UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCOESCUELA DE POST GRADO

MAESTRÍA EN INGENIERÍA CIVIL MENCIÓN RECURSOS HIDRICOS Y MEDIO AMBIENTE

INGENIERÍA DEL MEDIO AMBIENTEParte II

CAP. II .- BASES CIENTÍFICAS

Mgt. Ing. Pedro Camero Hermozapecamher@yahoo.comhttp://desarrollososteniblepedro.blogspot.com

Cusco, abril de 2011.

Cap. II Bases Científicas2.1.- Física y Química

• En Ing. Ambiental es importante destacar que el término agua significa ríos, lagos, lluvia, aguas subterráneas o agua de mar, sistemas bastante diluidos, con partículas dispersas y solutos disueltos.

• Igualmente al decir aire, no nos referimos a la mezcla de nitrógeno, oxígeno y gases traza, sino más bien a los contaminantes gaseosos y a las partículas sólidas y líquidas suspendidas en el aire.

2.1.1.-Dispersión de Partículas• Para tratar y describir las aguas naturales y residuales, el aire, los desperdicios sólidos y los

lodos es fundamental el conocimiento del medio y de las partículas y solutos que hay en él, por que ciertas propiedades del medio pueden sufrir efectos grandes o sólo leves por la presencia de partícula o solutos como la densidad del agua, la visibilidad del aire.

• Tamaño, forma y distribución de la partículas: Una partícula se define como una porción concreta de materia sólida, líquida o gaseosa

mayor que una molécula. En la figura se muestra una gama de tamaños de partícula de importancia en la Ing. Ambiental

• En agua se dice que las partículas están en suspensión, cuando se pueden eliminar por sedimentación o por filtración a través de papel filtro, el límite inferior para esto es aproximadamente 0.4 µm, las partículas menores a esta dimensión se llaman coloides y varían de tamaño entre 1 y 400 nm, con diámetros entre 0.2 nm ( aproximado de un átomo) y 1 nm (aproximado de una molécula), se encuentran dispersos en el disolvente, formando soluciones

• En pocos casos las partículas de una mezcla o suspensión son de tamaño uniforme o forma esférica. La descripción analítica de las mezcla de partículas es difícil, en especial para residuos sólidos, donde la partículas difieren mucho en forma y tamaño. Es más fácil caracterizar las partículas sólida en aire o en suspensiones líquidas

• La forma irregular, definida por el longitud, altura y ancho, se relaciona normalmente por medios matemáticos con un diámetro equivalente, otros métodos se basan en factores de forma que comparan la superficie de la partícula o su velocidad de sedimentación con la de una esfera equivalente

• Dispersiones Coloidales Las dispersiones coloidales se componen de partículas muy pequeñas

que varían desde 1 a 400 nm de tamaño separadas por el medio de dispersión, estas partículas pueden ser sólidas, líquidas o gaseosas, el medio de dispersión puede ser sólido, liquido o gaseoso, para la Ing. Ambiental son de interés el medio líquido y gaseoso.

FASE DISPERSA MEDIO DE DISPERSIÓN NOMBRE COMÚN

Sólida Líquido Suspensión

Líquida Líquido Emulsión

Gaseosa Líquido Espuma

Sólida Gaseoso Humo, Aerosol

Líquida Gaseoso Niebla, Aerosol

2.1.2.- Sedimentación de una partícula en un fluido• Los principios que gobiernan la sedimentación de una partícula

en un fluido son aplicables para la eliminación de los sólidos en suspensión de un río o lago, diseño de clarificadores para el tratamiento de aguas, tratamiento de aguas residuales y la sedimentación de partículas en el aire.

• La velocidad de sedimentación se calcula: FR = FE – FB – FD

• FR = Fuerza resultante igual a cero cuando se alcanza la velocidad terminal

• FE = Fuerza externa sobre la partícula, en este caso la gravedad, pero puede ser la centrífuga

• FB = Fuerza de flotación

• FD = Fuerza de fricción o de resistencia que se opone a la sedimentación

• El desarrollo de la ecuación de fuera conduce a la ecuación de Stokes:

2.1.3.- Soluciones• Los gases, líquidos y sólidos pueden disolverse en agua y formar

verdaderas soluciones. La sustancia que se disuelve se denomina soluto y el medio disolvente. Una sustancia puede tener cualquier concentración de soluto, bajo cierto límite, que es la solubilidad de esa sustancia en ese medio

• Las aguas naturales contienen siempre iones disueltos, siendo los más comunes: Ca+2, Mg+2, Na+, K+, HCO-

3, Cl-, SO4-2, NO-

3 , la dureza del agua se deb a la presencia del iones de calcio y magnesio

• La alcalinidad, una medida de la capacidad del agua de neutralizar ácidos es atribuible en gran medida a los bicarbonatos, hidróxidos y carbonatos presentes.

• Para expresar la compsición de las soluciones se usa la relación masa /masa como mg/kg, ppm o de masa/ volmen como mg/l. Las unidades de mg/l y ppm se empela en forma indistinta

2.1.4.- Reacciones Acido - Base• Un á ido es una sustancia que tiene tendencia a ceder o donar un protón (H+) y

una base es aquella que tiene tendencia de aceptar un protón.• Las reacciones ácido – base son de muy importancia en la química del agua, así

se tiene el sistema carbónico y su relación con le pH, la acidez y la alcalinidad, la concentración de los iones metálicos en agua, el ablandamiento de este líquido, así como ciertas reacciones de precipitación y óxido-reducción.

» HCl + H2O == H3O+ + Cl-

Acido Base Acido Base conjugado conjugado» NH3 + H2O == NH+

4 + OH-

Acido Base Acido Base conjugado conjugado

• El agua puede actuar como ácido o base según la naturaleza del otro reactante, por que el agua se ioniza débilmente y de manera reversible:

» H2O + H2O == H3O+ + OH-

Acido Base Acido Base conjugado conjugado

2.1.5.- Gases, Mezclas gaseosas y transferencia gas - líquido• Para el control de la contaminación del aire, agua y suelo es importante el conocimiento

del comportamiento de los gases, ejemplo en la digestión a anaerobia de los de aguas residuales se producen tres gases CO2, CH4 y H2S, uno es corrosivo, el otro alto en energía y el último es venenoso. El gas que se desprende de la descomposición orgánica en zonas de confinamiento, podría originar incendios y explosiones que representan un peligro para cualquier desarrollo urbano, además la disolución de los gases en líquidos, así como la extracción de los gases disueltos en líquidos, son de especial importancia para el ingeniero y el científico dedicados al campo ambiental.

• Leyes de los Gases: 1. Ley de Boyle: El volumen de un gas varía en proporción inversa a su presión VT Constante α 1/P ó PT Constante α 1/V entonces P VT Constante = K

2. Ley de Charles ( o Gay- Lussac): establece que el volumen de un gas a presión constante varía en proporción directa a su temperatura absoluta

Vp constante = (Vo/To)T = Constante x T

3. Ley de los Gases Ideales: Combina las leyes de Boyle y Charles y establece que PV=nRT4. Ley de Dalton de las presiones parciales: Establece que en una mezcla de gases, cada

uno ejerce presión con independencia de los otros. La presión parcial de cada gas es proporcional a la cantidad, medida por el porcentaje en volumen o el número de moles de ese gas en la mezcla

PTotal = P1 + P2 + P3 + ------+ Pn = ∑Pi

Transferencia gas- líquido

• Ley de Raoult y Presión de vapor: se ocupa de la presión de vapor de una solución ideal y establece que la presión parcial de cualquier componente dependerá, en primer término de su volatilidad y en segundo, de la cantidad presente en la solución. La presión de vapor del componente mide la primera propiedad y su fracción molar la segunda: Pa = XAPA

Pa = Presión parcial del componente A

XA = Fracción molar de A

PA = Presión de vapor de A• Gases disueltos en líquidos: ley de Henry, muchas situaciones que presentan en la ciencia e

ingeniería ambiental implican la transferencia de gases hacia dentro o fuera de los líquidos, ejemplo los procesos de aireación de ríos, lagos, agua residuales etc. El grado de solubilidad de un gas depende de la naturaleza del líquido, la presión y la temperatura. Esta ley es un caso especial de la ley de Raoult y se aplica a soluciones muy diluidas, en este tipo de soluciones la presión parcial del soluto, puede ser diferente al que predice la ley de Raoult, pero no dejará de ser proporcional a su fracción molar.

Suponiendo que se trata de una solución de una pequeña cantidad de gas ideal B en un disolvente ideal A, ejm. Oxígeno disuelto en agua, la ley de Henry se expresa matemáticamente:

PB = XBKH(A,B)

PB = Presión parcial del soluto B en el gas

XB = fracción molar de B en la solución

KH(A,B) = KH = Constante de Henry, depende de soluto B y disolvente A

2.1.6.- Balance de Materia

• De acuerdo a la ley de conservación de la materia, la suma de los pesos de las sustancias que participan en un proceso, siempre es igual a la suma de los pesos de los productos, en otro términos, la suma de las materias que entran a un sistema siempre es igual a la suma de las materias que salen del sistema y si el material se acumula en le sistema entonces la acumulación es igual a la entrada menos la salida

• aA + bB = cC + dD• Entrada = Salida• Acumulación = Entrada - Salida

2.1.7.- Cinética de Reacción y Reactores• No todas las reacciones químicas en el ambiente no alcanzan el equilibrio en forma

inmediata, muchos requieren de un tiempo y se les conoce como reacciones cinéticas ejms. Eliminación de la materia orgánica El crecimiento de masas biológicas La desintegración radiactica La desinfección química La transferencia gas/agua Las reacciones de los residuos industriales

• La cinética de reacción se define como el estudio de los efectos de la temperatura, la presión y la concentración en la velocidad de una reacción química. La velocidad de reacción es un término que describe la rapidez de formación o desaparición de una sustancia o especie química. Las reacciones como la oxidación biológica y la desinfección, que se producen en una sola fase (líquida, gaseosa o sólida) se llaman reacciones homogéneas y las que ocurren en una interface (sólido/gas, sólido/líquido, gas/liquido) se llaman reacciones heterogéneas, ejm procesos de adsorción, absorción. Los más comunes son las reacciones homogéneas

Velocidad = (moles o masa)/( superficie unitaria x tiempo)

Orden y tipos de reacción• Las reacciones pueden ser de:

a) Orden cero rA = - k

b) Primer orden rA = -k[A]

c) Segundo orden rA = -k[A2]

d) Segundo orden rA = -k[A][B

• Los tipos de reacciones son:a) Elementales, son reacciones que se verifican en una sola etapa y donde la ecuación

estequiométrica representa el balance de masa y lo que sucede en la realidad a escala molar, de modo que su ecuación de velocidad de reacción es: r = -k[A]a [B]b = k[C]c

Para una reacción: aA + bB → cC Las reacciones elementales en el campo ambiental pueden ser: a. únicas: A → C b. Múltiples A → B → C b) No elementales, en este caso no hay relación directa entre la ecuación estequiométrica

y la velocidad de reacción, se supone que se verifica una serie de reacciones elementales , por lo que es necesario determinar experimentalmente las constantes de velocidad

Tipos de Reactores• En el campo de la Ingeniería ambiental se usan diversos método físicos

(sedimentación, filtración, etc), químicos (precipitación, coagulación, ablandamiento, etc) y bioquímicos (lodos activados, digestión anaerobia, etc), así como tratamientos generalmente efectuados dentro de un tanque, cuando una reacción de naturaleza química o bioquímica se verifica en un tanque, éste se describe por lo general como un reactor

• De manera general los reactores se dividen en dos tipos:a) Reactores Intermitentes: Se adicionan los materiales al reactor, se mezclan

perfectamente y se deja el tiempo suficiente para que la reacción se lleve a cabo. Al final del tiempo establecido la mezcla se saca del tanque y como el material esta bien mezclado, la composición dentro del reactor es uniforme en cualquier instante, pero la composición cambia.

b) Reactores de Flujo: El material entra al reactor, lo atraviesa y sale de él. De acuerdo con las condiciones y los patrones de flujo dentro del tanque, se habla de reactores ideales y reales. En este grupo se distinguen la reactor tubular de flujo de tampón (RTFT) y al reactor de tanque completamente mezclado (RTCM)

2.2.- Ciencias de la atmósfera• La atmósfera es un componente vital del ambiente que transmite y altera la energía

solar que controla nuestro clima, actúa como escudo protector contra los impactos de los meteoritos y las radiaciones UV del sol, sustenta el vuelo de las aves, aviones e insectos y transporta semillas y esporas y sus gases suministran materia prima para la vida misma.

• El tiempo meteorológico y el clima son los aspectos mas de lo que estamos más consientes

• El tiempo meteorológico informa sobre los estados del cielo, el aire, el viento y el agua, sus elementos son: lluvia, nieve, calor, rayos y niebla.

• Clima es el ciclo anual característica del tiempo• La atmósfera es observada desde estaciones satelitales meteorológicas en mucha

longitudes de onda y mediante globos de radiosonda que miden temperatura, presión y humedad y envían información una o dos veces al día o cada hora según los requerimientos desde una altura de 30 a 50 km y de más de 1000 estaciones.

• El estudio del tiempo dio origen a la ciencia de la Meteorología que viene a ser la física y química de la atmósfera baja. La atmósfera alta que se inicia por encima de 100 km sobre el nivel del mar , se comporta de otra manera y su estudio científico se denomina Aeronomía, que se ocupa de las fuerzas electromagnéticas y la actividad química

• La Climatología, es la ciencia que estudia el clima y se ocupa del comportamiento de l atmósfera terrestre a lo largo de períodos prolongados

2.2.1.-Propiedades Fundamentales de la Atmósfera

Composición y Estado Físico:• La atmósfera es una mezcla de gases con numerosas partículas en

suspensión, unas sólidas y otras líquidas. La atmósfera baja es eléctricamente neutra y contiene pocos iones libres, en su mayoría se compone de moléculas. La atmósfera alta está extensamente ionizada, en la que muchos gases se descomponen en átomos o en radicales libres como el OH-

• El aire seco tiene una composición tan constante que podemos tratarlo como un solo gas cuyo peso molecular es de 0.028964 kg/mol, en el intervalo de presiones y temperatura que se observa en la naturaleza el aire seco obedece a la ley que gobierna a un gas perfecto: p = RρT

p = Presión en Pascal (N/m2) ρ = Densidad en Kg/m3 R = Constante de los gases para aire seco 287.0 J/kg.°K T = Temperatura en grados kelvin

Troposfera : superficie hasta 10 kmEstratosfera: entre 10 a 50 kmMesosfera: desde 50 hasta los 100 km

ATMOSFERA

Composición Química del aire seco a nivel del mar

Composición Química Promedio del Aire Seco

Gas Porcentaje Volumen Concentración (ppm)

NitrógenoOxígenoArgónC02

NeónHelio

Metano Criptón

C0S02N20

HidrógenoXenón

N02OzonoRadón

78.08420.9460.9340.033

780,900209,400

9,300315185.21.20.5

0.06 - 11

0.50.5

0.080.02

0.01 – 0.046-14

Estado Térmico y Eléctrico:

• En la base está la troposfera rematada por una superficie de temperatura mínima llamada tropopausa, localizada entre 10 a 17 km snm. En esta capa la temperatura disminuye con la altura por la absorción de los rayos solares por el suelo, la tasa de decaimiento es de 0.5 °K/km. Esta capa contiene casi todo el vapor de agua, las nuves y las tormentas de la atmósfera.

• La estratosfera, que alcanza un máximo de 50 a 55 km, la temperatura aumenta con la altura en la llamada estratopausa, aquí la temperatura es similar al aire a nivel de suelo y se debe a la absorción de radiación UV por el oxígeno y el ozono, aquí la concentración del ozono puede exceder las 5 ppm y por tanto es letal para el hombre

• La mesosfera se extiende desde la estratopausa hasta otro mínimo de temperatura a los 80 km llamada la mesopausa, esta región es una zona ventosa y turbulenta. Contiene poco vapor de agua y sobre la mesopausa la temperatura disminuye de forma indefinida a medida que se asciende a la termosfera, que es la atmosfera alta caliente

• El estrato más próximo a la superficie terrestre de llama capa límite ubicada por debajo de los 1000 m, es el estrato en el cual el viento sufre la fricción con superficie. A los 50 m inferiores se describe como la capa límite de superficie . Estas dos capas son muy importantes para el ingeniero, pues la gran mayoría de los trabajos se realizan en esos niveles

• Las temperaturas del mar, aire y de la superficie terrestre están gobernadas por calentamientos y enfriamientos desiguales producidos por el Sol y la radiación saliente, que explica los cambios de temperatura durante u n día cualquiera y entre una estación y otra

• A pesar de la atmósfera baja es eléctricamente neutra y la alta ionizada, durante las tormentas eléctricas existen fuertes gradientes de potencial, durante una tormenta se pueden observa gradientes de hasta 50 000 volt/m cerca del suelo. El rayo se produce cuando se generan gradientes de 100 000 a 300 000 vlot/m en la nubes de las tormentas

2.2.2.- Salidas y Entradas de Energía

Radiación Solar:• El Sol suministra el 99.97% del calo que se utiliza para todos los

procesos naturales en la superficie terrestre, las otras fuentes son la geotérmica, producto de la desintegración nuclear al interior del planeta y la luz de las estrellas

• La radiación solar se asemeja a la de un cuerpo negro, que es un radiador perfecto, cercano a 6000 °K, la intensidad máxima se presenta cerca de una longitud de onda de 500 nm, con la mayor parte de energía comprendida entre 200 a 5000 nm, los meteorólogos lo llaman radiación de onda corta, por que su longitud de onda es más corta que la longitud de radiación que emite la tierra. El ojo humano percibe la luz entre 360 (violeta) a 760 (rojo) y se conoce como espectro de luz visible, Las radiacines de onda más corta, menores a 360 nm son las UV y las mayores a 760 nm son las IR

Distribución de la radiación SolarRadiación recibida por

la TierraPorcentaje (%)

Radiación absorbida por la Tierra

Porcentaje (%)

directa a la Tierra 26%  por la atmósfera 16%

indirecta a la Tierra. 11%  por las nubes. 2%

difusa a la Tierra. 14%  por ozono y otros gases. 1%

pérdida de radiación por reflexión.

4%     

Total de radiación 47%    19%

Energía Solar reflejadaPorcentaje (%)

Radiación reflejada por los materiales terrestres (Indirectamente)

10%

Radiación reflejada por las nubes (directamente) 24%

Total 34%

Radiación Terrestre• El Sol calienta la Tierra en forma continua, cuya temperatura

permanece casi sin variar, y actúa como una cuerpo negro a 288 °K y emite energía a longitudes de onda de entre 4000 a 50 000 nm en la misma cantidad recibida del Sol, siendo su máxima intensidad casi en 10 000 nm, por esto a la radiación terrestre se le llama radiación de onda larga.

• Aproximadamente el 51% de la energía solar que alcanza el tope de la atmósfera, llega a la superficie de la Tierra directa o indirectamente y es absorbida en el suelo. La mayor parte de esta energía es reirradiada hacia el cielo. Pero como la Tierra tiene una temperatura mucho menor que la del Sol, la radiación terrestre es emitida en longitudes de onda mucho más larga que la radiación solar de onda corta. La radiación terrestre se emite en longitudes de onda.

• Algunos gases de la atmósfera pueden absorber parte de la radiación que la Tierra emite al espacio, evitando que esta se pierda hacia el espacio exterior siendo el vapor de agua y el dióxido de carbono importantes absorbedores de la radiación en el infrarrojo. El vapor de agua absorbe aproximadamente cinco veces más radiación terrestre que todos los otros gases combinados, contribuyendo a elevar la temperatura de la baja troposfera, lugar donde se desarrolla la vida. En la banda entre 8 y 11 μm la atmósfera absorbe muy poca radiación de onda larga, como también el vapor de agua y el CO2. Esta región se llama “ventana atmosférica” debido a que en esa longitud de onda la atmósfera no absorbe radiación, la que se escapa al espacio exterior.

• Entonces, la atmósfera es transparente a la radiación de onda corta del Sol, pero absorbe la radiación terrestre de onda larga, por lo tanto la atmósfera no es calentada por la radiación solar, sino que se calienta desde el suelo hacia arriba. Mientras más lejos se está del radiador (la superficie de la Tierra), es mas fría, esto explica la disminución de la temperatura con la altura en la troposfera, que en promedio es de -6.5º C/km, conocido como el gradiente normal de temperatura.

Balance de la Radiación Superficial La rapidez del calentamiento o enfriamiento neto por radiación en la superficie

terrestre se llama radiación neta o balance de radiación. Mediante los radiómetros netos se mide esta cantidad y viene a ser la suma de todas las ganancias y pérdidas de energía radiante en la superficie terrestre.

Rn = I (1 – a ) + R↓ - εσT4

Rn = Radiación neta ( w/m2)

I = Radiación solar en la superficie ( w/m2) a = Albedo para radiación de onda corta (adimencional) R↓ = Radiación de onda larga descendente de la atmósfera ( w/m) ε = Emisividad de la superficie (adimencional) σ = Constante de Stefan – Boltzmann ( 5.67 x 10-8 w/m2.°K4

T = Temperatura de la superficie en °K

Albedo es la fracción de radiación solar que se refleja y depende de la naturaleza del material (suelo, plantas, agua). Casi todas superficies tienen un albedo de 0.1 a 0.3, de la nieve es 0.8 y del agua es menor a 0.1

2.2.3.- Viento, Estabilidad y Turbulencia El movimiento del aire respecto al suelo está determinado por una serie de

fuerzas:1. La fuerza de gradiente de presión: que impulsa el movimiento del aire de zonas

de alta presión a zonas de baja presión2. La gravitación: que tiende a acelerar al aire hacia abajo a una tasa próxima de

9.8 m/s2

3. La fricción: que actúa en sentido opuesto a la dirección del viento y es aproximadamente proporcional al cuadrado de la velocidad del viento

4. La fuerza de coriolis: es causada por la rotación del paneta y suele llamarse fuerza deflectora de la rotación de la Tierra . Actúa en ángulo recto a la dirección del viento y es proporcional a la velocidad del mismo, por consiguiente actúa hacia la derecha en el hemisferio norte y hacia la izquierda en el hemisferio sur, cuando se observa desde arriba

En la práctica, el viento suele soplar de manera constante, sin cambios de dirección o velocidad respecto a la Tierra, lo que se explica con la segunda ley de Newton, que dice que si se aplica una fuerza, se produce una aceleración proporcional y como no hay una aceleración, entonces no puede haber fuerzas actuando, es evidente que las fuerzas citadas estén en equilibrio. Vale decir que el aire se mueve normalmente sujeto a u n equilibrio de fuerza

Turbulencia y estabilidad• La turbulencia o movimiento desorganizado del aire está relacionado

con el movimiento ascensional del aire, es decir el trasporte vertical del vapor de agua, dióxido de carbono, calor y contaminantes y es de mucha importancia para el estudio del ambiente, el diseño de edificios, aviones, puentes y otras estructuras expuesta al viento

• En la atmósfera la turbulencia es de dos tipos: forzada y libre. La forzada se presenta cuando el viento encuentra obstáculos en la superficie terrestre y la libre cuando la atmósfera favorece el crecimiento de pequeñas perturbaciones, debido a que el movimiento libera fuerza ascensional.

• Ambos tipos de turbulencia se producen cerca del suelo como también en las capas más altas

• Ciertas distribuciones de temperatura favorecen la turbulencia o convección libre.

• La estabilidad es la condición del aire que tiende a amortiguar toda convección que se pueda presentar y la inestabilidad es todo lo opuesto.

2.2.4.- Agua en la Atmósfera• El agua en la atmósfera esta al estado gaseoso, líquido y sólido, es vapor cuando está en

fase gaseosa. Existe un límite superior para la concentración del vapor de agua denominado saturación, en este punto el vapor tiende a condensarse en formas líquidas o sólidas, siempre que existan superficies donde pueda suceder, el vapor saturado se condensa en núcleos higroscópicos dentro del aerosol y se llaman núcleos de condensación. En la atmósfera se forma agua líquida a temperaturas inferiores al punto de fusión del hielo puro (273.2°K) y se dice que las gotas está sobre enfriadas y sólo por debajo de 233°K se forma hielo. Las gotas de agua y hielo forman nubes o niebla

• En el nivel del suelo el vapor también se puede condensar como rocío o helada blanca, toma el nombre de escarcha cuando las gotas sobreenfriadas se congelan al entrar en contacto con superficies sólidas

• La concentración del vapor de saturación sólo depende de la temperatura del vapor y la presión parcial debida al agua en la atmósfera se conoce como la presión de vapor e, la que es siempre menor a 40 milibares (4 kPa) y puede aproximare a cero en el aire muy frio. La presión de vapor de saturación sobre agua es , está dada con buena aproximación por:

log10 es (mbar) = 9.40 – (2345/T)

Donde T es la temperatura del aire mezclado con vapor

• Se emplean otras medidas para expresar la humedad real del aire, como la humedad relativa e/ es , la razón de mezcla de humedad donde x es la masa de vapor de agua mezclada con una masa unitaria de aire seco. La humedad específica q es el vapor de agua contenido en una masa unitaria de aire húmedo, y la humedad absoluta o densidad de vapor es la masa de vapor de agua por unidad de volumen de aire húmedo.

• El ciclo Hidrológico: Constituye el movimiento de las aguas entre el aire, mar, lagos, ríos, la tierra, los glaciares y los organismos vivos

2.2.5.- Clima• El Clima es el efecto a largo plazo de la radiación solar sobre la superficie y la

atmósfera de la Tierra en rotación. El modo más fácil de interpretarlo es en términos de medias anuales o estacionales de temperatura y precipitaciones.

• Las áreas de tierra firme y las marinas, al ser tan variables, reaccionan de modos muy distintos ante la atmósfera, que circula constantemente en un estado de actividad dinámica. Las variaciones día a día en un área dada definen su climatología, mientras que el clima es la síntesis a largo plazo de esas variaciones (ambas pueden considerarse subdisciplinas de la meteorología). El clima se mide por medio de termómetros, pluviómetros, barómetros y otros instrumentos, pero su estudio depende de las estadísticas. Hoy tales estadísticas son realizadas competentemente por ordenadores. Con todo, un resumen sencillo a largo plazo de los cambios climáticos no proporciona una representación exacta del clima. Para obtener ésta es necesario el análisis de los patrones diarios, mensuales y anuales. La investigación de los cambios climáticos en términos de tiempo geológico es el campo de estudio de la paleoclimatología, que requiere las herramientas y métodos de la investigación geológica.

Variabilidad y tipos de climasVariabilidad1. Variaciones regulares en diversos períodos, diarias, estacionales o anuales2. Variaciones cuasiperiódicas, a unos cuantos de anos altos le siguen otros más

bajos pero sin regularidad3. Cambios impulsivos, de la tendencia general en los que el valor medio cambia

de improviso a un nuevo nivel estable4. Tendencias ascendentes o descendentes, en lo que hay aumento o descenso

lento5. Variaciones por períodos cortos, hay cambios sin razón aparenteTipos6. Ecuatorial7. Tropical8. Desértico9. Templado: Mediterráneo, Chino, Oceánico, Continental10. Polar11. De alta montaña

EL SISTEMA CLIMATICO Maquina del Calor Global:

Distribución del calor en superficie terrestre es desigual Mayor en el ecuador y menor hacia los polos Vientos de la atmósfera y corrientes de los océanos transportan calor hacia regiones más

frías Aire y agua actúan como una gigantesca máquina de calor global Esta física y termodinámica atmosférica genera presencia de nubes, lluvias, vientos,

tormentas y determinan la temperatura de la tierra El papel del agua

En la formación de de lluvias, huracanes, tormentas de nieve Evaporación desde suelos húmedos y plantas enfría superficie terrestre Bosques son verdaderos creadores de lluvias, ejm. Forestar 10 000 has en la India,

aumentó en 12% las lluvias , la deforestación ocasiona lo contrario Disolvente y transportador de nutrientes, sales y minerales Igual papel cumplen las aguas subterráneas procedentes de las aguas de lluvia que

posteriormente afloran Los océanos:

Comparado con el aire, reaccionan lentamente al calentamiento o enfriamiento, su superficie tarda meses o incluso más para responder a los cambios de calor

La temperatura de la superficie del mar determina donde se desarrollarán las tormentas y la dirección en la que viajarán ejm el Niño

El Perú es un país de clima muy variado por la influencia de los fenómenos siguientes:

La Cordillera de los Andes: recorre el país longitudinalmente, y divide las masas de aire del Pacífico y del Atlántico, estableciendo una barrera a la circulación de los vientos.

La Corriente Oceánica Peruana: de unos 200 km de ancho, que circula de sur a norte y que tiene masas de agua fría, lo que motiva una evaporación restringida, estabilidad atmosférica y la ausencia de lluvias en la costa.

El Anticiclón del Pacífico Sur: de alta presión, con circulación de vientos de sur a norte, que recogen la humedad existente y la llevan a la costa, donde se condensan en forma de nubes bajas y persistentes de mayo a octubre, con alto contenido de humedad atmosférica.

La Contracorriente Oceánica Ecuatorial o de El Niño: con masas de agua cálida, que circula de norte a sur, y que provoca lluvias en la costa norte.

El Anticiclón del Atlántico Sur: ubicado cerca de las costas argentinas y con masas de aire húmedo, y que llegan al Perú por el sudeste, con precipitaciones en el flanco andino del sur. Entre mayo y setiembre puede provocar descensos de la temperatura, conocidos como friajes o surazos.

El Ciclón Ecuatorial: ubicado en la Amazonía, con masas de aire de baja presión, tibia y húmeda, y que es responsable de las mayores lluvias y el clima cálido sobre la selva baja.

Estos condicionantes hacen que el Perú tenga una alta diversidad de tipos de clima

Clima semicálido muy seco o desértico: con muy pocas precipitaciones (150 mm/año). Comprende la costa hasta los 2,000 msnm, y determina su carácter árido.

Clima cálido muy seco: en la costa norte (Piura y Tumbes) y hasta unos 1,000 msnm. Seco, con baja precipitación (200 mm/año), y con temperaturas promedio de 24º C.

Clima templado sub-húmedo: en la Sierra entre los 1,000 y los 3,000 msnm, con temperaturas alrededor de los 20º C; y precipitaciones entre los 500 y 1,200 mm/año.

Clima frío: propio de los valles interandinos entre los 3,000 y 4,000 msnm. Las precipitaciones promedio están en 700 mm/año y la temperatura promedio alrededor de 12º C. Con heladas durante el invierno.

Clima frígido o de puna: entre los 4,000 y 5,000 msnm. Con precipitaciones promedio de 700 mm y temperaturas promedio de 6º C. Los veranos son lluviosos y los inviernos secos.

Clima de nieve o gélido: Encima de los 5,000 msnm y con temperaturas debajo de los 0º C. Es el clima de las altas cumbres con nieves perpetuas.

Clima semicálido muy húmedo: en las vertientes orientales andinas, con precipitaciones sobre los 2,000 mm/año y temperaturas debajo de los 22º C. Existen variaciones locales.

Clima cálido húmedo o tropical húmedo: predomina en la selva baja. Las precipitaciones están alrededor de los 2,000 mm/año, y tiene temperaturas promedio de 25º C, con valores extremos encima de 30º C.

La variedad de climas permite una alta diversidad biológica y de producción.

2.3.- Microbiología y epidemiología• La microbiología estudia a los microorganismos y sus actividades, y la microbiología

ambiental o sanitaria se ocupa de los microorganismos que comúnmente se encuentran en aguas, aguas residuales, aire y suelos, que pueden afectar la salud pública, descomponer la materia orgánica o desempeñar una función útil.

• El conocimiento de los microorganismos es de gran importancia en las enfermedades humanas transmitidas por factores ambientales, por su trascendencia en la ecología y en la tecnología del control ambiental.

• La epidemiología, significa “el estudio de lo que ha sobrevivido a las personas”, tomado en el contexto de las enfermedades, este término es el estudio de las causas de las enfermedades en una población. El ´termino epidemia describe el brote generalizado de una enfermedad infecciosa en una comunidad

• La epidemiología, ciencia que estudia las epidemias fue la base del saneamiento ambiental y de la medicina preventiva en el último siglo y medio, de hay su importancia

2.3.1.- Fundamentos de la Microbiología

Clasificación de los microorganismosTradicionalmente a los seres vivos se le clasificaba en reino animal y reino vegetal,

a partir de 1866, Haeckel propuso un tercer reino el Protista que incluye a Protozoarios, , algas, hongos y bacterias, los virus aún eran desconocidos, con el avance del conocimiento de la ultraestructura celular, los protistas se subdividieron en dos categorías:

1. Los superiores (eucariotes) que son unicelulares o multicelulares con núcleo verdadero

2. Los inferiores (procariotas) que carecen de núcleo, incluyen a las bacterias y algas azules ( bacteria azules o cianobacterias)

En resumen los microorganismos se agrupan en :• Bacterias • Hongos• Parásitos• Virus.

Bacterias• Las bacterias son microorganismos unicelulares cuyo tamaño suele oscilar entre

los 0,5 a 5 micrometros (µm), son los organismos más abundantes de la Tierra siendo en su mayoría inocuas para el ser humano, las podemos encontrar en cualquier medio bien sea en el suelo, en el agua e incluso en medios donde no sería posible la vida, pueden presentar formas variadas como esferas, hélices, comas y/o barras.

• En función de la presencia de determinadas estructuras que le confieren su funcionalidad, las bacterias se clasifican dentro de los procariotas ya que a diferencia de los eucariotas como son las células de los seres humanos, carecen de núcleo y de algunos orgánulos internos, además de presentar una pared celular de peptidoglicano. Algunas de ellas, dentro de su estructura, presentan flagelos, fimbrias o pilis que intervienen en la movilidad de la bacteria o en procesos de reproducción.

• Se estima que en el cuerpo humano hay tantas bacterias como células poseemos, concentrándose en la piel y en el tracto digestivo.

Virus, algas, hongos y protozoarios• Los virus se definen como “parásitos intracelulares obligados”, esto quiere decir que

para poder multiplicarse necesitan de la “maquinaria genética de la célula” para poder realizar dicha función, y así, expandirse. Dentro de su estructura, los virus están compuesto de 4 elementos como máximo: Material genético que puede ser de ADN o de ARN, Envoltura proteica llamada cápside, Proteínas virales y Envoltura lipídica

• Algas, a excepción de las algas azules , las algas tienen núcleo discreto rodeado por una membrana celular y se clasifican como eucariotes, son capaces e realizar la fotosíntesis y los pigmentos se encuentran en cuerpos definidos llamados plásticos, cloroplastos o cromatóforos.

• Los hongos organismos eucariotas ya que a diferencia de las bacterias presentan una serie de estructuras como: Núcleo definido, Mitocondrias, Retículo endoplásmico, Pared celular compuesta por quitina, glucano o manano, Membrana citoplasmática rica en esteroles. Pueden ser unicelulares como es el caso de las levaduras o pluricelulares como es el caso de los mohos u hongos filamentosos

• Los protozoarios son los organismos unicelulares más especializados, no son fotosintéticos casi todos, se reproducen asexualmente por fisión binaria y carecen de verdadera pared celular, son depredadores de bacterias y abundan donde hay bacterias.

2.3.2.- Microbiología AplicadaMicrobiología de suelos y de residuos sólidos La mayor parte de los seres: animales, vegetales y protistas y los residuos asociados con

ellos, tarde o temprano se incorporan al suelo por la actividad microbiana , sin esta actividad los ciclos de nutrientes del carbono o del nitrógeno no se completarían y la vida en la Tierra estaría en peligro.

El suelo tiene cinco componentes principales1. Partículas minerales inorgánicas, determinan la retención del agua, estructura del suelo y

disponibilidad de aire y nutriente 2. Residuos orgánicos, vegetales y animales forman el componente orgánico del suelo a

través de la descomposición (humus)3. Agua, es necesaria para la actividad microbiana4. Gases, principalmente el oxígeno y el nitrógeno y también el dióxido de carbono, son

importantes en la actividad biológica5. Sistemas biológicos, los sistemas radiculares de las plantas, animales y microorganismos

son el quinto componente del suelo. Un gramo de suelo agrícola rico puede contener 2500 millones de bacterias, 500 000 hongos y 30 000 protozoarios.

Las bacterias y los hongos constituyen el grupo más grade de microorganismos en los suelos. Las bacterias autótrofas y heterótrofas degradan las complejas sustancias orgánicas e inorgánicas, unas en condiciones aerobias y otras en anaerobias y los hongos descomponen la celulosa y otros componentes de tejidos vegetales, se le encuentra cerca de la superficie son aerobios

Microbiología del agua, aguas residuales y organismos indicadores

• Las aguas superficiales, en su recorrido recogen muchas sustancias orgánicas e inorgánicas y por tanto sostienen una población microbiana floreciente, muchas formas de vida microbiana pueden existir en agua mientras tengan las condiciones físicas y nutricionales. Las bacteria aerobias y los protozoarios requieren oxígeno, el nitrógeno y fósforo son indispensables para las algas. El número y tipo de microorganismos presentes en el agua es un indicador de la calidad

• Se debe tener presente que algunos microorganismos interactúan ya sea de manera cooperativa o competitiva

• En el tratamiento de aguas municipales por el método de lodos activados, las bacterias son los agentes primarios en la conversión de residuos orgánicos en productos finales estables y los protozoarios consumen y limitan la población bacterial en una relación depredador/presa

• La detección de agentes patógenos en el agua es costoso, en su lugar se usa un sustituto que actúa como indicador fecal, por que los organismos no patógenos siempre están presentes en las heces.

• Las características de un buen agente indicador son: su ausencia indica inexistencia de agentes patógenos, su densidad está relacionada con la probabilidad de la presencia de patógenos y en el medio sobreviven un poco más que los patógenos

Microbiología del aire atmosférico y de interiores

• La atmósfera no es un ambiente propicio para el crecimiento de los microorganismos por carecer de suficiente humedad, sin embargo, éstos pueden sobrevivir en estado vegetativo en grados que dependen de su resistencia al calor y los rayos UV

• La bacteria y los hongos que forman esporas pueden existir durante un tiempo muy prolongado. La células vegetativas sobreviven unos cuantos días y las esporas permanecen viable por años.

• Ciertos protozoarios forman quistes que les permite sobrevivir en condiciones adversas por período largos.

• Cuando las condiciones son favorables, la esporas o quistes se abren y se desarrollan células vegetativas

• En la microbiología, el aire es importante por que proporciona un mecanismo de transferencia muy amplia y efectiva. Los microorganismos constituyen parte del material particulado de la atmósfera

• Los quistes que forman los protozoarios son relativamente pesados y se sedimentan en cuestión de minutos, mientras que las esporas de las bacterias y hongos son muy pequeños y se les ha encontrado a varios kilómetros de altura sobre la superficie terrestre

• El contenido microbiano del aire de interiores tiene una trascendencia inmediata y depende de la velocidad y medios de ventilación, el grado de hacinamiento y el tipo de actividad que se lleva acabo en el edificio.

2.3.3.- Epidemiología y enfermedades• Como se ha manifestado, la Epidemiología, es la

ciencia que trata enfermedades de carácter epidémico, en la que un agente patógeno causa infección y virulencia en un paciente. Estas enfermedades pueden ser transmitidas por agua o por aire.

• Enfermedades transmitidas por agua: salmonelosis, shigelosis, cólera, hepatitis infecciosa, amibiasis, giardiasis, criptosporidiosis, esquitosomiasis.

• Enfermedades transmitidas por aire: tuberculosis pulmonar, influenza, micosis pulmonar

2.4.- Ecología2.4.1.- CONCEPTOS BASICOS

• AMBIENTE: Entorno en el que el hombre se desenvuelve para realizar todas sus actividades. Interrelaciona los factores: Físicos, químicos, biológicos, sociales y culturales, por tanto tiene un carácter global

• AMBIENTE: Es el compendio de valores naturales, sociales y culturales existentes en un lugar y un momento determinado, que influye en la vida material y psicológica del hombre y en el futuro de generaciones venideras, es decir, abarca a los seres humanos, animales, plantas, objetos, agua, suelo, aire y las relaciones entre ellos, así elementos tan intangibles como la cultura.

• EL AMBIENTE CONSTA DE: Medio Físico o Natural: Contiene todos los elementos bióticos (con vida) y abióticos (sin vida).

Su interrelación lo estudia la Ecología Medio Humano o Socio-económico: Abarca los asentamientos humanos, formas de

explotación económica, etc. Es estudiada por las ciencias sociales y económicas Todos ellos se relacionan entre sí Todas las formas de vida se desarrollan en la biosfera, pues contiene todos los elementos

necesarios La capacidad de asimilación de residuos por la biosfera es limitada

• ECOLOGÍA .- OIKOS = CASA , LOGOS = TRATADO, – Fue introducido por el biólogo alemán Ernest Haeckel en 1869 y es la Ciencia

que trata de las relaciones que existen entre los organismos y el medio en que viven.

– La ecología es la ciencia que analiza todos los factores ambientales que influyen en la vida y las relaciones biológicas entre los individuos de una misma especie o de especies diferentes, analizando los factores inherentes a los parámetros climatológicos: radiación, pluviosidad, temperatura, evaporación, etc, en relación con: LA VIDA ANIMAL, EL AMBIENTE MARINO, EL SUELO Y LOS HECHOS RELACIONADOS CON EL, LAS ADAPTACIONES DE LAS FORMAS DE VIDA AL MEDIO, LAS MIGRACIONES, LA LUCHA POR LOS ESPACIOS, LA REPRODUCCIÓN, ETC.

– Es la base del desarrollo de las ciencias ambientales que estudia científicamente la estructura y función de la naturaleza como un todo indisoluble y se orienta específicamente al análisis y estudio de las interacciones entre los organismos vivos y su entorno vital o ambiental y como ciencia se ha desarrollado en tres áreas: VEGETAL, ANIMAL Y HUMANO, en consecuencia, hoy en día, la ecología es la ciencia que también es aplicada al estudio del comportamiento humano y la relación con su entorno.

– En la actualidad, se reconoce a la ecología como la ciencia que se encarga del estudio y análisis de los ecosistemas.

ECOSISTEMA: Especio constituido por un medio físico – químico concreto (abiótico) y todos los seres que viven en él (biótico), así como las relaciones que se dan entre ellos, Ejemplo: Un bosque, un estanque o una ciudad y en otra escala un árbol o nuestra propia piel.

Agua Energía

eléctrica

Alimentosagrícolas y pecuarios

Madera Leña y forraje

Materiales de construcción

Gente

ECOSISTEMA URBANO

Desechos

sólidosAguas

residuales

Tecnología

Cultura

Educación

Gases

tóxicos

Smog

Servicios Ruido

AGROECOSISTEMA

SISTEMA DISEÑADO POR EL HOMBRE Y CONTROLADO

SOCIO

ECONOMICO

SUELO

ANIMALES

MICROORGANISMOS

VEGETALES

AGRICULTURA PRE INDUSTRIAL AGRICULTURA INDUSTRIAL.

ENERGIA SOLAR

ABARCA EL 30% DE LA SUPERFICIE TERRESTRE

ENERGIA CALORIFICA

ENERGIA EXTRA BAJO CONTROL

HUMANO. CONTAMINANTE

- Plaguicida- Fertilizantes- Erosión

ALIMENTO- Animal- Vegetal

DINERO

INFORMACION

- Labor Humana- Labor Animal- Irrigación- Fertilizantes- Maquinaria

DINERO

INFORMACION

- Autosuficiente- Intenso trabajo humano y animal- Eficiente en conservación de energía- Poco productiva

- Exportador - Mecanizado- Ineficiente en conservación de energía- Altamente productivo

2.4.2.-Flujo de energía en los ecosistemas

• Toda la actividad biológica terrestre depende de la capacidad de uso de la energía solar por parte de las plantas verdes, en este proceso la energía radiante del Sol, primero se transforma en energía química y después en energía mecánica (calor) por medio del metabolismo celular

• La ondas electromagnéticas provenientes del Sol, van desde rayos de onda corta, x y gama hasta ondas de radio de onda larga, alrededor del 99% de energía total está en la región de 200 a 400 nm (UV y IR ). Aproximadamente el 50% de esta energía está en la región visible del espectro (38 a 770 nm) y en parte se utiliza para la fotosíntesis.

Clorofila 6CO2 + 12H2O + 2800kJ ===========→ C6H12 O6 + 6O2 + 6H2O

• La actividad fotosintética y las tasas de fijación del dióxido de carbono y producción de oxígeno, se pueden calcular de muchas maneras, midiendo la velocdad de eliminacion del CO2 y la producción del O2 y la velocidad de acumulación de compustos fotosintéticos intermediarios

• Es importante destacar que la tierra constituye un blanco muy pequeño en el sistema solar y que solamente alrededor de un cincuentamillonésimo de la gigantesca producción de energía del Sol alcanza la atmósfera exterior de la Tierra (a 190 km sobre la superficie) y lo hace a un régimen constante y se el denomina: flujo solar específico o constante solar

Para entender el flujo de energía es de interés saber:a. Un autótrofo .- organismo que obtiene su carbono celular de una fuente inorgánica CO2

HCO3 y su energía del Sol

b. Un heterótropo, es un organismo que obtiene su carbono celular y su energía de materia orgánica

c. Un Quimiótropo, organismo que obtiene su energía de la oxidación de sustancias inorgánicas sencillas como FeS y H2S y su carbono celular de materia inorgánica u orgánica. Son importantes en el movimiento de los nutrientes minerales en el ecosistema

d. La Cadena alimenticia, es un patrón idealizado de flujo de energía en un ecosistema natural. En la cadena alimenticia clásica , las plantas sirve de alimento sólo a consumidores primarios, los consumidores primarios sólo a los secundarios y así sucesivamente.

e. La red alimenticia, es el patrón real de consumo de alimentos en un ecosistema natural. U organismo determinado puede nutrirse desde muchos niveles tróficos, con lo que dá origen a una serie compleja y entrelazada transferencia de energía

f. Productividad, es la tasa de fijación de energía en los tejidos. L a productividad primaria es la fijación de energía por las plantas y la secundaría corresponde a niveles tróficos más altos

g. Los Niveles tróficos, son niveles de alimentación. Una planta que obtiene su energía directamente del sol ocupa el primer nivel trófico (autótrofo), el organismo que lo consume ocupa el segundo nivel trófico (herbívoro) y el que se alimenta de éste ocupa el tercer nivel (carnívoro)

h. La transpiración, es la evaporación controlada de agua de la superficie de los tejidos foliares

Estimaciones de la producción primaria• Se conoce como productor primario a cualquier organismo

autótrofo capaz de utilizar directamente la energía del Sol, esto incluye a los organismos fotosintéticos. Transeau en 1926 calculó la producción primaria en un campo de maíz de los EE.UU

2.4.3.- Cadena alimenticia y niveles tróficos• La secuencia de consumo desde los autótrofos a los carnívoros representa la cadena alimenticia, en la que cada

eslabón depende del inmediato anterior para su provisión de alimentos (energía), esta posiciones a lo largo de cadenas alimenticias se conoce como niveles tróficos. En muchos casos los niveles no son definidos por que muchos animales encuentran alimento en varios niveles tróficos por lo que suele emplearse el término red alimenticia

• Al examinar el flujo y la utilización de energía en la cadena alimentaria se evidencia que el movimiento de energía en el ecosistema es en un sentido, es unidireccional, por que a medida que avanza progresivamente por los diversos niveles tróficos ya no está disponible para el nivel anterior

• A las relaciones entre los diferentes niveles tróficos, se representan gráficamente en los llamados pirámides de productividad

• En virtud de que, por lo general, cada carnívoro necesita alimentarse con un gran número de herbívoros y cada uno de éstos últimos consumen una cantidad de autótorfos equivalentes a varias veces su propia biomasa, las sustancias que no son biodegradables, cuando entran a una cadena alimenticia se bioacumulan en cada nivel trófico sucesivo y esto ha dado origen a los conocidos problemas ambientales de los últimos 30 a 40 años, Ejms.el DDT, el Hg

2.4.4.- Ciclos de los nutrientesa.- Ciclo del Carbono

• Desde la perspectiva biológica, los eventos claves aquí son la fotosíntesis y respiración como reacciones complementarias. La respiracion toma los carbohidratos y el oxígeno y los combina para producir CO2, agua y energía. La fotosíntesis toma el CO2, agua y produce carbohidratos y oxígeno

• El reservorio principal de CO2 está en los océanos y en las rocas. El CO2 se disuelve rápidamente en el agua. Una vez en el agua, precipita como roca sólida conocida como carbonato de calcio (calcita).

• El CO2 convertido en carbohidratos en las plantas tiene tres rutas posibles: puede liberarse a la atmósfera con la respiración, puede ser consumido por animales o es parte de la planta hasta que ésta muere.

• Los animales obtienen todo el carbono de su alimento, así que todo el carbono en el sistema biológico proviene al final de los organismos autótrofos. En los animales, el carbono tiene las mismas tres rutas. Cuando las plantas y animales mueren pueden ocurrir dos hechos: el CO2 es respirado por los descomponedores (y liberado a la atmósfera) o puede permanecer intacto y finalmente transformarse en combustibles minerales. Los combustibles fósiles al ser utilizados liberan a la atmósfera CO2.

• El ser humano ha alterado enormemente este ciclo del carbono, ya que al quemar los combustibles fósiles se han liberado a la atmósfera excesivas cantidades de dióxido de carbono a la atmósfera. Esta condición es la principal responsable del calentamiento global ya que el CO2 presente en grandes cantidades en la atmósfera impide que el calor del sol escape de la tierra al espacio.

b.- Ciclo del Nitrógeno• Es uno de los ciclos más complicados, ya que el N se encuentra en varias formas y

porque los organismos son los responsables de las interconversiones. El N es uno de los constituyentes de los aminoácidos y proteínas del cuerpo. Las proteínas constituyen la piel y los músculos, además de otras estructuras del cuerpo. Todas las enzimas son proteínas, responsables de todas las reacciones químicas del cuerpo y de ahí la importancia del N y su ciclo.

• El principal reservorio de N es la atmósfera, con 78%. El N2 es un gas inerte, y se necesita una gran cantidad de energía para romper la unión y combinarlo con otros elementos como el carbono y el oxígeno. Esta ruptura puede hacerse por dos mecanismos: las descargas eléctricas y la fijación fotoquímica que proveen suficiente energía para romper la unión del N y unirse a tres átomos de Oxígeno para formar nitratos (NO3

-). Este procedimiento es reproducido en las plantas productoras de fertilizantes.

• La segunda forma de fijación del N es llevada a cabo por bacterias que usan enzimas especiales. Entre estas bacterias se encuentran las que viven libres en el suelo, aquellas en simbiosis con raíces de ciertas plantas (Leguminosas) y las cianobacterias fotosintéticas (las antiguas "algas verde-azuladas") que viven libres en el agua. Las tres fijan N, tanto como nitratos (NO3

-) o como amoniaco (NH3). Las plantas toman los nitratos y los convierten en aminoácidos, los cuales pasan a los animales que las consumen.

• Cuando las plantas y animales mueren (o liberan sus desechos) el N retorna al suelo. La forma más común en que el N regresa al suelo es como amonio. El amonio es tóxico, pero afortunadamente, existen bacterias nitrificantes (Nitrosomonas y Nitrosococcus) que oxidan el amonio a nitritos, con dos oxígenos. Otro tipo de bacteria (Nitrobacter) continúa la oxidación del nitrito (NO2

-) a nitrato (NO3-) el cual

es absorbido por las plantas que completan el ciclo. • Existe un tercer grupo de bacterias desnitrificantes (Pseudomonas desnitrificans)

que convierten nitritos y nitratos en N gaseoso.

c.- Ciclo del fósforo• Los seres vivos toman el fósforo, P, en forma de fosfatos a partir de las

rocas fosfatadas, que mediante meteorización se descomponen y liberan los fosfatos. Éstos pasan a los vegetales por el suelo y, seguidamente, pasan a los animales. Cuando éstos excretan, los descomponedores actúan volviendo a producir fosfatos.

• Una parte de estos fosfatos son arrastrados por las aguas al mar, en el cual lo toman las algas, peces y aves marinas, las cuales producen guano, el cual se usa como abono en la agricultura ya que libera grandes cantidades de fosfatos; los restos de las algas, peces y los esqueletos de los animales marinos dan lugar en el fondo del mar a rocas fosfatadas, que afloran por movimientos orogénicos.

• De las rocas se libera fósforo y en el suelo, donde es utilizado por las plantas para realizar sus funciones vitales. Los animales obtienen fósforo al alimentarse de las plantas o de otros animales que hayan ingerido. En la descomposición bacteriana de los cadáveres, el fósforo se libera en forma de ortofosfatos (H3PO4) que pueden ser utilizados directamente por los vegetales verdes, formando fosfato orgánico (biomasa vegetal), la lluvia puede transportar este fosfato a los mantos acuíferos o a los océanos

• Una vez en el mar, solo existen dos mecanismos para el reciclaje del fósforo desde el océano hacia los ecosistemas terrestres. Uno es mediante las aves marinas que recogen el fósforo que pasa a través de las cadenas alimentarias 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 de los sedimentos del océano hacia tierra firme, un proceso medido en miles de años.

• La proporción de fósforo en la materia viva es relativamente pequeña, pero el papel que desempeña es vital. Es componente de los ácidos nucleicos como el ADN. Muchas sustancias intermedias en la fotosíntesis y en la respiración celular están combinadas con el fósforo, y los átomos de fósforo proporcionan la base para la formación de los enlaces de alto contenido de energía del ATP, se encuentra también en los huesos y los dientes de animales.

• El hombre también moviliza el fósforo cuando explota rocas que contienen fosfato.

• Los yacimientos de roca fosfórica de Bayóvar son depósitos naturales y de carácter agotable, porque una vez explotados se acabarán. Se considera que la reserva mundial se agotará 2050. Marruecos posee la mayor reserva.

2.4.5.- Elementos de limnología Es el estudio de las características físicas, químicas y bioloógicas de los ríos

y lagos (dulces) y es de interés para quienes trabajan en actividades de irrigación, eliminación de residuos, y erosión de costas, por que tienen que entender cómo trabajan los sistemas de aguas dulces. Algunas definiciones importantes de limnología son:

a. Un organismo bentónico, es una planta o animal cerca de o en el fondo de un lago, río, arroyo u océano

b. El epilimnio, es la capa superior de agua de un lagoc. La zona eufótica, es el volumen superficial de agua del océano o un lago

profundo que recibe suficiente luz para promover la fotosíntesisd. El hipolimnio, es la capa inferior de agua de un lago o estanque, la cual

permanece a temperatura constante en veranoe. El metalimnio, es la capa intermedia de agua de un lago en donde se

produce la termoclinal ( la temperatura y el oxígeno decaen rápidamente con la profundidad)

f. El plancton, conjunto de pequeños organismos vivos que flotan libremente (fito y zoo)

2.4.6.- Eutrofización• Es un proceso natural de enriquecimiento de nutrientes que se da en un cuerpo de

agua, el crecimiento biológico, principalmente de algas muere en el epilimnio y se sedimenta la pasar al hipolimnio, en donde se descompone y agota el oxígeno del agua

• La palabra proviene de dos palabras griegas: eu = bueno y trophos = alimento, por consiguiente significa rico en nutrientes.

• La eutrofización es natural y se lleva a cabo en miles de años• La descarga de aguas negras no tratadas y de residuos agrícolas o industriales

acelera el proceso en alto grado y se le denomina eutrofización cultural• Los lagos con altos niveles de nutrientes se denominan eutróficos, con mediano

nivel mesotróficos y con bajo nivel oligotróficos

Problemas importantes causadas por una eutrofización excesiva: Perjudica a la pesca comercial y deportiva debido a los cambios en las especies

de peces presentes en los lagos, cuya causa principal son los bajos niveles de oxígeno en las aguas bajas

Efecto en la recreación y el turismo debido al excesivo crecimiento de algas y otras plantas acuáticas que vuelven el agua y las playas no aptas para fines recreativos. Las algas se depositan el las playas durante las tormentas y dejan montones de materia orgánica maloliente y en descomposición

Abundantes floraciones algáceas que confieren a las fuentes de abastecimiento de agua un sabor y olor desagradable y obstruyen las tomas y los filtros de las plantas de tratamiento

Se generan cambios fisicoquímicos y biológicos, estudios realizados a partir de la década de los 60 del siglo pasado, muestran la importancia del fósforo y nitrógeno en la eutrofización., el fósforo proviene principalmente de los detergentes.

Los niveles de nutrientes en aumento en un lago cambian el número y tipo de biota presente. Los lagos oligotróficos, normalmente tienen aguas transparentes y contienen poca biomasa

Para evitar la eutrofización cultural se debe reducir de manera sustancial la afluencia de nutrientes