oxígeno disuelto

• Características moleculares del agua.
• Material particulado y disuelto.
• Gases disueltos. Oxígeno; procesos físicos y biológicos; perfiles.
Otros gases.
• Potencial redox.
• Composición iónica.
• Conductividad y salinidad.
• Balance iónico.
CARACTERIZAR
el TIPO de
AMBIENTE
MODULO I: ENERGÍA Y CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
• Hidrodinámica
• Óptica
• Energía térmica
• Gases
• Composición iónica
• Carbono
• Nitrógeno
• Fósforo
El ESTUDIO de las CARACTERÍSTICAS
FÍSICO-QUÍMICAS (ABIÓTICAS)
de un CUERPO de AGUA PERMITE:
CONOCER las CONDICIONES
ECOLÓGICAS
(naturales y modificadas)
EXPLICAR PRESENCIA
COMUNIDADES BIOLÓGICAS
USOS versus CONSERVACIÓN
PREDECIR su EVOLUCIÓN
EVALUAR
la CALIDAD
del AGUA
1

Flujo de Energía y reciclaje de materia
AMBIENTE
FÍSICO-QUÍMICO
FUNCIONAMIENTO
BÁSICO DE UN
ECOSISTEMA
Energía Solar
Productores
Consumidores
Calor
NUTRIENTES
INORGÁNICOS
Organismos y medio físico-químico
DESCOMPOSICIÓN
H 2O
DETRITUS
2

MOLÉCULA DE AGUA
PROPIEDADES del AGUA como SUSTANCIA
y sus IMPLICANCIAS ECOLÓGICAS
• compuesto de mayor distribución en la Biosfera.
• domina la composición química de la materia orgánica.
• esencial en todos los procesos metabólicos.
• compuesto único en cuanto a su estructura molecular.
• confiere a los sistemas acuáticos propiedades particulares:
- Tiempo de calentamiento/enfriamiento
- Densidad anómala. Estratificación; hielo en superficie
- Solubilidad de sustancias
MOLÉCULA DE AGUA
- Viscosidad: velocidad de precipitación de partículas
energía de depredador para obtener presa
3

FUSION
EBULLIC.
+
H 20= = hidruro de H
ALTO CALOR ESPECIFICO
Kcal para aumentar 1 C a 1 g de agua
Almacena grandes cantidades de calor sin variar mucho su T.
Se calienta lentamente y se enfría lentamente.
CLUSTERS:
(H 2O) n
-
+
DIPOLO FUERTE
• Neutra pero parcialmente
cargada (electrones más cerca
del oxígeno).
• Excelente solvente de sales
• Puentes de H (débiles y
dinámicos) entre el oxígeno y
un H vecino.
Sustancia altamente dinámica pero
mantiene su integridad
4

ALTA TENSIÓN SUPERFICIAL
• Solo excedido por el Hg.
• Disminuye con la temperatura, sales y
contaminantes.
CONSECUENCIA
REDUCE PÉRDIDA DE CALOR.
PERMITE LA EXISTENCIA DE
COMUNIDADES DE ORGANISMOS
QUE VIVEN ASOCIADOS A ESA
CAPA: NEUSTON Y PLEUSTON.
DENSIDAD (δ) ANÓMALA
Cambio de densidad
Hielo (0 °C)
(agitación térmica nula)
5

Molécula no-iónica pero c/cargas separadas atrae y disuelve
sustancias: Cristales iónicos (sales)
La disolución de una sustancia en el agua es función de su atracción
hacia el agua. La atracción aumenta con la carga iónica (Z) o valencia
y disminuye con el radio iónico (r, tamaño) de la sustancia.
AFINIDAD POR AGUA Z/r POTENCIAL IÓNICO
Z/r < 3 se disuelven (Ca,
Mg, Na, K)
Z/r > 3 < 12 forman
hidróxidos y precipitan (I,
Mn)
Z/r > 12 se mantienen
en solución (CO 3, NO 3, SO 4
/ PO 4)
EXCELENTE SOLVENTE
RADIO IONICO (r)
POTENCIAL IONICO (Z/r)
SALES
SOLUBLES
CARGA IONICA (Z)
EXCELENTE SOLVENTE
HIDROXIDOS
OXIANION
6

COMPUESTOS PRESENTES EN EL AGUA
DISUELTO DISUELTO GASES GASES O2, O2, CO2, CO2, N2 N2 N2
0.45 µm
NO NO GASEOSO GASEOSO inorgánico:
inorgánico:
iones
iones
(sales)
(sales)
orgánico: orgánico: MOD MOD (prod. (prod. descomp.
descomp.
sust. sust. húmicas)
húmicas)
PARTICULADO PARTICULADO VIVO VIVO organismos organismos PLANCTON
PLANCTON
DETRITICO DETRITICO orgánico: orgánico: MOP MOP TRIPTON
TRIPTON
inorgánico:
inorgánico:
sales sales pr.
pr.
POR TAMAÑO
SESTON
SESTON
7

OXÍGENO DISUELTO
GASES DISUELTOS
O 2 OXÍGENO DISUELTO
N 2 NITRÓGENO GASEOSO (Ciclo N)
CO 2 DIÓXIDO DE CARBONO (Ciclo C)
CH 4 METANO (Ciclo C)
H 2S GAS SULFHÍDRICO
8

OXÍGENO DISUELTO
BALANCE MOMENTÁNEO
?
ATMÓSFERA FOTOSÍNTESIS CONSUMO METABÓLICO
OXÍGENO DISUELTO
9

OXÍGENO DISUELTO
OXÍGENO DISUELTO
TRANSPORTE EN PROFUNDIDAD
DIFUSIÓN PASIVA (mínima)
VIENTO
10

SOLUBILIDAD
DEL OD
OXÍGENO DISUELTO
TEMPERATURA
Ley de Solubilidad de los Gases
“La solubilidad de un gas es
inversamente proporcional a la
temperatura del medio”
TEMPERATURA
OXÍGENO DISUELTO
TEMPERATURA
11

OXÍGENO DISUELTO
TEMPERATURA
% DE SATURACIÓN = OD medido x 100
OD teórico
OD teórico = Cantidad de oxígeno en agua pura
saturada con aire (equilibrio con la atmósfera)
OD del lago < OD teórico = subsaturado
OD del lago < OD teórico = sobresaturado
Hipoxia = < 2-3 mg O 2 l -1
OXÍGENO DISUELTO
PRESIÓN
(Ley de Henry: “La concentración varía con la
presión, a temperatura constante”).
•ALTITUD
•PROFUNDIDAD
CONCENTRACIÓN DE SALES
Reduce la solubilidad del oxígeno exponencialmente. El
agua dulce a 0 °C contiene 2.8 mg l -1 más que el agua
de mar.
12

AUMENTO
FOTOSÍNTESIS
O 2
REDUCCIÓN
RESPIRACIÓN
OXIDACIÓN
BACTERIANA
de la MATERIA
ORGANICA
CO 2 + H 2O luz/N/P N/P + O 2
AUMENTO
FOTOSÍNTESIS
REDUCCIÓN
de la
TEMPERATURA
DIFUSIÓN PASIVA
OXÍGENO DISUELTO
FACTORES BIOLÓGICOS
OXÍGENO DISUELTO
O 2
REDUCCIÓN
RESPIRACIÓN
AUMENTO
de la
TEMPERATURA
OXIDACIÓN
BACTERIANA
de la MATERIA
ORGÁNICA
13

mezcla
Oxígeno disuelto
OXÍGENO DISUELTO
CONTAMINACIÓN ORGÁNICA
(materiales oxidables)
Fuente
Distancia a la fuente
DBO: Demanda Bioquímica/Biológica de Oxígeno:
- OD consumido en oscuridad a 20ºC en tiempo t (5 días)
- Permite evaluar contaminación orgánica
Z
temp
OD mg l -1
PERFILES
HETERÓGRADOS
Otros perfiles
según
actividad
biológica de
Autótrofos
Heterótrofos
PROFUNDIDAD: perfiles
PERFIL
ORTÓGRADO
Z
OD mg l -1
temp
PERFIL
CLINÓGRADO
POSITIVOS NEGATIVOS
Z
OD mg l -1
temp
Lagos someros?
14

OXÍGENO DISUELTO
OXÍGENO DISUELTO
CICLO DIARIO
OXÍGENO DISUELTO
CICLO DIARIO
OLIGO
TRÓFICO
15

PRIMAVERA VERANO OTOÑO INVIERNO
Oligotrófico:
Eutrófico:
CICLO ANUAL
POTENCIAL REDOX
• Medida de la intensidad total de las condiciones oxidantes o
reductoras en un sistema
• Refleja el balance entre procesos oxidativos y reductores
• Efecto en concentración de: C, O 2, N, P, S, Fe, Mg …
reductor 1 + oxidante 2 ⇆ oxidante 1 + reductor 2
Z (cm)
-10 0 10
agua
-500 0 +500
sedimento
condiciones
oxidantes
pE (mV)
condiciones
reductoras
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Reducción de CO 2
Oxidación de H 2O
Reducción de CO 2
Oxidación de H 2O
POTENCIAL REDOX
(CH 2O) n
Protoplasma
e - e -
O 2
Oxidación de CO 2
Reducción de H 2O
Fotosíntesis Respiración aeróbica
(CH 2O) n
Protoplasma
e - e -
O 2
X
(ej. SO 2-
4 )
CO 2
H 2X
(ej. H 2S gas sulfhídrico)
Fotosíntesis Respiración anaeróbica
COMPOSICIÓN IÓNICA
ej. bacterias
facultativas
anaeróbicas
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COMPOSICIÓN IÓNICA DE LAS
AGUAS CONTINENTALES
DISUELTO DISUELTO GASES GASES O2, O2, CO2, CO2, N2 N2 N2
0.45 µm
NO NO GASEOSO GASEOSO inorgánico:
inorgánico:
iones
iones
(sales)
(sales)
orgánico: orgánico: MOD MOD (prod. (prod. descomp.
descomp.
sust. sust. húmicas)
húmicas)
PARTICULADO PARTICULADO VIVO VIVO organismos organismos PLANCTON
PLANCTON
DETRITICO DETRITICO orgánico: orgánico: MOP MOP TRIPTON
TRIPTON
inorgánico:
inorgánico:
sales sales pr.
pr.
COMPOSICIÓN IÓNICA
• Características del sistemas acuático
• Aspectos fisiológicos (ósmosis)
• Comunidades biológicas presentes
• Diversidad
SESTON
SESTON
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IONES PRESENTES EN EL AGUA
(Concentración de sales disueltas)
•Salinidad: concentración de sales (g l -1 )
•Conductividad: capacidad para conducir corriente eléctrica (µS cm -1 )
•Sólidos totales disueltos: peso del residuo seco a 105 °C (mg l -1 )
MACROCONSTITUYENTES
CATIONES
Metales alcalinotérreos divalentes
Ca ++
Mg ++
Metales alcalinos monovalentes
Na +
K +
ANIONES
Ácidos fuertes
Cl -
SO 4 =
Ácidos débiles
HCO 3 - , CO3 =
Ca > Mg > Na > K > HCO 3 > SO 4 > Cl
19

Ca(HCO 3) 2
CaCO 3
MgSO 4
KCl
NaCl
HCO 3
CaSO 2
FeS 2
NaCl
MgCl
SiO 4
CATIONES
ANIONES
20

ORIGEN
COMPOSICIÓN Y SALINIDAD DETERMINADA POR:
1. Geología local
2. Clima
3. Biota
ACTIVIDAD
BIOLÓGICA
ATMÓSFERA
4. Tiempo de formación del suelo
5. Distancia al mar
6. Producción de aportes atmosféricos antrópicos
7. Metales traza y contaminantes orgánicos
8. Fertilizantes, aplicación de sales
SEDIMENTOS
INFLUENCIA DE LA CUENCA
CUENCA
Composición promedio (ug g -1 ) de rocas ígneas y sedimentarias
Insolubles Solubles
21

APORTE DE IONES SEGÚN
EL TIPO DE CUENCA
CO 3
Ca
Mg
Si
Al
Fe
> []
rocas
solubles
< []
rocas
insolubles
22

Lixiviación (ton km -2 año -1 )
Escorrentía (cm año -1 )
APORTE ATMOSFÉRICO
• Precipitación seca
• Lluvia
Concentración de iones en agua de lluvia (mg l -1 )
Sedimentarias
Igneas
Promedio mundial
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ORIGEN COMPARATIVO DE IONES
Precipitación
Gas o aerosol
Escorrentía desde cuenca
Atmósfera Suelos/Rocas
N, S, Cl, CO 2, SO 4
Ca, Mg, Na, K
Composición iónica típica del agua dulce
BALANCE
IÓNICO
BALANCE IONICO EN AGUA DULCE
Aniones % Cationes %
HCO 3 - 73 Ca+2 63
SO 4 -2 16 Mg+2 17
Cl- 10 Na+ 15
K + 4
otros < 1 otros < 1
24

CLASIFICACIÓN SALINA DE LOS SISTEMAS
CONDUCTIVIDAD
AL AUMENTAR LA CONCENTRACIÓN IÓNICA EN UNA SOLUCIÓN
ACUOSA, DISMINUYE SU RESISTENCIA A CONDUCIR UNA
CORRIENTE ELÉCTRICA.
LA CONDUCTIVIDAD ES UNA MEDIDA DE ESA RESISTENCIA.
Def.: "RECÍPROCA DE LA RESISTENCIA ELÉCTRICA ESPECÍFICA
ENTRE DOS ELECTRODOS DE 1 cm 2 A 1 cm DE DISTANCIA"
µmhos cm -1 o µSiemens cm -1
µS cm -1 (mS cm -1 )
AMBIENTE K (µS cm -1)
AGUA PURA < 0.2
AGUA DULCE < 500
ESTUARIO 5,000 – 30,000
MAR 55,000
µS cm -1 = mg l -1 x 1000
0.6
25

Conductividad
(µS cm -1 )
100
80
60
40
20
0
Estación Represa
1994 1995 1996 1997 1998
DURAZNO
LAGUNA DE ROCHA
EMBALSE
RINCÓN DEL
BONETE
K (µS cm
50
0
100 150
-1 )
5
10
15
20
25
Rio
Negro
Palmar
Rio Yi
26

RESUMEN
• Principales materiales presentes en el agua.
• Factores físicos y biológicos que explican la
concentración de oxígeno (temperatura, fotosíntesis y
materia orgánica).
• Perfiles y ciclo anual/diario de oxígeno.
• Potencial redox
• Iones; Macroconstituyentes.
• Origen/Procesos/Relevancia.
• Composición iónica de las aguas dulces.
•Tipos de ambientes.
•Conductividad.
27