Tema 1 bioxeo - Apuntes 1 PDF

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Apuntes tema 1 de clases expositivas...

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TEMA 1: Conceptos fundamentales ¿Biogeoquímica? -Geoquímica de la biosfera -Geoquímica orgánica, geoquímica ambiental -Integra el estudio de las reacciones químicas en la biosfera -Objetivo: entender la conexión entre litosfera, hidrosfera, atmósfera y biosfera a través de los procesos biogeoquímicos y la influencia de la actividad antrópica -Interacción recíproca entre los organismos y su entorno, evolución continua -La Tierra como un sistema irreproducible del cual se estudian sus componentes, su estructura y dinámica -Niveles de estudio: estático (composición y estructura), dinámico (reactividad, procesos), sistémico (interacción, realimentación) -Dinámica de sistemas, modelización global

Los elementos químicos: distribución y formación -Observación: distribución de los elementos químicos en distintos subsistemas -¿Origen de los elementos químicos?: origen de la materia -¿Procesos de diferenciación responsables de su distribución?: sistema solar, Tierra, vida 

Abundancia de los elementos: -H y He: 98% de los átomos -Elementos ligeros >> pesados -Elementos Z par > elementos Z impar -Elementos Z > 30 más similares en abundancia que los elementos ligeros -Li, Be anormalmente raros en la galaxia

 Nucleosíntesis -Fusión de Helio

-Fusión de C: -Fusión de O: -Fusiones sucesivas:

Origen del sistema solar 1. 2. 3. 4. 5.

Explosión supernova (4.500 M.a) Formación de una nebulosa Colapso gravitatorio Condensación Acreción (crecimiento por adición de materia)

6. Diferenciación -Primaria: influida por el potencial de reducción relativo al del Fe Eº siderófilos > Eº Fe -Secundaria: separación fraccionada o Enfriamiento del magma o Minerales cristalizan dependiendo de su punto de fusión y abundancia de elementos o Temperaturas de cristalización: depende del tamaño y carga de los elementos (cristaliza primero la Anortita y de segunda la Albita) o Sustitución isomórfica (elementos poco abundantes sustituyen a elementos más abundantes con similar radio iónico) -Terciaria: o Alteración en la corteza: interacción de la corteza con agua y aire a diferentes Tª y presiones o Cambios continuos o Resultado: iones más solubles a la hidrosfera y evolución de la litosfera hacia el sistema residual

Origen de la atmósfera y los océanos primitivos Relaciones de deficiencia = log (abundancia cósmica/abundancia en tierra), relativo al log (Si cósmico/Si tierra) Atmósfera: origen secundario, desgasificación de materiales sólidos Atmósfera primitiva: N2, CO2, CO, CH4, H2, He, NH3, H2O Hidrosfera: -Condensación del agua -Disolución de gases solubles -Neutralización en la corteza Disolución de gases atmosféricos CO2 + H2O  H2CO3  H+ + HCO3HCl + H2O  Cl- + H3O+ SO2 + H2O  H2SO3 Secuestro de CO2 en el agua:

Si todo el CO2 acumulado en los carbonatos sedimentarios fuera liberado, la atmósfera terrestre podría tener una PCO2 de 60 bares y una composición similar a la atmósfera de Marte o Venus.

Origen de la vida y evolución de las rutas metabólicas Experimentación: Urey y Miller y experimentos posteriores Condritas carbonosas El primer hábitat El último ascendente común

Primeros indicios: -Hace 3.5 Ga: fósiles microbianos -Microfósiles similares a las cianobacterias actuales -Archaebacterias Rutas metabólicas  Metanogénesis

 Fijación del nitrógeno

 Reducción del

(ruta sulfatoreductora)

Aparición tardía??: acumulación de sulfato en agua; Archaebacterias termófilas; en grandes zonas hidrotermales -Heterótrofos: viabilidad limitada, depende de la síntesis abiótica de moléculas orgánicas -Autótrofos: favorecidos por la selección natural; producción propia de los sustratos orgánicos reducidos  Fotosíntesis o Anaerobia

o

Bacterias sulfurosas abundantes en ambientes volcánicos; evidencias geológicas: depósitos de sulfatos minerales datados de hace 3.5 Ga Oxigénica Barrera energética muy elevada (fotoautótrofos). Fuerte selección positiva por la limitación de suministro de H2S y el suministro inagotable de agua Evidencia geológica: depósitos oceánicos de Fe2O3

BIF: bandeados de hierro; capas superpuestas ricas-muy ricas-menos ricas de hierro (3500 M.a) El O2 difunde a la atmósfera y es rápidamente consumido en la corteza mediante reacciones de oxidación, por lo que se acaban las BIF. El sulfato es la forma más oxidada del azufre 

Liberación de O2 al medio: -Oxidación oceánico -O2 atmósfera -Aparición eucariotas, evolución de cloroplastos, fotosíntesis más efectiva -Acumulación 20% O2 atmósfera, balance fotosíntesis / respiración -O2 estratosférico, O3; plantas superiores colonizando la tierra (400M.a) -Nuevas rutas metabólicas o Basadas en S o Transformaciones de N: nitrificación/desnitrificación

En la atmósfera se acumula el O2 cuando las reacciones de oxidación se vuelven más lentas, cuando hay un balance entre la fotosíntesis y el consumo de O2 en las reacciones. Se asocia la acumulación de O2 en los mares con el metabolismo eucariota, es decir, con la aparición de células eucariotas. Estas desarrollaron cloroplastos, que generan mayor cantidad de o2 y de forma más eficaz hasta la concentración actual  21% O2 (cte. desde el silúrico 400 M.a) Se produjo la formación de una capa de ozono que protege de las radiaciones U.V (onda de longitud más baja), lo que permitió la colonización de la tierra por parte de las plantas verdes. Red Beds: sedimentos enrojecidos por el óxido de hierro (continentales); se forman hace 2500 M.a -Gráfica ``Earth’s Atmosphere Trough Time´´: evolución de la composición de la atmósfera durante sus 4500 M.a. En el proceso ha pasado de ser fuertemente reductora a ser muy oxidante.

Tema 2: Principales parámetros de los sistemas biogeoquímicos El agua: medio y vehículo de la reactividad biogeoquímica o Ciclo hidrológico o Molécula del agua Elevada fuerza de cohesión Elevado punto de ebullición Alta constante dieléctrica Densidad máxima a 4ºC o Interacción con los solutos Hidratación: esfera de solvatación Formación de hidróxidos Formación de oxianiones

Potencial iónico y movilidad de los elementos...