa concentrada)

CALOR98 UNIDADESDE ENERGIA.

(energa muy diluida)

CO2

O2

FIGURA 2.2: LA ENERGA EN LOS ECOSISTEMAS


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En los ecosistemas terrestres y acuticos, se requiere de gran produccin primariapara mantener una proporcin pequea de depredadores, resultando una distribucinpiramidal de la tasa de produccin. El hombre tiene la ventaja de que puede ocuparposiciones como consumidor primario, secundario o terciario en la cadenaalimenticia, lo que le confiere una mayor capacidad para obtener los recursos energticos y materiales para su funcionamiento fisiolgico.

El origen y la calidad de la energa disponible, determinan, en mayor o menormedida, los tipos y cantidad de organismos vivos, las funciones y el estilo de vida delos seres humanos. Los ecosistemas son impulsados por dos fuentes bsicas deenerga: energa solar y energa qumica (es decir, oxidacin de compuestosorgnicos, reacciones nucleares, reacciones exotrmicas). De acuerdo a la fuente deenerga que los impulsa, los ecosistemas pueden ser clasificados de la siguientemanera:

Ecosistemas naturales impulsados por el Sol

Constituyen el mdulo bsico de sostn de vida en la Tierra. El flujo energticomedio anual es del orden de 0,3 W/m2. Este flujo energtico, representa lamagnitud de trabajo potencial o real que hay en una unidad de rea delecosistema y, tambin, la cantidad de entropa que debe ser disipada para queel sistema mantenga su funcionamiento. Corresponden a esta categora deecosistema: los ocanos abiertos, las grandes extensiones de bosques ypraderas, los amplios y profundos lagos, en donde la energa solar directaconstituye la principal fuente de energa, existiendo otros factores que limitan eldesarrollo de la vida como, por ejemplo, escasez de nutrientes o agua. Engeneral disponen de poca energa y su productividad es reducida.

Ecosistemas impulsados por el Sol, subsidiados por otras fuentesnaturales de energa

Estos son sistemas naturalmente productivos, que no slo tienen una altacapacidad para sostener la vida, sino que, producen un exceso de materiaorgnica que se exporta a otros sistemas o se almacena. El flujo energticoanual medio es del orden de 3 W/m2. Un estuario es un buen ejemplo de estetipo de ecosistemas, en donde, adems de la energa solar directa, se cuentacon la energa de las olas, mareas y corrientes, que permiten reciclarparcialmente los nutrientes minerales, transportan alimentos y desechos,permitiendo a los organismos llevar a cabo una conversin de energa solar mseficiente. Estos subsidios energticos pueden tener muchas otras formas, talescomo la lluvia y el viento en un bosque tropical, o la materia orgnica y losnutrientes provenientes de las hojas muertas recibidos en un pequeo lagodesde una vertiente.

Ecosistemas impulsados por el Sol, subsidiados por el Hombre

La agricultura, la acuicultura y la silvicultura son claros ejemplos de estacategora. La fuente primaria de energa para el desarrollo de la vida en tales


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ecosistemas sigue siendo el Sol, pero con un considerable aporte de energaentregada por el hombre. Los flujos energticos son del orden de 5 W/m2 . Seobtienen grandes rendimientos en los cultivos alimenticios mediante los aportesde combustibles, energa mecnica animal, riego, fertilizacin, seleccingentica y control de plagas, todos los cuales representan energa adicionalaplicada directa o indirectamente. Tomando las palabras del eclogo H.T.Odum los alimentos y fibras obtenidos de la produccin agrcola y forestal sehacen en parte, de petrleo.

Ecosistemas urbano-industriales impulsados por combustibles

La obra maestra de la Humanidad. La energa potencial altamenteconcentrada de los combustibles reemplaza en gran medida a la energa solar,con flujos energticos en el rango 10-400 W/m2. Una ciudad como Tokio, tieneuna densidad de consumo energtico del orden de 400 W/m2 (cifra comparablecon la energa solar que llega a la superficie terrestre: 130-300 W/m2), y elpromedio para la Cuenca Industrial del Ro Rin de 10 W/m2. En su extremo msdrstico, ello representa una seria anomala del desarrollo social moderno, yaque el complejo urbano-industrial se transforma en un verdadero parsito de losotros ecosistemas, tomando de ellos los materiales y combustibles, lo quegenera nuevas riquezas y nuevos residuos. Si se lograra utilizar en formaconcentrada la energa solar directa en los centros urbanos, para suplir susdiferentes requerimientos energticos y materiales primarios, y reemplazarparcialmente los combustibles fsiles y la importacin de alimentos desde laszonas rurales, ello tendra un efecto global beneficioso para la Humanidad y suentorno natural.

Aparte de la distribucin de energa en la cadena trfica, es interesante revisar el flujode materia, particularmente de aquellos compuestos que por sus caractersticasqumicas tienden a concentrarse en cada eslabn de la cadena alimenticia. Unejemplo ilustrativo es el caso del DDT utilizado para controlar las poblaciones de mosquitos en los humedales del Sur de EEUU, durante varios aos. El DDT,adems de ser altamente txico, es liposoluble, por lo que tiende a acumularse en lostejidos grasos. A pesar de que el DDT se aplic en dosis inferiores a los niveles detoxicidad aguda para plantas, peces y otros animales, los residuos venenosos deDDT persistieron en el ecosistema por largos perodos, lo que permiti suacumulacin en los distintos niveles trficos. El DDT se adsorbi en los detritos y se acumul en los detritvoros, peces pequeos y depredadores de mayor tamao.Como resultado, la concentracin de DDT mostr un significativo aumento a mayores niveles de la cadena trfica, tal como se muestra en la Tabla 2.1.

La amplificacin biolgica es caracterstica de muchos plaguicidas, particularmentede aquellos basados en compuestos organoclorados. El DDT fue prohibido a finesde la dcada de los 70, cuando se comprob su efecto negativo sobre las aves(alteraciones al metabolismo del calcio) y el peligro potencial sobre la salud humana.


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TABLA 2.1: CONCENTRACIN DE DDT EN DISTINTOS NIVELES DE LACADENA TRFICA7

NIVELES DE LA CADENA TRFICACONCENTRACIN DE DDT

(MG DDT / KG PESO SECO DEORGANISMOS)

Agua (mg/litro agua) 0,00005Plancton 0,04Carpita plateada 0,23Lucio pequeo (depredador) 1,33Pez aguja (depredador) 1,33Gaviotn (depredador de animalespequeos)

3,91

Gaviota (carroera) 6,00Cuervo marino 22,8Cormorn (depredador de peces mayores) 26,4

2.4) EQUILIBRIOS EN UN ECOSISTEMA

Los ecosistemas estn sujetos a constantes estmulos perturbadores, tales como:cambios climticos, variaciones en la humedad, temperatura, radiacin solar; ademslos organismos crecen y a su vez son devorados por otros, varan los ndices defertilidad, existen migraciones, el suelo pierde o recibe nutrientes, etc.. A pesar deestos cambios constantes, los ecosistemas presentan un cierto nivel de estabilidad,ya sea resisten las tensiones del medio, o se recuperan con rapidez de unaperturbacin. En todos los ecosistemas intervienen un conjunto de factores opuestosque se conjugan para mantener un equilibrio dinmico, donde los organismos vivosjuegan un papel fundamental. A nivel del ecosistema existen, entre otros,subsistemas microbianos que regulan el almacenamiento y la liberacin denutrientes; y subsistemas del tipo depredador-presa que controlan las poblaciones.Se ha observado que mientras mayor sea la biomasa presente y su diversidad,mayor es su nivel de estabilidad frente a diferentes perturbaciones.

Los flujos de materia y energa en los ecosistemas constituyen tambin flujos deinformacin qumica y fsica entre las partes constituyentes, anlogos a losmensajeros nerviosos y hormonales de los organismos superiores. Estos flujos estnorganizados de modo que regulan el sistema como un todo, otorgndole un ciertogrado de estabilidad. El mecanismo de regulacin dominante que se observa en lossistemas naturales, corresponde a un control con retroalimentacin negativa, talcomo se ilustra esquemticamente en la Figura 2.3.

7 Datos citados por E.P Odum op.cit.


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SUBSISTEMA A

SUBSISTEMA B

SALIDAENTRADA

SISTEMA

__

+

SUBSISTEMACONTROLADOR SALIDA

ENTRADA

SISTEMA

__

+ PUNTO DE REFERENCIA

FIGURA 2.3: CONTROL RETROALIMENTADO EN ECOSISTEMAS

FIGURA 2.4: CONTROL HOMEOSTSICO EN LOS ORGANISMOS


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En este caso, los mecanismos de control son internos y difusos, con interaccionesentre los subsistemas primarios y secundarios. Adems de este mecanismo, laestabilidad de los ecosistemas se mantiene gracias a una redundancia en loscomponentes funcionales; es decir, ms de una especie o componente es capaz deejecutar una funcin determinada. Por ejemplo, si existen varias especiesautotrficas, con diferentes temperaturas ptimas, la tasa de fotosntesis en lacomunidad puede mantenerse relativamente estable frente a cambios en la temperatura.

En los seres vivos, el mecanismo de regulacin retroalimentado, presenta uncontrolador externo, que tiene un punto de referencia previamente especificado 8.

En los ecosistemas, el tamao de las poblaciones y las proporciones entre ellasmuestran oscilaciones an en aquellos sistemas con mayores niveles de estabilidad.Si en un ecosistema hay suficiente alimento y no existe depredacin, una bacteriaque se duplique cada 20 minutos, dara origen a 1043 bacterias en menos de dosdas. En general, todas las especies tienen un gran potencial bitico, es decir,pueden desarrollarse rpidamente si las condiciones en el ecosistema favorecen sucrecimiento. Sin embargo, existen presiones ambientales que inhiben el potencial decrecimiento de las especies.

El nivel poblacional de una especie en cualquier ecosistema est controlado por loselementos esenciales para la vida (es decir, nutrientes y factores fsicos). Aquelloselementos que se encuentren muy cercanos a los lmites de tolerancia, se constituyen en factores limitantes. Los lmites de tolerancia incluyen un nivel mnimoy mximo para cada factor relevante.

Entre los factores fsicos ambientalmente importantes en tierra, se incluyen: la luz, latemperatura, la humedad, el pH, los nutrientes, el espacio disponible y el viento. Enel ambiente marino, se deben considerar: la luz, la temperatura, el oxgeno, el pH, los nutrientes, la salinidad y las corrientes marinas.

La temperatura es un factor ambiental de mxima importancia. Existen especies debacterias y algas capaces de sobrevivir a niveles de hasta 80-88C, mientras que lospeces e insectos ms resistentes, pueden soportar hasta 50C. Algunosmicroorganismos pueden soportar niveles muy bajos de temperatura (decenas de grados bajo cero). Las especies acuticas presentan rangos de tolerancia a latemperatura ms estrechos que las especies terrestres. La temperatura suele ser causa de zonificacin y estratificacin en los medios acuticos y terrestres. Unfenmeno interesante es el aletargamiento o inhibicin presentado por organismossometidos a un nivel constante de temperatura. Parece existir un efecto estimulanteen los cambios de temperatura dentro de los rangos de tolerancia.

La luz es un factor ambiental vital, que juega un papel fundamental en la fotosntesisy en la vida de los animales. Desde el punto de vista ecolgico, interesan la longitudde onda, as como la intensidad y duracin de la luz, existiendo niveles de toleranciamximos y mnimos en distintas especies.

8 En biologa los mecanismos de control retroalimentado se denominan mecanismos homeostsicos.


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El factor biolgico de resistencia ambiental ms importante lo constituyen laspresiones de depredacin y competencia, an cuando ellas no son las nicas formasde interaccin entre dos especies. La competicin es una interaccin en que dos oms organismos tratan de ganar control sobre un recurso limitado.

La depredacin constituye una parte integral del funcionamiento de todoecosistema, ya que los hetertrofos estn obligados a comer para sobrevivir. Enecosistemas estables, el crecimiento y la depredacin estn equilibrados de tal modoque todas las especies tienen poblaciones viables. La poblacin de un herbvoroest regulada tanto por la disponibilidad de alimento (hierbas), como por el tamao yvitalidad de la poblacin depredadora. La abundancia de hierbas depende de losfactores que afectan la fotosntesis (luz, agua, nutrientes), y de voracidad de lapoblacin de herbvoros. A su vez, la poblacin de depredadores est regulada porel tamao y vitalidad de la poblacin de herbvoros.

La depredacin tambin constituye una presin favorable en la seleccin natural de laespecie presa, ya que los ms aptos tienen mayores posibilidades de ejerceracciones defensivas ms efectivas y sobrevivir.

Otras interacciones de inters entre especies incluyen:

Amensalismo: Una especie inhibe el crecimiento de otra, sin que sta le afecte.

Parasitismo: Es un caso particular de depredacin, en que el depredador es muchoms pequeo que la presa, y obtiene su alimento al consumir el tejido o el suministrode alimento de un husped.

Comensalismo: Una especie saca provecho de un husped sin que este ltimo seaafectado.

Protocooperacin: sta es una relacin favorable entre dos especies, pero no esobligatoria. Por ejemplo, una especie puede servir de vehculo de transporte,mientras que la otra aporta capacidad defensiva frente a depredadores.

Mutualismo: Es otro tipo de interaccin benfica y necesaria para ambas partes. Enmuchos casos, existe una dependencia directa, donde ambos organismos debencrecer juntos para sobrevivir.


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2.5) LOS CICLOS BIOGEOQUMICOS

Tanto la estructura fsica como la composicin qumica de la Tierra estn en constante cambio. Las diferentes placas de la corteza terrestre se mueven enprocesos a gran escala, extremadamente lentos, con tiempos caractersticos del orden de cientos de miles de aos o ms, cuyas manifestaciones actuales setraducen en erupciones volcnicas, formacin de nuevos volcanes y terremotos.Por otra parte, los diferentes compuestos qumicos que forman el planeta sufrenreacciones qumicas, cambios de fase y transporte de una regin a otra. El flujo de materiales, entre los que se incluyen los componentes del protoplasma, tienelugar a travs de los diferentes comportamientos del ambiente fsico y biolgico,en rutas ms o menos circulares denominados ciclos biogeoqumicos. Laatmsfera, los ocanos (parte de la hidrsfera) y la corteza terrestre son losprincipales compartimentos que sirven de reserva para los materiales esencialespara la vida en la Tierra. En dichos compartimentos, los diferentes elementos seencuentran en grandes cantidades (del orden de miles de millones de toneladas) ysus tiempos de residencia pueden ser de unos pocos das (ej. el agua en la atmsfera) hasta miles o millones de aos (ej. los carbonatos en el fondo de losocanos).

El agua participa como vehculo de materia y energa, ya que sus propiedadesqumicas y termodinmicas le confieren un papel fundamental en los procesosnaturales. Este compuesto est en continuo movimiento entre la atmsfera, los ocanos y los continentes, permitiendo el transporte rpido de energa calrica y de compuestos qumicos. El transporte de materiales entre la atmsfera y los ocanos se basa en procesos de evaporacin, precipitacin, arrastre y depositacin de polvos y aerosoles. Mecanismos fsicos similares permiten elintercambio de materia entre la atmsfera y el suelo. Por su parte, los rostransportan slidos en suspensin y compuestos disueltos hacia el mar, donde seintegran a los sedimentos aquellos compuestos insolubles. Los compuestos de la corteza se exponen al suelo en los levantamientos producidos por los terremotos uotros movimientos de tierra, mientras que las erupciones volcnicas aportanmateriales que se encuentran en el manto terrestre.

Es importante recalcar aqu que la actividad biolgica juega un papel fundamentalen la dinamizacin de los ciclos biogeoqumicos. Como se ver en los prrafossiguientes, los microorganismos, las plantas y los seres hetertrofos participanactivamente en los ciclos asociados al oxgeno, carbono, nitrgeno, azufre y fsforo.

Dichos procesos naturales han ocurrido desde mucho antes de la aparicin delhombre. La actividad humana puede causar cambios en la velocidad de algunosde estos procesos, dinamizando cambios desfavorables para su propia existencia.Por ejemplo, el incremento de las emisiones de CO2 debido a la combustin depetrleo, gas, lea, carbn y otros combustibles, sumado a la disminucin de la biomasa fotosinttica, parece ser responsable del significativo aumento de la concentracin de CO2 en la atmsfera. Dentro del contexto de este trabajo, esimportante conocer los ciclos biogeoqumicos ms relevantes. A continuacin se


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presenta una breve descripcin de los ciclos del agua, el oxgeno, el carbono, el nitrgeno y el azufre, ya que estas se encuentran mayoritariamente presentes en los seres vivos.

2.5.1) Ciclo Hidrolgico

El agua tiene una importancia fundamental en el desarrollo de la vida en el planeta. Cubre el 70% de la superficie, y sus propiedades controlan lascondiciones climticas que hacen factible la vida. Es uno de los solventes mspoderosos que existen, y es uno de los vehculos de transporte de materiales msimportante, tanto dentro de los seres vivientes, como en el entorno fsico.Adems, el agua posee un alto calor de vaporizacin (del orden de 2260 (kJ kg1))y calor especfico (4,2 (kJ kg1 K1)), que la transforman en un vehculo detransporte de energa de importancia fundamental en el control climtico terrestre.

Las fuerzas gravitacionales y la energa solar constituyen las principales fuerzasmotrices del ciclo hidrolgico. La gravedad afecta la circulacin de los ros yaguas subterrneas, mientras que el resto del ciclo hdrico, es determinado por la energa solar. La absorcin de dicha energa genera evaporacin de las aguassuperficiales, tanto continentales como ocenicas. Adems, una pequea fraccinde la energa solar incidente, genera los vientos y las corrientes, que ayudan a lacirculacin de la atmsfera y las masas de agua.

La energa absorbida a la forma de calor latente durante la evaporacin, esliberada durante la condensacin, por lo que estos flujos hdricos son tambinvehculos de transporte de energa desde una regin a otra. El efecto neto de estatransferencia de energa es una reduccin de las diferencias de temperatura entrelas diferentes zonas de la Tierra.

Otro efecto adicional del ciclo hidrolgico, deriva de la gran capacidad solvente delagua. La lluvia absorbe aquellos compuestos solubles presentes en la atmsfera,tales como: O2, N2, CO2 y xidos de S y N. Esto ltimo puede incrementarsignificativamente la acidez de las lluvias. A su vez, la escorrenta debida a lasprecipitaciones, disuelve los compuestos solubles del suelo y las rocas, procesoque es facilitado a bajo pH. Como resultado de esto, la escorrenta que llega a los ros, lagos y mares, es rica en compuestos disueltos, que luego pueden formar compuestos insolubles, y precipitar o sufrir nuevas transformaciones qumicas.

Los aerosoles de agua de mar generados por accin del viento y las olas, sonarrastrados por los vientos tierra adentro, donde son depositados por accin de las lluvias o la nieve o como depositacin seca, representando una importante fuentede sodio y cloro.

Las tablas siguientes muestran las reservas de agua en la Tierra, as como los flujos anuales ms importantes. Se observa que existe un flujo de agua netodesde los ocanos a la tierra (equivalente a 46 1012 m3/ao), el que retorna al mar va los ros y acuferos subterrneos. El tiempo de residencia medio del agua en la atmsfera es del orden de 8 a 9 das, mientras que en el mar es del orden de4000 aos. Es importante considerar que el agua fresca, incluyendo aquella


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existente en los polos, glaciares, acuferos subterrneos, humedales, ros, lagos y otras fuentes superficiales de agua dulce, corresponde al 2,69% del total existenteen la Tierra.

TABLA 2.2: RESERVAS DE AGUA

LUGAR 1015 m3 %

Ocanos 1350 97,31Polos y glaciares 30 2,16Acuferos subterrneos 7 0,50Lagos, ros, humedales y otros 0,4 0,029Atmsfera 0,01 0,001

TABLA 2.3: FLUJOS HDRICOS

FLUJOS 1012 m3 / ao %Precipitaciones sobre los ocanos 410 79,15Precipitaciones sobre los continentes 108 20,85

Total Precipitaciones 518 100,00

Evaporacin en los ocanos 456 88,03Evapotranspiracin (desde los continentes) 62 11,97

Total Evaporacin 518 100,00

2.5.2) Ciclo del Oxgeno

El oxgeno se encuentra presente en todo el mbito terrestre. Es un importantecomponente de la corteza terrrestre, donde representa un 28,5% en peso,formando silicatos, carbonatos, fosfatos, sulfatos y xidos metlicos,qumicamente estables. En el sistema hidrolgico forma parte de la molcula de agua y tambin est como O2 disuelto. Finalmente, la atmsfera contiene un 23,2% en peso de oxgeno, principalmente a la forma de O2.

El O2, tanto atmosfrico como disuelto en agua, es altamente reactivo,participando en los procesos de oxidacin asociados a los ciclos geoqumicos delcarbn, hidrgeno, nitrgeno, azufre y fierro.

La mayor parte del O2 es producido por accin de la fotosntesis que ocurre en presencia de luz:

LUZ, CLOROFILA n CO2 + n H2O n O2 + (CH2O)n


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A travs de este proceso, las plantas verdes y las algas absorben energa lumnicay la convierten en energa qumica, almacenada en los enlaces de los compuestosorgnicos que se forman. Por ejemplo, para generar un mol de glucosa mediantefotosntesis, se requieren 2880 kJ a 25oC y 1 atm. Las plantas verdes contienenmolculas de clorofila que son capaces de absorber luz visible, principalmente enel espectro del rojo y el azul.

Adicionalmente, una pequea cantidad de oxgeno se forma por fotodisociacindel agua en las regiones superiores de la atmsfera, debido a la accin de losrayos ultravioleta (UV). La radiacin UV tambin est involucrada en la conversin del O2 a ozono (O3), en la estratsfera. El ozono tiene una gran capacidad paraabsorber la letal radiacin UV, impidiendo que sta alcance la superficie terrestre.

El O2 participa en todas las reacciones de oxidacin, tanto aquellas que ocurren por procesos qumicos espontneos, como debido a la accin respiratoria de los organismos vivientes, por ejemplo:

(CH2O)n + n O2 n CO2 + n H2O

CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O

S= + O2 SO2

SO2 + O2 SO4=

Existe suficiente evidencia que demuestra que la concentracin de O2 en laatmsfera se ha mantenido constante por millones de aos, lo que refleja un estricto equilibrio entre las tasas de consumo y de formacin de O2. Al parecerexisten mecanismos de regulacin de accin rpida, que permiten mantener elnivel de oxgeno a los niveles actuales. Dicho mecanismo de controlretroalimentado, est ligado, probablemente, al ciclo del carbono y a la cantidad demateria orgnica que es incorporada a los sedimentos ocenicos. Este fascinanteaspecto se discute ms extensamente en la seccin sobre la Teora de Gaia.

2.5.3) Ciclo del Carbono

El 99% del carbono del planeta se encuentra presente en las rocas a la forma de carbonato (normalmente, como CaCO3) o como carbono orgnico disperso. El 1%restante se encuentra presente en: la atmsfera, los seres vivos, los combustiblesfsiles y compuestos orgnicos e inorgnicos disueltos en agua. Los organismosvivientes estn compuestos principalmente de agua y de una amplia gama de compuestos orgnicos.

El carbono acompaa estrechamente al ciclo del oxgeno en los procesosfotosintticos y en los procesos de oxidacin de materia orgnica, ya sea por la combustin o por actividad biolgica.

El CO2 generado por la oxidacin de compuestos orgnicos se disuelve fcilmente


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introducción a la ingeniería ambiental

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