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depresiones cerradas y deficientemente aireadas, en cambio, otros opinan, refiriéndose al
fondo de los ríos, opinan que salvo en las capas más altas del cieno, en las restantes debe
ocurrir necesariamente la descomposición en ausencia de oxígeno disuelto.
Los procesos biológicos continúan aún en ausencia de oxígeno gaseoso, o molecular,
disuelto en el agua; a los organismos que son capaces de vivir en un ambiente sin oxígeno
molecular se los llama “anaeróbios”, a diferencia de aquellos que necesitamos de tal gas
para vivir, que nos llamamos “aeróbios”, existiendo organismos capaces de vivir en ambos
tipos de ambientes, pero que habiendo oxígeno disuelto se comportan como aerobios, se
los llama “facultativos”.
¿Qué es el balance de oxígeno en un cuerpo de agua y cómo se expresa
matemáticamente? ¿Cuáles son los elementos fundamentales de dicho balance?
En un balance de oxígeno computaremos como entradas:
1. Abs = la absorción del oxígeno atmosférico = f ( GS, turbulencia)
2. Fot = la cesión de oxigeno por la fotosíntesis llevada a cabo por
a. las algas f = ( ∃ algas , ∃ luz )
b. las macrofitas sumergidas
Consideramos como salidas de oxígeno:
1. P = el consumo por los animales (peces)
2. Alg = el consumo por las plantas y las algas
3. Bact = el consumo por las bacterias, tanto
a. suspendidas en el agua
b. habitando en el cieno del fondo
4. Q= el consumo por las reacciones químicas con las sustancias reductoras que, sobre
todo, manan del fondo que se va compactando.
A estos habrá que agregar la cantidad de oxígeno disuelto que trae el agua. ( Dis )
[O2] final = Dis + ( Abs + Fot) – (P + Bact + Alg + Q)
La absorción del oxígeno atmosférico por el agua cumple con las leyes de solubilidad de
gases en líquidos, dicho muy rudimentariamente la concentración del gas disuelto en el
líquido aumenta con la presión de la fase gaseosa y disminuye al crecer la temperatura y/o
salinidad del agua. Se define como concentración de saturación del gas en el líquido a
aquella en el líquido se encuentra en equilibrio con el gas a una presión y temperatura
dadas. En la practica se conoce como déficit de oxigeno (DO) a la diferencia entre la
concentración de saturación y la concentración realmente existente de oxígeno en el agua,
y como “grado de saturación” al cociente entre la concentración realmente existente y la
concentración de saturación de oxígeno en el líquido, es decir:
DO = (O2) sat. – (O2)real GS = (O2)real / (O2) sat.
La absorción de oxígeno resulta función del déficit de oxígeno, o bien del grado de
saturación, de la temperatura, de la presión atmosférica, del grado de turbulencia del agua
y, como consecuencia, de la velocidad y profundidad de la misma, en el mismo sentido
influye la agitación producida por las hélices de los buques.](https://image.slidesharecdn.com/preguntasaguas1a11bis1-160124210720/85/Preguntas-aguas-1-a-11bis-1-7-320.jpg)
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inclusive, nitrógeno molecular, en un proceso de graves consecuencias para la vegetación
pues le substrae nutrientes, en este caso nitratos.
Por ejemplo, la respiración en una célula euriótica, es decir con membrana nuclear se
efectúa normalmente en dos etapas, una anaerobica, en el citoplasma, que lleva la glucosa
a piruvato, con relativa escasa liberación de energía, y otra aerobica dentro de las
microcondrias, que son órganos contenidos en el citoplasma celular donde en una serie de
pasos se completa la oxidación hasta anhídrido carbónico y agua, con liberación importante
de energía llevada a cabo en forma gradual de manera de minimizar las pérdidas.
¿Cómo se relacionan los organismos autótrofos y heterótrofos de los ecosistemas
acuáticos, entre sí y con las condiciones físicas y químicas del medio?
Luz
Atmósfera
MO O2
Bacteria Alga fot: CO2 + H2O MO* +O2
Heterotrofa NH2 NH3
NO3
-
Aerobia
MO* CO2 MO*
Anaerobio [O2] = 0 barro, fango
SO4
=
(quim) de fondo
SO4 S3 S=
+ O2
SO4
=
(bioquim)
Acum en el citoplasma
Materia
MO* excretada E
Fuente de
Energía respirada: MO + O2 CO2 + H2O
Para explicar esto podemos empezar por las algas, suponiendo que el ecosistema está
iluminado con luz solar, u otra longitud de onda conveniente, tendrá lugar el proceso
fotosintético, es decir, tomarán anhídrido carbónico disuelto en el agua y también agua para
transformarlos en materia orgánica y oxigeno gaseoso, que se libera(ver fórmula); parte de
esta materia orgánica será empleada por la propia planta, mediante respiración, como
fuente de energía para sus procesos vitales, el resto será usado por la planta para su
crecimiento, mantenimiento, reproducción, etc. y una vez muerta el alga o bien habiendo
sido excretada la materia orgánica por la misma, quedará a disposición de las bacterias,
que la tomarán, junto con la materia orgánica de otros orígenes tales como excreciones
animales, incluidas excreciones bacterianas, restos de bacterias muertas, restos vegetales,
etc. para emplearla como materia en la construcción de sus células, su reproducción y
demás, y como fuente de energía para procesos vitales, a través, nuevamente, del proceso
de respiración, dejando en libertad agua, anhídrido carbónico y sales minerales; éstos dos](https://image.slidesharecdn.com/preguntasaguas1a11bis1-160124210720/85/Preguntas-aguas-1-a-11bis-1-11-320.jpg)
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últimos grupos de compuestos serán, a su vez, tomados por las algas, cerrándose el ciclo.
Todo este complejo proceso se completa con los intercambios con la atmósfera, a través de
la superficie, y con el fondo, ya que no debemos olvidar que en el fondo también habitan
organismos, y además, puede haber en el mismo sustancias químicas reductoras como
sulfuros.
¿Qué entiende por procesos biológicos aeróbicos y procesos biológicos anaeróbicos en un
cuerpo de agua? De características principales de cada uno de ellos.
C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + 673 Kcal AEROBIA
Glucosa
C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2 + 22 Kcal ANAEROBIA
Glucosa Ác. Acético Anh. Carb.
La AEROBIA libera más energía, pero la ANAEROBIA por tener menor energía se refiere a
procesos más lentos.
La ANAEROBIA libera sustancias no agradables. Los sulfuros (S-
) liberan sulfuro de
hidrógeno (SH2) que es letal, incluso en concentraciones bajas. Aparte, tiene olor a huevo
podrido. Ambas condiciones se dan en estado gaseoso.
¿Cómo actúa el vertido de grandes cantidades de materia orgánica en un punto del río?
Explique y haga los dibujos necesarios.
[sustancias]
2
[O2] 9
16
3 11
1 5 L
8
Algas 15
Peces 10
4 Algas
Peces
6
Bact 7
12 13 L o t
AL D DA R AL](https://image.slidesharecdn.com/preguntasaguas1a11bis1-160124210720/85/Preguntas-aguas-1-a-11bis-1-12-320.jpg)
Preguntas aguas (1 a 11bis) (1)
- 1. Pilar Delgado Aguas 1 ¿Cómo se define el concepto de cuerpo de agua? ¿Qué características principales tiene el estado de equilibrio o cuasi equilibrio del cuerpo de agua? Podemos definir como cuerpo de agua a una porción de agua limitada, normalmente por sus partes inferior y lateral mediante sólidos mas o menos porosos y superiormente por gases o por sólidos más o menos impermeable. Si la cubierta superior es atmósfera, decimos que es un cuerpo de agua superficial. En cambio, si la cubierta superior es un material sólido decimos que es subterránea. Los cuerpos naturales se encuentran generalmente en un estado de cuasi equilibrio, dinámico y evolutivo. Dinámico, pues hay intercambio de materia y de energía con el medio que los rodea, por ejemplo, en un charco formado por la lluvia hay entrada de agua, precisamente de la lluvia, de excretas, etc. salida de agua por evaporación, escurrimiento, percolación y demás, entrada de otros materiales como arena y arcilla del suelo, sales y materia orgánica de igual origen, de hojas y restos vegetales, de excrementos animales, etc; la energía puede provenir de la radiación solar directa, del calor del suelo, etc. y salir por el vapor de agua, conducción térmica, etc. Cabe destacar que las comunidades que habitan en el cuerpo de agua ajustan su estructura y función a las características del medio, mostrando así variaciones más o menos importantes a lo largo del tiempo. Además los cuerpos de agua evolucionan en el tiempo, lo que determina cambios en sus condiciones físicas, químicas y biológicas. El charco se seca tiempo después de cesar la lluvia; las lagunas se colman pudiendo llegar a convertirse en praderas o bosques; los fondos marinos se van cubriendo de sedimentos, se van erosionando por las corrientes; los movimientos tectónicos hacen emerger los lechos oceánicos convirtiéndolos en cordilleras y sumergen tierras firmes para trocarlas en lechos marinos, etc. Resulta así que, como consecuencia de la interacción con el medio y de los procesos que tienen lugar dentro mismo del cuerpo de agua, éste alcanza un estado de cuasi equilibrio caracterizado por un conjunto dotado de valores posibles de las diferentes variables físicas, químicas y biológicas. Así, por ejemplo, hay cuerpos de agua con elevadas concentraciones de sales disueltas, como la laguna de Epecuén, o con muy baja concentración, como los lagos de deshielo; con agua límpidas, como los arroyos y ríos de montaña, o turbias, como el río Bermejo. Muchas veces la toponimia refleja las características sensoriales perceptibles de tal estado de los cuerpos de agua, así, por ejemplo, el río Agrio debe su nombre al gusto de sus aguas, el río Bermejo al color de las suyas, el mar Muerto a la inexistencia de seres vivos, al menos macroscópicos, en su seno, etc. También debe tenerse en cuenta que un mismo cuerpo de agua puede alcanzar distintos estados de cuasi equilibrio, según el momento del año de que se trate, los cuales se repiten periódicamente. Por ejemplo, el río Paraná suele tener sus caudales máximos a fines de verano, Febrero y Marzo, y mínimos a fines de invierno, Agosto y Septiembre. Además hay crecidas y bajantes excepcionales, de ocurrencia al azar. Al llevar a cabo el estudio de un cuerpo, por ejemplo, para grandes obras hidráulicas se suele estudiar a los cuerpos de agua durante muchísimos años.
- 2. Pilar Delgado Aguas 2 ¿Cómo varían las características de un río a lo largo de su recorrido, desde su naciente hasta su desagüe en el mar? ¿Qué importancia tiene para nuestra materia el conocimiento de tales características? También a lo largo de un río vamos a encontrar cambios importantes que se manifiestan tanto en lo físico, como en lo químico y biológico. Como por ejemplo, podemos pensar en un arroyo de montaña que escurre saltando entre piedras, por lo tanto con una gran turbulencia y gran contacto con la atmósfera, debajo de una densa cubierta vegetal, consiguientemente bajo una gran sombra y con una producción neta muy baja pero con gran aporte de materia orgánica externa, es decir hojas, restos vegetales, sustancias húmicas, etc.; a medida que desciende el arroyo confluye con otros, crece su ancho y se va transformando en un río, sus márgenes se alejan, llega la luz solar plena a sus aguas y con ella aumenta la producción primaria, pero también aumentan las diferencias diarias de temperatura del agua entre el día y la noche, por otra parte la importancia relativa de la materia orgánica importada desde los ecosistemas terrestres disminuye, también se reduce la velocidad del agua y, posiblemente la concentración de oxigeno disuelto en el agua, también puede haber un aumento de la turbiedad del agua. Al seguir creciendo el orden el río, por confluir con otro río de igual orden, se va ensanchando cada vez más, la turbiedad del agua aumenta, el barro del fondo cada vez se hace mas fino, las diferencias de temperatura entre el día y la noche se reducen nuevamente, como consecuencia de la inercia térmica de la gran masa de agua. Estos cambios en las condiciones están acompañados con cambios en las comunidades que la habitan, y son particularmente notables mediante el estudio de los llamados “microinvertebrados” animales que tienen de 3 a 5 mm cuando están totalmente desarrollados, e incluyen a insecto, moluscos, crustáceos y, en algunos casos, nematodes, vivientes en o sobre los materiales del fondo. Así en las tumultuosas aguas del arroyo de primer orden los organismos suelen tener adaptaciones para resistir mecánicamente al arrastre, por ejemplo, forma aplanada, ventosas ventrales o fuertes patas espinosas, mientras que en los fondos barrosos de ríos de mayor orden prevalecen organismos con tendencia a enterrarse; desde el punto de vista trófico en el arroyo de primer orden prevalecen los desmenuzadores, que se alimentan de partículas relativamente grandes como hojas, ramitas o trazos de corteza, produciéndolas a trocitos menores, principalmente en sus excrementos y los colectores que toman partículas finas por filtración o juntándolas de los sedimentos, siendo los raspadores, que se alimentan de algas finamente adheridas a superficies sumergidas, relativamente poco importantes. A medida que aumente el orden del río disminuye la importancia relativa de los desmenuzadores, al disminuir relativamente el aporte externo de materia orgánica grosera, y aumenta la de los raspadores y los colectores, dominando éstos últimos ante la abundancia de materia orgánica finamente dividida disponible. Finalmente, en los ríos de mayor orden prácticamente los únicos que prevalecen son los colectores. En todos los casos están presentes los predadores que se alimentan indistintamente de animales de cualquiera de los grupos mencionados. ∆T dia-noche Part. Orga.Groseras orden Part. Orga. Finas
- 3. Pilar Delgado Aguas 3 Importancia: 1) Obras de ingeniería. Ej: ubicación de turbina 2) Calidad de los vertidos. La calidad de los vertidos que cada tramo admite es distinta. 3) Indicadores biológicos. Ser vivo que se usa para evaluar o analizar la calidad de un medio. Ej: Si un bichito falta de un lugar donde generalmente está, es que algo pasa en ese fluido. ¿Cuáles son los principales mecanismos físicos, químicos y biológicos, de que se vale la naturaleza para mentener el estado de equilibrio en el cuerpo de agua? Físicos La materia de mayor densidad que el agua y en suspención en la misma se deposita en el fondo por acción de la gravedad, a este fenómeno se lo llama sedimentación, así se va formando fango de fondo de los lechos fluviales, los deltas, etc. Si la materia es menos densa que el agua va a flotar y suele quedar retenida en las orillas del cuerpo de agua (flotación). Las sustancias disueltas pueden precipitar (precipitación), por ejemplo, al evaporarse el solvente, es decir al agua en nuestro caso, así se han formado importantes yacimientos de sal. En otros casos se modifican las condiciones de solubilidad al variar la composición de la solución, por ejemplo, al aumentar la temperatura del agua se desprende anhídrido carbónico(CO2) y se precipitan carbohidratos; en otros casos es la acción fotosintética de las plantas, especialmente las algas, la que sustrae el anhídrido carbónico del agua. Químicos Un cambio en la composición iónica del agua puede determinar la coagulación, floculación y posterior sedimentación de las partículas coloidales. Si saco el CO2 + H2O CO3H2 CO3H- + H+ + H+ sedimenta o precipita CO3 = para compensar el cambio. Iones de carga Opuesta Aglomeración COAGULACION FLOCULACION SEDIMENTACION Miscelas Partículas neutras Flóculo cuya δ > δH2O Este flóculo puede hundirse formando barro. Biológicos - Remoción de materia inorgánica como exoesqueletos - Remoción de materia inorgánica como biomasa - Degradación de MO - Biotransformación de componentes inorgánicos CO2 CO3 =
- 4. Pilar Delgado Aguas 4 Determinados organismos toman sales minerales del agua para formar su caparazón, al morir caen al fondo, donde según las condiciones químicas del agua, se van acumulando los mencionados caparazones, en general la materia orgánica que componía la masa celular de organismos desaparece; éste sería el origen de muchas rocas actuales de explotación económica. Ej: las diatomitas son rocas sumamente porosas que se usan para la fabricación de materiales aislantes térmicos, clasificadores de aceites y vinos, etc. en virtud de su gran porosidad, resultante de los intersticios dejados al desaparecer la MO y quedar sólo los caparazones silíceos microscópicos de las algas diatomeas que les dieron origen. ¿Cómo se presenta naturalmente la materia orgánica en el agua de un río? ¿Cuáles son sus orígenes y que transformación sufre el mismo? Graficar. Llegan al cuerpo de agua partículas orgánicas groseras, generalmente de más de 1 mm, tales como hojas, ramitas, ramas, trozos de corteza, nueces, flores y frutos; en el mismo parte de esta materia orgánica se disuelve, el resto es colonizado superficialmente por hongos, bacterias y protozoos; los trozos de materia orgánica resultante se rompen entonces por acción mecánica del agua turbulenta y por acción de organismos desmenuzadores, que parece que, en realidad, se alimentan de los microbios que colonizan a las partículas groseras, más que de la materia constituyente de estas partículas. Así resulta que en el medio que hay materia orgánica disuelta proveniente de la disolución de las partículas groseras, pero también provienen de aguas que escurren sobre o percolan dentro de los terrenos vecinos, disolviendo materia orgánica de los mismos, y de excreciones de plantas y organismos acuáticos. Hojas Ramas agua agua Luz Flores Microbios subterránea superficial disolución Microbios Coagulación Floculación desmenuzadores raspadores microbios desmenuzadores rotura física colectores También hay partículas pequeñas, generalmente de menos de 1 mm, de materia orgánica, proveniente de la rotura de las partículas orgánicas groseras, de aportes directos desde el medio terrestre que rodea el cuerpo de agua, de la floculacion de materia orgánica disuelta, ya en forma fisicoquímica, ya por acción microbiana, y de las heces de los organismos MO Partículas Groseras (>1 mm) MO Disuelta MO Partículas Finas (< 1 mm) Algas y Plantas Superficiales
- 5. Pilar Delgado Aguas 5 colectores, las que tienen un tamaño similar al de las partículas finas de las que se alimentan estos organismos, y de los organismos raspadores, que se alimentan fundamentalmente de algas que se encuentran fuertemente adheridas a cuerpos sumergidos, por ejemplo, piedras, plantas vasculares sumergidas, etc. Parecería que los musgos y las macrofitas acuáticas con raíces mientras están vivos son poco atacados por los animales para usarlos como alimento, y que una vez muertos son transformados en forma similar a las partículas orgánicas groseras. Por su parte los predadores se alimentan de animales de todos los grupos mencionados y del propio grupo de predadores, actuando como control de la cantidad de individuos en el ecosistema y estando ellos mismos limitados por la cantidad de alimento disponible, además sus heces incrementan la cantidad de partículas orgánicas finas. ¿Cómo ingresa el oxígeno gaseoso a un cuerpo de agua? ¿Cómo y por qué procesos es consumido en el mismo y de qué manera varía la concentración en el agua a lo largo del día y en función de la turbulencia? En cuanto a los intercambios con la atmósfera el más importante, a los efectos de nuestro estudio, es de del oxígeno, que penetrará en el cuerpo de agua, disolviéndose en el agua, si su concentración es la misma es menor que la de saturación, por ejemplo, ésto puede darse en una laguna eutrófica durante la noche, en particular a la madrugada, pues todos los organismos que la habitan, incluidas las plantas, están respirando y ninguno fotosintetizando y, consecuentemente, liberando oxígeno, por la falta de luz; en cambio durante el día, como resultado de la fotosíntesis llevada a cabo por las plantas, en particular las algas, se libera oxígeno que no sólo puede, en ciertos casos, satisfacer lo demandado por todos los seres vivos del ecosistema del cuerpo de agua sino que resulta sobrando, sobresaturándose el agua y liberándose oxígeno gaseoso a la atmósfera. En la figura siguiente representamos la relación entre la concentración de oxigeno gaseoso disuelto en el agua y la profundidad del cuerpo de agua En la primera figura vemos lo que ocurriría al mediodía de un día soleado, la máxima concentración de oxígeno disuelto se da a la profundidad donde la producción es máxima, es decir donde se concentra la comunidad de algas planctónicas buscando las condiciones vitales óptimas, hay sobresaturación en oxígeno y pasaje del gas a la atmósfera. La segunda representa una situación similar pero con viento fuerte, la turbulencia inducida en el agua produce su mezcla, la concentración de oxígeno es más o menos constante en toda la profundidad, excepto en la capa próxima a la superficie, donde tiende al equilibrio con la atmósfera.
- 6. Pilar Delgado Aguas 6 En la tercera representamos lo que sucedería durante la noche sin viento, como consecuencia de la respiración de los seres que habitan en el cuerpo de agua hay disminución generalizada del oxígeno disuelto todo a lo profundo, incluso la capa más próxima a la superficie no llega a estar saturada de gas, lo que provoca un pasaje del mismo desde la atmósfera al agua. En la última figura vemos lo que pasaría si en la misma situación sopla viento, como consecuencia de la mezcla la concentración de oxígeno disuelto sería aproximadamente el promedio de la del caso anterior, salvo en la capa inmediata a la superficie, en la que crece como consecuencia de la solución activa de oxígeno y su pasaje, acelerado por la turbulencia, al seno del líquido. Se comprende que estas curvas son idealizaciones y que en la práctica varían de un caso a otro. Explique el mecanismo natural por el cual se degrada la materia orgánica disuelta en el agua y se mantiene concentración no nula de oxígeno disuelto en dicha agua. Según lo que hemos visto, distintos fenómenos físicos, químicos y biológicos conducen a la sedimentación de partículas, las que en el fondo del cuerpo de agua constituirán un cieno cuya composición, espesor y localización dependerán de factores externos al cuerpo de agua y de factores propios del cuerpo de agua. Entre los factores externos están el tipo de rocas y suelo circundantes, calidad y cantidad de las aguas afluentes, tanto superficiales como subterráneas, y de los materiales sólidos soportados por ellas, fauna y flora terrestre de la zona, actividades erosivas, etc. Entre los factores propios del cuerpo de agua se cuentan las propiedades físicas y químicas de su agua, que, a su vez, determinan su capacidad para coagular coloides, disolver sustancias, permitir determinadas formas de vida, etc. sus características hidráulicas, como la velocidad del escurrimiento, y su turbulencia, y las características del ecosistema acuático en su conjunto, por ejemplo las relaciones tróficas entre sus componentes vivos determinan, al menos en parte, el tamaño de la materia orgánica sedimentable, su cantidad remanente, etc. Un factor propio del cuerpo de agua, pero evidentemente fijado en gran medida por factores externos tales como el clima, es la temperatura del agua y de los sedimentos, las que, a su vez, determinan el grado de actividad química y biológica, la viscosidad de los fluidos, las tasas de difusión, la solubilidad de los gases, etc. El cieno acumulado en el fondo va sufriendo una serie de modificaciones y transformaciones; moluscos, gusanos y larvas de insectos cavan túneles, lo agitan y lo mezclan, bacterias, protozoos y otros animales viven de la materia orgánica que contiene, las burbujas de gases resultantes de la acción biológica y los movimientos del agua lo agitan, el oleaje provoca sacudidad que tienen a compactarlo, las sustancias químicas difunden a favor de gradientes de concentración que se establecen en el agua intersticial, es decir la que ocupa los intersticios que dejan entre sí los sólidos del cieno; por su propio, el oleaje, etc. los depósitos se van compactando y consolidando con el transcurso del tiempo; los intersticios entre los sólidos del cieno se achican y el agua que los ocupa se eleva, arrastrando consigo sustancias en solución. Así comienza la transformación del suelo suelto en roca sedimentaria, es decir el proceso que los geólogos llaman “diagénesis”. Resulta que varias son las causas que llevan a que la concentración de oxígeno disuelto en el agua se vaya reduciendo hacia el fondo del cuerpo de agua, tanto por respiración como por la oxidación química de reductores, sobre todo inorgánicos; no es común, al menos bajo las actuales circunstancias, que tal concentración se anule en los fondos marinos, salvo en
- 7. Pilar Delgado Aguas 7 depresiones cerradas y deficientemente aireadas, en cambio, otros opinan, refiriéndose al fondo de los ríos, opinan que salvo en las capas más altas del cieno, en las restantes debe ocurrir necesariamente la descomposición en ausencia de oxígeno disuelto. Los procesos biológicos continúan aún en ausencia de oxígeno gaseoso, o molecular, disuelto en el agua; a los organismos que son capaces de vivir en un ambiente sin oxígeno molecular se los llama “anaeróbios”, a diferencia de aquellos que necesitamos de tal gas para vivir, que nos llamamos “aeróbios”, existiendo organismos capaces de vivir en ambos tipos de ambientes, pero que habiendo oxígeno disuelto se comportan como aerobios, se los llama “facultativos”. ¿Qué es el balance de oxígeno en un cuerpo de agua y cómo se expresa matemáticamente? ¿Cuáles son los elementos fundamentales de dicho balance? En un balance de oxígeno computaremos como entradas: 1. Abs = la absorción del oxígeno atmosférico = f ( GS, turbulencia) 2. Fot = la cesión de oxigeno por la fotosíntesis llevada a cabo por a. las algas f = ( ∃ algas , ∃ luz ) b. las macrofitas sumergidas Consideramos como salidas de oxígeno: 1. P = el consumo por los animales (peces) 2. Alg = el consumo por las plantas y las algas 3. Bact = el consumo por las bacterias, tanto a. suspendidas en el agua b. habitando en el cieno del fondo 4. Q= el consumo por las reacciones químicas con las sustancias reductoras que, sobre todo, manan del fondo que se va compactando. A estos habrá que agregar la cantidad de oxígeno disuelto que trae el agua. ( Dis ) [O2] final = Dis + ( Abs + Fot) – (P + Bact + Alg + Q) La absorción del oxígeno atmosférico por el agua cumple con las leyes de solubilidad de gases en líquidos, dicho muy rudimentariamente la concentración del gas disuelto en el líquido aumenta con la presión de la fase gaseosa y disminuye al crecer la temperatura y/o salinidad del agua. Se define como concentración de saturación del gas en el líquido a aquella en el líquido se encuentra en equilibrio con el gas a una presión y temperatura dadas. En la practica se conoce como déficit de oxigeno (DO) a la diferencia entre la concentración de saturación y la concentración realmente existente de oxígeno en el agua, y como “grado de saturación” al cociente entre la concentración realmente existente y la concentración de saturación de oxígeno en el líquido, es decir: DO = (O2) sat. – (O2)real GS = (O2)real / (O2) sat. La absorción de oxígeno resulta función del déficit de oxígeno, o bien del grado de saturación, de la temperatura, de la presión atmosférica, del grado de turbulencia del agua y, como consecuencia, de la velocidad y profundidad de la misma, en el mismo sentido influye la agitación producida por las hélices de los buques.
- 8. Pilar Delgado Aguas 8 ¿Qué son los organismos autótrofos? ¿Cómo los clasificaría en función de su fuente de energía? Ejemplo a los fines de nuestro estudio. En general las principales reacciones químicas llevadas a cabo por los seres son oxidoreducciones. Recordemos que oxidar implica quitar electrones a los atomos de un elemento o bien iones hidrogeno de un compuesto., por ejemplo al hacer erder gas metano en una llama para obtener calor estamos oxidando el carbono del metano y reduciendo oxigeno del aire, o sea: CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O Metano Oxigeno anhídrido carbónico agua A la reacción inversa se la llama reducción, destaquemos que ambas reacciones se dan simultáneamente, por lo que es más preciso hablar de reacciones de oxido – reducción. Todas estas reacciones implican transferencia de energía; así para la síntesis de la materia orgánica a partir de sus componentes inorgánicos se debe aportar energía a la reacción, la que almacenada como energía química podrá ser luego liberada al oxidar dicha materia orgánica. Los seres vivos en general sintetizamos materia orgánica; aquellos que son capaces de sintetizar materia orgánica a partir de sustancias inorgánicas y energía los llamamos autótrofos, a los que necesitamos hacerlo a partir de materia orgánica nos llamamos heterotrofos. Según sea la forma de energía que utilizan los organismos autótrofos, se los puede clasificar en fotosintetizadores o quimiosintetizadores, los primeros usan energía radiante, los segundos energía química que obtienen mediante reacciones químicas. Los organismos autótrofos fotosintetizadores emplean energía radiante de longitud de onda adecuada, en general, luz solar y son: 1- Plantas superiores, algas y bacterias verde-azuladas o cianofíceas. En forma muy abreviada podemos decir que mediante la fotosíntesis estos organismos reducen el carbono del anhídrido carbónico y oxidan el oxígeno del agua, que resulta liberado como oxígeno molecular, esquemáticamente podemos poner: CO2 + 2 H2O* CHOH + H2O + O2 * Donde con CHOH se simboliza a la materia orgánica mediante sus componenetes principales y en la proporción en la que entran por ejemplo en las moléculas de glucosa. También se indica que el O2 gaseoso generado en la fotosíntesis resulta de la descomposición del agua, actuando el carbono como aceptor de iones hidrógeno, es decir, reduciéndose, cuyo dador es el agua, el oxígeno de la cual se oxida a oxígeno molecular gaseoso. 2- Bacterias fotosintetizadoras, que se dividen en bacterias sulfurosas verdes y bacterias púrpuras, entre éstas se distinguen las bacterias sulfurosas púrpuras y las bacterias no sulfurosas púrpuras. Estas bacterias tienen pigmentos diferentes y distintos a la clorofila de las algas, por lo que usan otras porciones del espectro solar, pudiendo ubicarse más profundamente en el agua, incluso debajo de las algas, aprovechando mejor la energía
- 9. Pilar Delgado Aguas 9 disponible y buscando, la mayoría de ellas, zonas en que sea nula la concentración de oxígeno disuelto, pues son anaeróbicas y anoxígenas, es decir, ni consumen ni generan oxígeno durante la fotosíntesis, debe aclararse que algunas especies son capaces de actuar como heterótrofas aerobias, es decir consumiendo oxígeno gaseoso, pero sólo si están en la oscuridad. La ecuación de fotosíntesis de estas bacterias sulfurosas y fotosintetizadores podría representarse: CO2 + 2 H2S CHOH + H2O + 2 S Anh. Car. Ácido sulfhídrico MO agua azufre Como vemos el ácido sulfhídrico cumple el papel de dador de iones hidrógeno. Cabe notar que las bacterias no sulfurosas púrpura necesitan, al menos en laboratorio, vitaminas del complejo B para su crecimiento y reproducción por lo que no serían autótrofas estrictas, lo que nos indica que hay toda una gradación entre autótrofos estrictos y heterótrofos estrictos y que fotosíntesis no implica autotrofia. Bacterias quimiosintetizadoras autotróficas, carecen de pigmentos y emplean reacciones de oxidación como fuente de energía para la síntesis orgánica. Las nitrosomas cumplirían con: NH3 + O2 HNO2 + H2 y 2 H2 + CO2 NH2CO + H2O Amoníaco ac. Nitroso MO Las bacterias Nitrobacter llevan ácido nitrosos a ácido nítrico HNO2 + ½ O2 HNO3 Las bacterias sulfurosas oxidan el ácido sulfhidrico SH2 produciendo azufre coloidal que se deposita en el citoplasma: 2 H2S + O2 2 H2O + 2 S también pueden actuar sobre otras sustancias, por ejemplo, tiosulfatos, pero si carecen de ellas o de ácido sulfhídrico pueden oxidar al azufre coloidal almacenado en su citoplasma para formar ácido sulfúrico. 2 S + 3 O2 + 2 H2O H2SO4 (es corrosivo) Las bacterias férricas forman hidróxido férrico por oxidación del carbonato ferroso: 2 FeCO3 + 3 H2O + O 2 Fe(OH)3 + 2 CO2 (crean incrustaciones en los caños) ¿Cómo clasificaría a los organismos heterótrofos en función de la presencia de oxígeno gaseosos disuelto en el medio, o bien del aceptor de protones en sus reacciones de respiración? ¿Cuáles son las principales características de cada grupo y su importancia para nuestro estudio? Por su parte los organismos heterótrofos cumplimos con un esquema metabólico general que se puede resumir mediante:
- 10. Pilar Delgado Aguas 10 AH2 + B A + BH2 + Energía disipada + Energía metabólica Y según sea el receptor B de iones hidrógeno se clasifica: B = oxígeno ⇒ respiración celular aeróbica B ≠ oxígeno ⇒ respiración celular anaeróbica B = MO ⇒ fermentación En rigor de verdad parece que lo que determina la existencia de organismos aerobios o anaerobios es el estado de oxidación del medio, mensurable a través del potencial de oxidoreduccion del mismo. Además existen organismos llamados “facultativos”, en particular bacterias, capaces de vivir tanto en medios aeróbicos como anaeróbicos, pero en el caso de haber oxígeno disuelto actúan como aeróbicos. Los organismos heterótrofos aeróbicos oxidamos el carbono de la materia orgánica a carbono del anhídrido carbónico, actuando el oxígeno molecular como aceptor de iones hidrógeno, o sea reduciéndola, para formar parte de una molécula de agua, según: C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + 673 Kcal Donde como ejemplo de materia orgánica se tomó la glucosa. Otros elementos de la materia orgánica, por ejemplo, el nitrógeno, el azufre, el fosfato pasan a formar parte de compuestos oxidados tales como nitratos, sulfatos, fosfatos, etc. Según vimos los organismos heterótrofos anaerobios se pueden clasificar de acuerdo con el aceptor de iones hidrógeno (H+ ), o dicho de otra forma, que sustancia entrega átomos de oxigeno en: a) organismos heterótrofos anaerobicos que usan materia orgánica como aceptores de protones, se suele decir que tal proceso es una fermentación y como resultado de la misma se suelen producir moléculas orgánicas más sencillas y anhídrido carbónico, por ejemplo: C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2 + 22 Kcal Glucosa Ác. Acético Anh. Carb. Cuando los hongos no tienen cantidad suficiente de oxígeno molecular disponible para degradar a la materia orgánica hasta anhídrido carbónico y agua son capaces de vivir llevando a la materia orgánica hasta compuestos orgánicos intermedios, del mismo tipo de aquellos resultantes de la fermentación, se habla de fermentación fúngicas, pero el procesos en sí y, por lo tanto los hongos, son aeróbicos; dicho de otra manera, siempre son hongos aeróbicos, pese a que los productos de su respiración pueden coincidir, a veces, con los de los organismos anaerobios fermentadores. b) organismos heterótrofos anaerobicos que usan materia inorgánica como aceptores de protones, por ejemplo bacterias que son capaces de reducir sulfatos: 2 CH3 CHOH COOH + SO4 2- 2 CH3 COOH + S 2- + 2 CO2 + 2 H2O De manera parecida, otras bacterias son capaces de reducir los nitratos, que actúan así como aceptores de iones H+ de la materia orgánica, produciendo óxidos de nitrógeno o,
- 11. Pilar Delgado Aguas 11 inclusive, nitrógeno molecular, en un proceso de graves consecuencias para la vegetación pues le substrae nutrientes, en este caso nitratos. Por ejemplo, la respiración en una célula euriótica, es decir con membrana nuclear se efectúa normalmente en dos etapas, una anaerobica, en el citoplasma, que lleva la glucosa a piruvato, con relativa escasa liberación de energía, y otra aerobica dentro de las microcondrias, que son órganos contenidos en el citoplasma celular donde en una serie de pasos se completa la oxidación hasta anhídrido carbónico y agua, con liberación importante de energía llevada a cabo en forma gradual de manera de minimizar las pérdidas. ¿Cómo se relacionan los organismos autótrofos y heterótrofos de los ecosistemas acuáticos, entre sí y con las condiciones físicas y químicas del medio? Luz Atmósfera MO O2 Bacteria Alga fot: CO2 + H2O MO* +O2 Heterotrofa NH2 NH3 NO3 - Aerobia MO* CO2 MO* Anaerobio [O2] = 0 barro, fango SO4 = (quim) de fondo SO4 S3 S= + O2 SO4 = (bioquim) Acum en el citoplasma Materia MO* excretada E Fuente de Energía respirada: MO + O2 CO2 + H2O Para explicar esto podemos empezar por las algas, suponiendo que el ecosistema está iluminado con luz solar, u otra longitud de onda conveniente, tendrá lugar el proceso fotosintético, es decir, tomarán anhídrido carbónico disuelto en el agua y también agua para transformarlos en materia orgánica y oxigeno gaseoso, que se libera(ver fórmula); parte de esta materia orgánica será empleada por la propia planta, mediante respiración, como fuente de energía para sus procesos vitales, el resto será usado por la planta para su crecimiento, mantenimiento, reproducción, etc. y una vez muerta el alga o bien habiendo sido excretada la materia orgánica por la misma, quedará a disposición de las bacterias, que la tomarán, junto con la materia orgánica de otros orígenes tales como excreciones animales, incluidas excreciones bacterianas, restos de bacterias muertas, restos vegetales, etc. para emplearla como materia en la construcción de sus células, su reproducción y demás, y como fuente de energía para procesos vitales, a través, nuevamente, del proceso de respiración, dejando en libertad agua, anhídrido carbónico y sales minerales; éstos dos
- 12. Pilar Delgado Aguas 12 últimos grupos de compuestos serán, a su vez, tomados por las algas, cerrándose el ciclo. Todo este complejo proceso se completa con los intercambios con la atmósfera, a través de la superficie, y con el fondo, ya que no debemos olvidar que en el fondo también habitan organismos, y además, puede haber en el mismo sustancias químicas reductoras como sulfuros. ¿Qué entiende por procesos biológicos aeróbicos y procesos biológicos anaeróbicos en un cuerpo de agua? De características principales de cada uno de ellos. C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + 673 Kcal AEROBIA Glucosa C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2 + 22 Kcal ANAEROBIA Glucosa Ác. Acético Anh. Carb. La AEROBIA libera más energía, pero la ANAEROBIA por tener menor energía se refiere a procesos más lentos. La ANAEROBIA libera sustancias no agradables. Los sulfuros (S- ) liberan sulfuro de hidrógeno (SH2) que es letal, incluso en concentraciones bajas. Aparte, tiene olor a huevo podrido. Ambas condiciones se dan en estado gaseoso. ¿Cómo actúa el vertido de grandes cantidades de materia orgánica en un punto del río? Explique y haga los dibujos necesarios. [sustancias] 2 [O2] 9 16 3 11 1 5 L 8 Algas 15 Peces 10 4 Algas Peces 6 Bact 7 12 13 L o t AL D DA R AL
- 13. Pilar Delgado Aguas 13 AL: agua limpia D: degradación DA: descomposición activa R: recuperación 6 2 4 5 7 8 12 1 9 10 11 13 3 14 15 16 1 aumenta la MO 2 pico de MO 3 pico amoníaco 4 pico bacterias 5 se acaba el O2 6/7 muerte de peces y algas 8 desaparición de nitratos 9 desaparición de MO 10 desaparición de las bacterias 11 incremento de oxígeno disuelto 12/13 reaparición de algas y peces 14 pico de nitratos 15 pico de algas 16 pico de oxígeno