GF 777 Otoño 2002

1. La atmósfera cambiante: una perspectiva sistémicaClase 3: Interacciones entre la biósfera y la atmósfera GF 777Otoño 2002 LGK GF777

2. Contenidos de hoy • ¿? • Modelación de ciclos biogeoquímicos...algunos elementos y herramientas • Procesos de intercambio entre biósfera y atmósfera: • emisión • deposición • Biósfera terrestre y atmósfera • Quema de biomasa • Nitrógeno y suelos • Biósfera marina y atmósfera • DMS et al • COS et al • N2O • Fe • N LGK GF777

3. Ejemplo: Ciclo hidrológico LGK GF777

4. Tiempo de Recambio t Sumideros (S) Fuentes (Q) Recipiente de masa M LGK GF777

5. Tiempo de recambio y variabilidad Charlson, 1992 LGK GF777

6. Procesos de remoción Deposición Húmeda Deposición Seca U- LGK GF777

7. Deposición Húmeda • Gotas de nubes • Gotas de neblina • Lluvia • Nieve Remoción de gases y aerosoles por hidrometeoros Arrastre/Scavenging H2O en estado condensado Transformaciones de fase y reacciones químicas LGK GF777

8. Deposición Húmeda • “In cloud scavenging” • Difusión • Ley de Henry • “Sub-cloud scavenging” • Inercia • Colisiones LGK GF777

9. Análogo de Ley de Ohm I=V/R I V R Resistencia Aerodinámica a los flujos turbulentos Deposición Resistencia Aerodinámica a los flujos viscosos/laminares Resistencia Fisiológica/Química Fdep=C/R=C vdep Por convención a 10 m LGK GF777

10. Naturales Antrópicas Emisiones LGK GF777

11. Quema de biomasa LGK GF777

12. Factores que influyen sobre el tipo y cantidad de las emisiones... • Tipo de vegetación (combustible) • Contenido de agua de la vegetación y el suelo • Temperatura ambiente • Humedad ambiente • Vientos LGK GF777

13. Composición típica de biomasa terrestre/plantas • 40% carbón • 7% hidrógeno • 53% oxígeno • 0.3-4% nitrógeno • 0.1-0.9% azufre • otros (Mg, Rb, .....) LGK GF777

14. LGK GF777

15. bosques: 1 hr vs 1 día sabanas: unos minutos vs unas horas http://asd-www.larc.nasa.gov/biomass_burn/biomass.html LGK GF777

16. Roses, trees, etc...they all smell..(Compuestos Orgánicos Volátiles). +H2O, aerosoles CO2, H2O LGK GF777

17. LGK GF777

18. Efectos... LGK GF777

19. LGK GF777 http://dionysos.mpch-mainz.mpg.de/~bibex/

20. Interacciones entre atmósfera y biósfera/Ciclo del nitrógeno • Formas del nitrógeno • Ácido nítrico HNO3 • Dióxido de nitrógeno NO2 • Óxido de nitrógeno NO • Óxido nitroso N2O • Nitrógeno molecular N2 • Amoniáco NH3 • Amonio NH4 • Aminas R-NH2 • Amidas NH2-CO-NH2 LGK GF777

21. Nitrógeno en la atmósfera 5.2 TgN 1.3x103 TgN 47% gaseoso inorgánico 3.9x109 TgN N2O >99.6% N2 >99.9% 37% particulado inorgánico 16% orgánico 0.4% <0.01% Comp. LGK GF777

22. Nitrógeno en los sistemas terrestres 1.3x104 TgN 3.2x105 TgN 94% plantas 3.4x105 TgN 96% mat. org. muerta 93.5% orgá- nico 4% micro-organismos 4% biomasa 6.5% inor-gánico 2% animales LGK GF777

23. 1 6 3 5 4 2 Transformación biológica de compuestos de nitrógeno N2/N2O NH3/NH4+ NO2-/NO3- N orgánico 1: fijación; 2: asimilación de amoniáco; 3:nitrificación; 4:reducción asimilatoria de nitrato; amonioficación; 6:denitrificación LGK GF777

24. N2/N2O 1 NH3/NH4+ Fijación de nitrógeno • Requiere de: • Organismos con avanzadas propiedades catalíticas capaces de romper el enlace triple del nitrógeno molecular • Condiciones anaeróbicas Organismos diazotróficos: RHIZOBIUM en sistemas terrestres CIANOBACTERIAS en sistemas acuáticos LGK GF777

25. 20-200 m Atmósfera Flujos turbulentos Flujos viscosos Flujos viscosos Flujos turbulentos Océano LGK GF777

26. Atmósfera I Ca F V R Ra Ca_i Océano Raq DC Caq_i F Caq LGK GF777

27. K, ka,k: velocidades de transferencia a: reactividad química (=1 para gases inertes) Ra >Raq gases poco solubles (O2,N2,CO2, CH4, etc) Ra<Raq gases solubles (H2O, SO2, NH3, etc.) LGK GF777

28. Factores que afectan la transferencia de gases entre el océano y la atmósfera • Olas y vientos...a mayores olas más transferencia • Estructura fisicoqúímica de la superficie • Intesidad de la mezcla turbulenta LGK GF777

29. http://www.abtonline.com/dms.html CH3-S-S-CH3 DMS (Dimethyl Sulfide) is an organic sulfur compound present above its flavor threshold in most beers. Because of its low flavor threshold, 10 - 150 ppb, it is a primary flavor and aroma compound that makes a significant contribution to beer character, especially in lager beers. It has a characteristic taste and aroma of cooked or creamed corn. LGK GF777

30. Azufre Atmosférico • 16 TgS/a de un total de 101 TgS • Juega un importante rol como precursor de núcleos de condensación en la atmósfera marina remota LGK GF777

31. Algo más que el viento... LGK GF777

32. http://me-www.jrc.it/dms/ LGK GF777

33. Promedio anual de DMS en aguas superficiales Kettle et al., 1999 LGK GF777

34. Veranos 1998-2001/DMS en aguas superficiales LGK GF777

35. Inviernos 1998-2001/DMS en aguas superficiales LGK GF777

36. hn Carbonil sulfuro O=C=S;monóxido de carbono y COVs son fotoproducidos en el mar Materia orgánica disuelta y de color (ChromicDissolvedOrganicMatter) LGK GF777

37. Óxido nitroso (N2O) o gas hilarante ca. 1850 LGK GF777

38. Óxido nitroso (N2O) • Ha aumentado desde la era preindustrial desde 275ppbv a 312 ppbv y sigue aumentando (0.8 ppbv/año) • Es un gas de efecto invernadero responsable de un forzamiento de ca. 0.14W/m2 desde la era preindustrial (el forzamiento total se estima en ca. 2.5 W/m2). • Su sumidero más importante es la fotólisis en la baja estratósfera (t =120 años). • En la estratósfera constituye una fuente importante de NO y participa en procesos catalíticos que afectan el balance de O3 LGK GF777

39. Promedio anual de N2O en aguas superficiales Nevison et al., 1995 LGK GF777

40. Fertilización (Fe,N,P, etc.) ...¿productividad marina? Duce et al., 1991 LGK GF777

41. En la mitad del océano, el nutriente limitante es el N Galloway, 1994; Watson, 1997 LGK GF777