biosfera - atmosfera 02

8/18/2019 biosfera - atmosfera 02

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BIOSFERA:

LA ATMOSFERA

M. Sc. Ronald Gutierrez Moreno

Facultad de Ingeniería

Escuela de Ingenieria Civil y Ambiental/ Bioquímica


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Ponente / DocenteFacultad / Escuela / Programa

Bioquímica

En ecología, la biosfera o biósfera es el sistema formado por elconjunto de los seres vivos propios del planeta Tierra, juntocon el medio físico que les rodea.

La biosfera está distribuida cerca de la superficie de

la Tierra, formando parte de la litosfera, hidrosfera yatmósfera. La biosfera es el ecosistema global.

BIOSFERA


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Bioquímica


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Bioquímica

Flujo de materia y energía Todos los seres vivos necesitan materia y energía para llevar a

cabo sus funciones vitales. Toda la energía utilizada por los seresvivos proviene del Sol, está energía es consumida y ya no volverá aser utilizada por los seres vivos, por eso se dice que la energía que

atraviesa un ecosistema es unidireccional, es decir, fluye en unasola dirección.

La materia orgánica procedente de restos y cadáveres de seresvivos es transformada por algunos microorganismos en materia

inorgánica. Esta materia es consumida por los seres autótrofos. Asu vez, cuando estos mueren, sus restos son de nuevotransformados en materia inorgánica, es por ello, que la materiaconstituye un ciclo cerrado en el ecosistema.


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Flujo de materia y energía

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LA ATMOSFERA

La atmósfera como parte del planeta tierra, está

constituida por una mezcla de gases que vadesde la superficie terrestre hasta por encima de100 Km.

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Bioquímica

COMPOSICIÓN DE LA ATMÓSFERA :

El 99,98 % del volumen de la atmósfera pordebajo de los 90 Km tiene la siguientecomposición:

Nitrógeno : 78,08 %Oxígeno : 20,94 %

Argón : 0,93 %

Dióxido de Carbono : 0,03 %

99,98 %

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ESTRUCTURA DE LA ATMÓSFERA- La atmósfera no es una capa homogénea.- Muestra una estratificación que puede serdefinida en función al comportamiento de latemperatura con la altura.

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1. TROPOSFERA : Es la capa inferior en contacto con

la superficie de la tierra. Su altura es de unos 16 Kmen el Ecuador y de 8 Km en los polos. La temperaturava desde 20 o C hasta –55 o C.

- Esta capa tiene mayor trascendencia para la

vida ya que además de contener cerca del 75 % de lamasa total de la atmósfera contiene también,prácticamente todo el vapor de agua.

- El límite superior de la troposfera esta dadopor la tropopausa, la cual es una capa de transiciónen la que la temperatura es constante hasta lasiguiente capa.


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2. ESTRATOSFERA : esta definida por unincremento de la temperatura con la altura,esto debido a la absorción de radiación

ultravioleta por el ozono. Esta capa se ubicaentre los 16 Km y 50 Km aproximadamente.También tiene una capa de transición llamada

estratopausa antes de la siguiente capa, endonde la temperatura se mantiene constante.


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3. MESOSFERA : Capa ubicada entre los 50 y80 Km sobre el nivel de la tierra, contemperatura descendiendo con la altura hasta

– 80 °C aproximadamente.- Sobre los 80 Km se tiene la mesopausa

(con temperatura constante) capa de

transición antes de la siguiente capa, latermosfera.


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4. IONOSFERA:Capa ubicada sobre los 80 Kmde altura y hasta aproximadamente 300 Km.Experimenta un incremento de temperatura

con la altura a consecuencia de la absorciónde radiación ultravioleta y rayos Xprovenientes del sol, las cuales ionizan lasmoléculas y átomos de oxígeno y nitrógeno

allí presentes, por esto se suele llamarIonosfera o termosfera.


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5. EXOSFERA : Capa ubicada por encima delos 300 Km, muy enrarecido y formada porátomos de helio, hidrógeno y oxígeno.

Es obvio que en términos de losfenómenos vivos, la capa mas importante es

la Troposfera y en parte la Estratosfera.


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CIRCULACIÓN ATMOSFÉRICALa atmósfera es la capa de gases que rodea la Tierra yque, gracias a su baja densidad, puede desplazarsefácilmente sobre su superficie. Como ocurre con todoslos gases, el aire modifica su densidad en función de latemperatura y esto hace que pueda ascender ydescender.

Dado que hay constantes variaciones de temperatura

entre unos puntos y otros de la Tierra, el aire está encontínuo movimiento. Su ascenso o descenso no seefectua en línea recta, y esto origina los vientos.


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EL CLIMA

- El clima es el resultado de la interacción dela radiación, la temperatura, la humedad, la

precipitación, los vientos y la presión; en sucaracterización se toman períodos de tiempolargos.

- Las condiciones de un momento dadose denominan tiempo.

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PROBLEMAS ATMOSFERICOS

Los problemas ambientales globales que seevidencian en la actualidad, básicamente, sonconsecuencia de una inadecuada política de

desarrollo de la humanidad con una larga historia enla que, la industrialización, marcó un punto dequiebre en la salud ambiental del planeta tierra,nuestro hogar, hoy amenazada por diversas

situaciones que la tornan un tanto vulnerable yproclive al daño ecológico en el que el ser humanosufriría las peores consecuencias.


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EFECTO INVERNADERO

Definición: Es un proceso natural mediante elcual la luz solar es absorbida y convertida en

radiación infrarroja, luego cuando ésta esdevuelta al espacio exterior parte de ella esabsorbida por los gases invernadero y produceuna forma de aislante sobre la tierra, con lo que

se aumenta la temperatura en la tropósfera ypor ende en la tierra.


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Gases de invernadero

Dióxido de carbono (CO2): Representa el 50 % de laproducción de gases de invernadero.

Fuentes: quema de combustibles fósiles (67 %) ydeforestación (33 %).

Metano (CH4):Responsable de cerca del 18 % de lageneración humana de gases de invernadero.

Fuentes: Bacterias que descomponen materia orgánica,rellenos sanitarios, tractos digestivos, etc

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Bioquímica


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Bioquímica


EFECTOS POSIBLES1. Elevación de las temperaturas mundialesvinculados a dos efectos principales:cambos climáticos y un ascenso en el niveldel mar.

2. Vientos cálidos y secos en Europa,Fenómeno del Niño en Pacífico Sur,tormentas intensas y huracanes frecuentes.

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Nombre del Programa


MEDIDAS DE PREVENCION1. Establecer un tope mundial de las emisiones de

dióxido de carbono.

2. Estimular el progreso de la energía nuclear

3. Acelerar los acuerdos internacionales paradeterminar calendario de eliminación de CFC.

4. Detener la pérdida de bosques tropicales y

fomentar la plantación de árboles en áreasdeforestadas.


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Nombre del Programa


5 Hacer mas rigurosas las reglas deconservación de energía.

6 Adoptar medidas para reducir las cantidadesde combustible gastados en transporte.

7 Invertir y desplegar tecnologías de energíarenovable: acumuladores solares y energía

eólica, térmica, etc. Hacer mas rigurosas

las reglas de conservación de energía.


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Bioquímica


DEPOSICIÓN ÁCIDA

DEFINICIONEs la lluvia, niebla, bruma ó nieve con masacidez de lo normal

FUENTES1. Como fuente natural se tiene 1,42 x 108

toneladas por año de óxidos de azufre (devolcanes, espuma de mar, procesos

microbianos) y de 1,4 x 109

de toneladas deóxidos de nitrógeno (de los relámpagos, laquema de biomasa y los procesos microbianos).


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Bioquímica


2 Las fuentes antropogénicas se calculan en7,3 x 107 millones de toneladas de óxidosde azufre 1,5 x 107 millones de toneladas deNO x.

3 La diferencia entre ambas fuentes es quelos óxidos de la fuente antropogénica estan

concentradas en las regiones industriales entanto que las emisiones naturales estándistribuidas en todo el planeta.

DEPOSICIÓN ÁCIDA

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Nombre del Programa


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Bioquímica


DEPOSICIÓN ÁCIDA

EFECTOS1. El pH del ambiente es crucial porque afecta el

funcionamiento de casi todas enzimas,hormonas y proteínas de los organismos.

2. Cuando los ecosistemas acuáticos se acidificancasi todos los organismos superiores mueren.

3. En el suelo suele lixiviar aluminio y diversos

metales pesados con la filtración del agua,volviéndose muy tóxicos para animales y plantas.


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Bioquímica

4 El daño en los bosques de debe a reaccionesquímicas con los suelos. Cuando las sales dejan deneutralizar la lluvia ácida, se desprenden iones dealuminio de los minerales del suelo los cuales sontóxicos para el crecimiento de los árboles.

5 Deterioro de piezas de ornato, monumentos yfachadas de edificios, los cuales estén hechos depiedra caliza y mármol.

DEPOSICIÓN ÁCIDA


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Bioquímica


ACCIONES PARA MITIGAR SU EFECTO- Entre las medidas que se pueden tomar para reducir la

emisión de los contaminantes precursores de ésteproblema tenemos las siguientes:

- Reducir el nivel máximo de azufre en diferentes

combustibles.- Trabajar en conjunto con las fuentes fijas de la industriapara establecer disminuciones en la emisión de SOx yNOx, usando tecnologías para control de emisión deestos óxidos.

- Impulsar el uso de gas natural en diversas industrias.- Introducir el uso de convertidor catalítico en los vehículos

motorizados.


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Biouímica


- La conversión a gas en vehículos de empresas

mercantiles y del gobierno.- Ampliación del sistema de transporte eléctrico.- No agregar muchas sustancias químicas en los

cultivos.- En casos extremos adición de un compuesto

alcalino en lagos y ríos para neutralizar el pH.- Control de las condiciones de combustión

(temperatura, oxígeno, etc.).


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Biouímica


-Contaminantes de la Atmósfera:

Los principales contaminantes primarios son los óxidosde nitrógeno(NOx) y los compuestos orgánicos volátiles

a) El monóxido de nitrógeno (u óxido nítrico) se formacuando el oxígeno y el nitrógeno atmosféricos reaccionan

a altas temperaturas -esta reacción se da, por ejemplo, enlos motores de combustión de los automóviles de lasiguiente forma: N2 + O2 2NOSin embargo, el óxido nítrico es una molécula altamenteinestable en el aire ya que se oxida rápidamente enpresencia de oxígeno:

2NO + O2 2NO2


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Biouímica


b) Monóxido de carbono: producto indeseado de la

combustión de combustibles fósiles. Se forma por lacombustión incompleta del carbono o de compuestos que locontienen: 2C + O2 2CO Es considerado venenoso para los seres humanos, interfiere

con el transporte del oxígeno. La hemoglobina se combina conel oxígeno de la siguiente manera:Hb + O2 HbO2 (oxihemoglobina)

El CO penetra en los pulmones debido al aire contaminado oel humo del cigarrillo, puede combinarse con la hemoglobinapara formar carboxihemoglobina (HbCO) impidiendo el normaltransporte de oxígeno:

Hb + CO HbCO


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Biouímica


c) Dióxido de azufre: Se forma cuando se queman carbón y

petróleo y petróleo, que contienen azufre:S + O2 SO2Tambien se forma en la refinación de ciertos metales que sonsulfuros : 2PS + 3 O2 2PbO 2SO2Luego: 2SO2 + O2 2SO3Sus efectos en las plantas es la inhibición de su crecimiento yletales en alguna de ellas.No se ha encontrado pruebas definitivas que provoquenenfermedades respiratorias, pero si una correlación entre la

incidencia de óxidos de azufre en la atmosfera y el índice demuertes de personas con enfermedades crónicascardiovasculares y respiratorias.


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Biouímica


d) Entre los compuestos orgánicos volátiles (COVs) se

encuentran los hidrocarburos no quemados que pueden seremitidos también por vehículos, así como disolventes ocombustibles que se pueden evaporar fácilmente. Tambiénéstos pueden provenir de zonas arbóreas, al emitirse de forma

natural hidrocarburos, principalmente isopreno.e) Material particulado: Además de los contaminantesgaseosos, el aire puede tener partículas de sólidos y líquidossuspendidas y dispersas.Se ha encontrado que contiene gran variedad de sustancias:aluminio, calcio, hierro, plomo, magnesio, y sodio, combinadoscon iones como nitratos, sulfato y cloruro.


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Biouímica


SMOG FOTOQUIMICO

- El smog fotoquímico «neblumo» es un problemamedioambiental que afecta, sobretodo, a las grandesciudades; donde la concentración de contaminantes en laatmósfera es mayor.

- El proceso de formación del smog fotoquímico es muycomplejo ya que implica varias reacciones diferentessufridas por decenas de compuestos distintos


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Biouímica


Reacciones

Durante el día el dióxido de nitrógeno se disocia en monóxidode nitrógeno y radicales oxígeno:NO2 + hν → NO + O·

El O· se combina con oxígeno molecular generando ozono:O· + O2 → O3

En ausencia de COVs este ozono oxida al monóxido denitrógeno de la etapa anterior:O3 + NO → O2 + NO2

Pero en presencia de COVs, éstos se transforman en

radicales peroxi que a su vez oxidan al NO:ROO· + NO → RO· + NO2

De esta forma el NO no está disponible para reaccionar con elozono y éste se acumula en la atmósfera.


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Biouímica


-Muchos de los radicales RO· generados terminan

formando aldehídos. Éstos, cuando la concentración deNO es baja (conforme avanza el día), pueden reaccionarcon NO2 dando lugar a compuestos del tipoRCOOONO2 (cuando R es un metilo se denomina

peróxido de acetilnitrato, PAN, un compuesto tóxico).

- La formación del HNO3 se produce al final del día porreacción del NO2 con radicales oxhidrilo:NO2 + OH· → HNO3


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Biouímica


- Durante la noche los radicales OH· pueden reaccionar con elNO dando ácido nitroso, que se disocia en presencia deluz, pero es estable durante la noche.OH· + NO → HONO

HONO + hν → OH· + NO

- Durante la noche las reacciones de smog fotoquímico se venmuy reducidas al necesitar la luz para funcionar, aunque

éstas pueden continuar a través de otros compuestos.


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Biouímica



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Bioquímica


DETERIORO DE LA CAPA DE

OZONONATURALEZA DE LA CAPA DE OZONO: El sol además dela luz visible, emite radiación ultravioleta (UV)

- Es importante distinguir entre UVA y UVB.- La UVB va de 280 a 320 nm

- La UVA va de 320 a 400 nm.

- La radiación UVB es la de mayor energía y porlo tanto la mas peligrosa.


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Bioquímica



OZONOIMPORTANCIA DE CAPA OZONO

- Absorbe casi toda la radiación UV (99%), en laestratósfera protegiéndonos de sus efectos nocivos.

- La radiación UV si llegara a ser absorbida portejidos de organismo, dañaría proteínas y moléculas de

ADN, del exterior de los seres vivos.- Sería difícil la vida terrestre.


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Bioquímica


DETERIORO DE LA CAPA DEOZONO

FORMACIÓN Y DESCOMPOSICIÓN DE LA CAPA DE

OZONO :O2 + UVB O + O (1)O + O2 O3 (2)O + O3 O2 + O2 (3)

O3 + UVB O + O2 (4)


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Bioquímica


DETERIORO DE LA CAPA DE OZONO

HALÓGENOS EN LA ATMOSFERA

- La principal sustancia destructora de la capa deozono son los clorofluorocarbonos (CFCs), los cuales son

hidrocarburos halogenados.- A presión normal son gases, pero se licuan a poca

presión, desprendiendo calor y por lo tanto se enfrían.

- Se emplean en refrigeradoras, en espumas

plásticas, como agente presurizador en las latas deaerosoles, etc.


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Bioquímica



REACCIONES DE LOS CFCs :

CFCl3 + UV Cl + CFCl2 (5)

Cl + O3 ClO + O2 (6)

ClO + ClO 2Cl + O2 (7)

Las reacciones (6) y (7) comprenden el ciclo delcloro porque se regenera todo el tiempo en las

reacciones con el ozono.- Cada átomo de cloro descompone 100,000

moléculas de ozono.


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Concentración de Ozono en el tiempo


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CONSECUENCIAS DE LA DISMINUCIÓN DE LACAPA DE OZONO:

- Aumento de la incidencia del cáncer a lapiel.

- Aumento de males oculares comocataratas, deformación del cristalino

- Limita el crecimiento y disminuye lacalidad de ciertas plantas.


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- Cambios en la composición química devarias especies de plantas.

- Afecta la vida submarina hasta 20m. de profundidad, especialmentepequeños organismos del plancton, larvas

de peces, cangrejos, etc.


Bi í i


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MEDIDAS PARA ENFRENTAR EL PROBLEMA

- Protocolo de Montreal; se acordó

reducir al 50 % la producción de CFCs para el2000.

- Estados Unidos limitó la producción y

uso de CFCs y otras sustancias que deterioran lacapa de ozono.

Bi í i


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OZONO-Ley de Aire Limpio de 1990. También se

ocupa del problema en el título VI, “Protección del

ozono en laestratosfera”

- En el Perú luego de su participación en elProtocolo de Montreal se crea la Oficina Técnicade Ozono (OTO/PERU) encargado del control y

seguimiento de las tareas destinadas a eliminar elconsumo de sustancias agotadoras de ozono.


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biosfera - atmosfera 02

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