16. Cicles globals

Tema 16. Cicles biogeoquímics globals
(#1)
Tema 16. Cicles biogeoquímics globals
Intercanvis de matèria i energia
Energia
Fotosíntesi
vapor H2O
CO2
Pujada de la saba
Distribució assimilats
(#2)
AUTÒTROFS
O2
Respiració
Caiguda de
virosta
H2O
Nutrients minerals
N, P, S, K, Ca, Mg, Fe…
Tema 16. Cicles biogeoquímics globals
La hipòtesi Gaia
9 Equilibri químic vs. homeòstasi biològica.
(#3)
Tema 16. Cicles biogeoquímics globals
(#4)
Cicle global de l’aigua: L’aigua como recurs i com a mitjà de transport
Tema 16. Cicles biogeoquímics globals
(#5)
Cicle global de l’aigua.
™ Problema. A partir del diagrama del ciclo global del agua, calcular: (a)
¿cuál es el tiempo de residencia del agua en la atmósfera y en los
océanos? (b) Si de repente se convirtiera en lluvia toda el agua que hay
en la atmósfera, ¿cuál sería la cantidad media de precipitación sobre la
Tierra (en l·m-2)? (c) Si la superficie de los continentes es 1/3 de la
superficie total de la Tierra, ¿cuál es la precipitación media anual en los
continentes y en los océanos? [Nota: el radio de la Tierra es de 6378
km.]
Tema 16. Cicles biogeoquímics globals
(#6)
Cicle global del Carboni (C)... dominat pels organismes vius...
1015 gC
1015 gC·año-1
Molles, 2006
Tema 16. Cicles biogeoquímics globals
(#7)
Apropiació humana dels productes de la fotosíntesi (HANPP)
Imhoff et al., Nature (2004)
Tema 16. Cicles biogeoquímics globals
(#8)
Balanç energètic de la Terra i CO2
[CO2]
(
S ⋅ (1 − F ) ⋅ π ⋅ r = ε ⋅ σ ⋅T ⋅ 4 ⋅ π ⋅ r
2
4
2
)
Tema 16. Cicles biogeoquímics globals
(#9)
CO2 i canvi climàtic (1)
IPCC, 2007
Tema 16. Cicles biogeoquímics globals
(#10)
CO2 i canvi climàtic (2). Prediccions:
HIVERN
ESTIU
IPCC, 2007
Tema 16. Cicles biogeoquímics globals
Cicle global del Nitrogen (N).
Estats d’oxidació:
(#11)
Tema 16. Cicles biogeoquímics globals
(#12)
Cicle global del Nitrogen (N). Problemes de contaminació.
1012 gN·any-1
Molles, 2006
Tema 16. Cicles biogeoquímics globals
(#13)
Cicle global del Nitrogen (N)
™ Problema. Considerar una PPN oceánica de 50·1015 g C·año−1, y una
relación C:N (en peso) de la producción primaria neta marina de 5,7.
¿Qué proporción de la producción primaria neta oceánica se realiza,
respectivamente, con N procedente de los continentes, con N fijado
en los océanos y con N reciclado?
Tema 16. Cicles biogeoquímics globals
(#14)
Cicle global del Fòsfor (P). Principal limitant a escala global?
1012 gP
1012 gP·any-1
Molles, 2006
Tema 16. Cicles biogeoquímics globals
(#15)
Cicle global del Fòsfor (P)
™ Problema. El plancton oceánico tiene una relación atómica C:N:P de
106:16:1 (relación de Redfield). (a) Las aguas ricas en nutrientes de
las zonas de afloramiento marinas tienen una relación C:N:P de
800:16:1. ¿Qué nutriente limita la PPN en estas zonas oceánicas? (b)
Los ríos aportan anualmente al océano 36·1012 g N·año−1 y 2·1012 g P
reactivo·año−1. ¿Qué nutriente limitará, probablemente, la PPN en las
zonas costeras del océano?
Tema 16. Cicles biogeoquímics globals
(#16)
Cicle global del Sofre (S). És l’únic dels grans cicles biogeoquímics
completament dominat per les activitats antròpiques.
Tema 16. Cicles biogeoquímics globals
(#17)
Cicle global del Sofre (S).
La pluja àcida, un problema
ambiental en vies de solució?
™ Problema. En 1960 Eriksson examinó los orígenes potenciales del ión SO42del agua de lluvia en Suecia. Razonó que si todo el Cl- del agua de lluvia procedía
del océano (puesto que no hay otras fuentes de Cl-), entonces el spray marino
debería llevar SO42- y Cl- en la misma proporción que el agua marina. Para su
sorpresa, él y otros investigadores escandinavos encontraron que los aportes
de SO42- eran muy superiores a los esperados, por lo que debía haber fuentes
adicionales de SO42-. Ahora sabemos que casi todo este sulfato adicional
corresponde a emisiones antrópicas. En la Sierra de Prades (Tarragona) se
midió la concentración media de Cl- y SO42- en el agua de lluvia entre 1986 y
1988. Se obtuvieron valores de 33 y 23 μΜ, respectivamente (Piñol 1990). ¿Qué
proporción de es de origen marino? [Nota: 1 kg de agua de mar contiene 19,35 g
de Cl- y 2,712 g de SO42-.]
Tema 16. Cicles biogeoquímics globals
El planeta de les margarides
(
S ⋅ (1 − F ) ⋅ π ⋅ r = ε ⋅ σ ⋅T ⋅ 4 ⋅ π ⋅ r
2
4
2
)
(#18)
Tema 16. Cicles biogeoquímics globals
(#19)
Síntesi
9 Els cicles dels principals elements necessaris per la vida (aigua, C, N,
P, S) estan controlats pels organismes vius, els quals dominen els
fluxos principals d’aquests elements, si més no a escales inferiors a la
geològica. Hipòtesi Gaia.
9 L’aigua actua com a reservori de nutrients i com a medi de transport
d’aquests a escala global.
9 Les principals reserves actives de nutrients en troben ala oceans (C i
S dissolts), els sòls (P) i l’atmosfera (N).
9 L’home cada vegada més modifica, i en alguns casos arriba a dominar,
els cicles anteriors, amb els consegüents problemes de contaminació
que això ocasiona (canvi climàtic, eutrofització, pluja àcida).
Tema 16. Cicles biogeoquímics globals
(#20)
Lectures addicionals
General:
Chapin FS, Matson PA, Mooney, HA (2002) Principles of Terrestrial
Ecosystem Ecology. Springer Verlag, New York.
Wilkinson DM (2006) Fundamental Processes in Ecology. An Earth Systems
Approach. Oxford University Press.
Schlessinger WH (1998) Biogeochemistry: An Analysis of Global Change. 2ª
edició. Academic Press.
Volk T (2000) Gaia toma cuerpo. Cátedra, Madrid.
Impacte humà global:
Intergovernmental Panel on Climate Change (http://www.ipcc.ch).
Millennium Ecosystem Assessment (http://www.millenniumassessment.org).
Vitousek PM et al. (1986) Human Appropriation of the Products of
Photosynthesis. BioScience 36: 368-373.