ASIGNATURA: CONTAMINACION ATMOSFERICA

TRABAJO: CICLO DEL AZUFRE DOCENTE:

ALUMNOS: Vctor Nuez Baca Mirian N. Mayhuire Len Diana Serrano Huerta

Abancay, 11 de Noviembre de 2012

1. Introduccin...32. Ciclos Biogeoqumicos...42.1. Tipos de ciclos.....42.2. Fases del ciclo..43. Ciclo del biogeoqumico del Azufre..53.1. El Azufre......53.1.1. Estados de oxidacin en el cual se encuentra el azufre...53.1.2. Depsitos de azufre en la naturaleza.....63.2. Ciclo del Azufre.73.2.1. El azufre en la litosfera......8A. Actividades que movilizan y transforman el azufre de sus depsitos naturales..93.2.2. El azufre en la biosfera.10A. Productores...10B. Consumidores...11C. Descomponedores...113.2.3. El azufre en la atmosfera...113.2.4. El azufre en la hidrosfera......12A. transformaciones qumicas del azufre en la hidrosfera....133.3. Intervenciones humanas en el ciclo del azufre..143.4. El ciclo del azufre y sus Implicancias ambientales y de salud humana ..143.4.1. El dixido de azufre (SO2).....143.4.2. Regulacin del clima a partir del dimetil sulfuro DMS....174. Bibliografa..17

1. INTRODUCCION

Tanto la estructura fsica como la composicin qumica de la Tierra estn en constante cambio, por lo que los diferentes compuestos qumicos que forman el planeta sufren reacciones qumicas, cambios de fase y transporte de una regin a otra. El flujo de materiales, entre los que se incluyen los componentes del protoplasma, tiene lugar a travs de los diferentes comportamientos del ambiente fsico y biolgico, en rutas ms o menos circulares denominado ciclos biogeoqumicos. La atmsfera, los ocanos (parte de la hidrsfera) y la corteza terrestre son los principales compartimentos que sirven de reserva para los materiales esenciales para la vida en la Tierra.El azufre por ser un elemento de la naturaleza, cumple con una serie de funciones especficas, tal como lo es, su propio ciclo biogeoqumico, mediante el cual se distribuyen temporalmente en las diferentes esferas de nuestro ambiente, como la atmsfera, hidrsfera, biosfera y litosfera. En dichos compartimentos, el azufre circulan en grandes cantidades (del orden de miles de millones de toneladas) y sus tiempos de residencia pueden ser de unos pocos das, hasta miles o millones de aos. El ciclo biogeoqumico del azufre parece ser uno bastante complejo si tomamos en consideracin los diferentes estados de oxidacin que puede presentar dicho elemento y el hecho de que algunas transformaciones del azufre proceden tanto por vas biticas como abiticas.Estos procesos naturales han ocurrido desde mucho antes de la aparicin del hombre. La actividad humana puede causar cambios en la velocidad de algunos de estos procesos, dinamizando cambios desfavorables para su propia existencia.

2. CICLOS BIOGEOQUIMICOS

Los Ciclos Biogeoqumicos son los recorridos que realizan los elementos qumicos en la naturaleza. En estos recorridos van pasando por los diferentes subsistemas: pasan desde el medio (atmsfera, hidrosfera, geosfera) a los seres vivos (biosfera), regresando nuevamente al medio. Por tanto la circulacin de la materia es cclica (cerrada). El tiempo de permanencia o de residencia de los elementos en los diferentes sistemas es muy variable, denominndose almacn o reserva aquel lugar donde dicha permanencia es mxima. Los ciclos no se desarrollan a una velocidad uniforme, sino que algunas etapas requieren perodos ms prolongados que otras.

2.1. Existen dos grandes tipos de ciclos:

- Gaseosos: el principal reservorio del elemento es la atmsfera. Son ciclos relativamente rpidos. Ciclos del carbono, oxgeno y del nitrgeno- Sedimentarios: el principal reservorio se halla en los sedimentos (geosfera). Son ciclos lentos por la dificultad de acceso a la reserva del elemento. Ciclos del fsforo y del azufre.

2.2. En un ciclo biogeoqumico se pueden distinguir tres fases:

- Fase geoqumica: la materia fluye entre sistemas abiticos (atmsfera, hidrosfera, litosfera)- Fase biogeoqumica: paso de la materia orgnica a inorgnica y viceversa.- Fase bioqumica: comprende la transferencia de materia orgnica dentro de la biocenosis.

3. CICLO DEL BIOGEOQUMICO DEL AZUFRE

3.1. EL AZUFREEl azufre es un elemento qumico de carcter no metlico, de color amarillo, es blando, frgil, ligero, que a su vez desprende un olor caracterstico a huevo podrido y arde con llama de color azul desprendiendo dixido de azufre. Es insoluble en agua pero se disuelve en disulfuro de carbono. Aunque tambin al mezclarse xido de sulfuroso con agua produce lluvia cida.

3.1. 1. Estados de oxidacin en el cual se encuentra el azufre El azufre es bien abundante en la corteza terrestre. Se encuentra como: azufre elemental, sulfuros minerales, sulfatos, H2S en el gas natural y como azufre orgnico en aceites combustibles y carbn. Slo compuestos sulfurados con nmero de oxidacin: -2 [H2S, FeS, R-SH, H3C-S-CH3], 0 [S] y +6 [SO4=] se encuentran en cantidades significativas en la naturaleza.

3.1.2. Depsitos de azufre en la naturaleza:

Los depsitos de azufre ms abundantes se encuentran en sedimentos y rocas en forma de minerales sulfatados (principalmente el yeso, CaSO4) y minerales sulfurados (mayormente la pirita de hierro, FeS2) (tabla 2). Sin embargo, es propio sealar que la fuente primaria de azufre para la biosfera se encuentra en los ocanos en forma de sulfato inorgnico. A continuacin se describe el origen de los principales depsitos de azufre en nuestro planeta.

3.2. CICLO DEL AZUFRE

El azufre presenta un ciclo que pasa entre el aire y los sedimentos, siendo que existe un gran depsito en la corteza terrestre y en los sedimentos y un depsito menor en la atmsfera.El azufre es un elemento relativamente abundante en la corteza terrestre, ocurriendo principalmente en la forma de sulfatos solubles. Gran parte de los reservorios de azufre inerte est en rocas sulfurosas, depsito de elementos sulfurosos y combustibles fsiles.Las actividades del hombre han movilizado parte de estos reservorios inertes, obteniendo de esta forma desagradables consecuencias como la polucin.Por fin, algunos depsitos de elementos sulfurosos y algunos minerales de sulfato pueden ser de origen biognica. El azufre puede ser adicionado tambin en la exosfera en la forma reducida (H2S), como resultado de la actividad volcnica y del metabolismo microbianoEl azufre puede ser encontrado tambin en diversos estados de oxidacin en los compuestos orgnicos e inorgnicos. Los microrganismos catalizan la oxidacin y reduccin de las diferentes formas de azufre, estableciendo de este modo un ciclo.El azufre es un componente esencial del sistema de vida, estando contenido en diversos aminocidos en la forma de grupo sulfidrilo (-SH), adems de ser un componente esencial de varias co-enzimas.El ciclo del azufre es uno de los ms intervenidos por las actividades del hombre. Las actividades antrpicas, principalmente las combustin del carbn, han duplicado las emisiones a la atmsfera. El azufre se presenta de forma natural en varios estados de oxidacin. El azufre es un elemento esencial de la estructura de las protenas. Como sulfato, en estado totalmente oxidado, es el segundo anin ms abundante en agua dulce (despus del bicarbonato) y el agua salada (despus del cloruro), y es el principal causante de la acidez tanto en agua de lluvia pura, como contaminada (lluvia cida), por lo tanto influencia la meteorizacin de las rocas. El sulfato en la atmosfera influencia el ciclo hidrolgico y constituye el componente dominante del ncleo de condensacin igualmente en zonas no contaminadas.

3.2.1. El azufre en la litosfera El azufre constituye aproximadamente el 0.035% de la corteza terrestre.El azufre se encuentra en su mayora como yeso (CaSO42=), que se forma debido a la evaporacin de aguas marinas ricas en sulfatos (el mar es el principal reservorio de este bioelemento). Otro acmulo importante de azufre en el suelo son los sulfuros metlicos como (iritas (FeS2), galena [PbS], chalcocita [Cu2S], etc., que quedan en sedimentos; estos pueden ser devueltos a la atmsfera. por la actividad volcnica o mediante la quema de combustibles fsiles.

Se encuentra en forma nativa en la proximidad de los volcanes y fuentes termales. El azufre se encuentra asociado en combustibles fsiles (petrleo y carbn) en pequeas cantidades la cuales se encuentra en el subsuelo y tambin se encuentra en el gas natural que contiene sulfuro de hidrogeno.

A. Actividades que movilizan y transforman el azufre de sus depsitos naturales en la litosfera.A.1. Vulcanismo.- la actividad volcnica tambin produce emanaciones gaseosas los gases disueltos en el magma son liberados durante la erupcin, siendo algunos, compuestos de azufre como (SO2 y H2S).A.2. Meteorizacin.- es la alteracin de los materiales rocosos expuestos al aire, la humedad y al efecto de la materia orgnica; puede ser meteorizacin mecnica o de desintegracin, y qumica o de descomposicin, las cuales atacan a las rocas y las cuartean, disgregan y descomponen, proporcionado de esta manera los sulfatos (SO42=)A.3. Erosin.- proceso destructivo y de transporte de materiales por medio de vientos, glaciares, ros y olas. Trasladando los sulfatos (SO42=) que se encuentran en el yeso, pirita, galena, etc. A diferentes depsitos o compartimientos ambientales.A.4. Minera e Industria.- en diferentes lugares del mundo se sigue explotndose azufre nativo. Que se emplea en la fabricacin de acido sulfrico, caucho, plvora, abono y plaguicidas; tambin se usa en la produccin de jabn, textiles, papel y tintes.A.5. Combustin.- los combustibles fsiles (petrleo y carbn) en su combustin producen dixido de azufre. Tambin del gas natural que contiene sulfuro de hidrogeno que una vez separado se quema para obtener azufre.

El azufre en la biosfera A. Productores

El azufre se incorpora a la biosfera a travs de los productores que toman del suelo en forma de sulfatos (SO42=) los cuales son solubles en agua y absorbidos por sus races, constituyendo la principal fuente de azufre para los seres vivos. Las plantas, bacterias y hongos incorporan el azufre a partir de los sulfatos, y mediante la fotosntesis los reducen a sulfuro de hidrgeno (H2S) que utilizan para fabricar ciertas molculas orgnicas.

El azufre no solo ingresa a la planta a travs del sistema radicular sino tambin por las hojas en forma de gas (SO2) que se encuentran en las atmosfera.

El azufre el interior de las clulas tiene caractersticas de poca movilidad. Fisiolgicamente algunas funciones importantes, como formar parte de los aminocidos (cistena, metionina), y distintas enzimas con el sulfhidrilo (SH-) como grupo activo.

B. ConsumidoresAnimales y humanos a travs de la dieta alimenticia, ingresan el azufre a su organismo, el cual es indispensable. Formar parte de aminocidos como metionina y cistena, por lo que esta a presente en prcticamente todas las protenas. Tambin forma parte de las molculas de vitaminas B1, biotina y diversas hormonas.

Es parte de la estructura de la piel, uas, cabello y cartlago; se encarga de neutralizar sustancias toxicas y ayuda al hgado en la secrecin de bilis, siendo importante para una buena digestin. Favorece la depuracin de toxinas y es necesario para regular niveles de glucosa en la sangre.

C. Descomponedores

Los descomponedores (bacterias y hongos) liberan el azufre de los organismos muertos (materia orgnica) en forma de sulfuro de hidrgeno (H2S) y mercaptanos.

C.1. Transformaciones qumicas del azufre en el suelo

En el suelo existen otras bacterias, las sulfobacterias o bacterias sulfatorreductoras que, en condiciones anaerobias, devuelven los sulfatos a sulfuros (Desulfovibrio).

El H2S del suelo o del agua puede oxidarse de nuevo a (SO42=) por la accin bacteriana:- En condiciones aerobias es oxidado por bacterias auttrofas quimiosintticas (Thiobacillus)- En condiciones anaerobias puede ser aprovechado por bacterias fotosintticas (fotosntesis anoxignica).

El azufre en la atmosfera

El azufre puede llegar a la atmosfera como sulfuro de hidrogeno (H2S) o dixido de azufre (SO2) gases provenientes de erupciones volcnicas, luego se encuentra la combustin de carbn y petrleo, tambin es una fuente importante de (SO2) la brisa marina que arrastra partculas de agua con sulfatos formando el aerosol marino y la descomposicin de materia orgnica.

Algunos de los xidos de azufre son contaminantes, como el trixido de azufre (SO3), ya que al reaccionar con el agua forma acido sulfrico ya la precipitarse lo hace como lluvia acida.

En la atmosfera prxima a los ocanos hay azufre en forma de dimetilsulfuro (DMS) formado por descomponedores marinos.

A travs de las lluvias, el azufre pasa de la atmosfera a la litosfera, en forma de sulfitos (SO2) y sulfatos (SO4=)

El azufre en la hidrosferaLa reserva principal de azufre se encuentra, en forma de ion sulfatos disuelto en el agua marina. El sulfato (SO4=) es mucho ms abundante en agua de mar que en agua dulce, aunque cabe sealar que los lagos cidos y los lagos con una alta tasa de mineralizacin, en cuencas cerradas, pueden contener altas concentraciones de sulfato.

Las bacterias reductoras de (SO4=) son los principales responsables de la generacin de H2S bajo condiciones anaerobias. Y los sedimentos es reducido por bacterias reductoras de sulfato, las cuales lo utilizan como aceptador de electrones en la oxidacin de materia orgnica.

Cuando en dichos ambientes coinciden altas concentraciones de H2S con altas concentraciones del in ferroso (Fe2+) se generan grandes cantidades de FeS, el cual es altamente insoluble

La transferencia entre la tierra y el ocano es bastante lenta. Por evaporacin de lagos y mares poco profundos los sulfatos se depositan formando yesos

Transformaciones qumicas del azufre en la hidrosfera

En los ocanos y otros sistemas hdricos el azufre se encuentra disuelto como sulfatos. Las algas marinas producen el propionato-dimetilsulfonio como un soluto compatible.

El propionato-dimetilsulfonio, en adicin a ser utilizado como soluto compatible por algas marinas, puede ser utilizado como fuente de carbono y energa por microrganismos. Este es catabolizado a acrilato y a dimetilsulfuro (H3C-S-CH3). El acrilato, un derivado del cido graso propionato, es utililizado como fuente de carbono y energa por muchos microrganismos. El dimetilsulfuro es el organosulfurado ms abundante en la naturaleza. Su produccin anual se estima en unos 45 millones de toneladas. Una vez liberado a la atmsfera, el dimetil sulfuro es oxidado fotoqumicamente a metano cido sulfnico (CH3SO3-), dixido de azufre (SO2) y sulfato (SO42=).

Por otro lado, el (H3C-S-CH3) producido en ambientes anxicos puede ser utilizado como:(i) Sustrato para la metanognesis (produciendo CH4 y H2S)(ii) Donante de electrones para la reduccin de CO2 en la fotosntesis en bacterias prpuras (produciendo dimetil sulfxido, DMSO)(iii) Donante de electrones en trayectos catablicos que generan energa en algunos microorganismos quimiorganotrfos y quimiolitotrofos (produciendo dimetil sulfxido, el cual puede a su vez servir como aceptador de electrones en procesos de respiracin anaerobia, generndose nuevamente el dimetil sulfuro).

En la naturaleza, se producen otros organosulfurados que impactan el ciclo de azufre, tales como: metanotiol (CH3SH), dimetil disulfuro (H3C-S-S-CH3), disulfuro de carbono (CS2) y organosulfurados aromticos (ej. tiofenos y tianaftenos, presentes en combustibles fsiles). En trminos cuantitativos, la produccin y consumo del H3C-SCH3 se considera como la ms significativa y la de mayor impacto ecolgico.

3.3. Intervenciones humanas en el ciclo del azufre

De todos los gases atmosfricos, el dixido de azufre es el ms implicado en la contaminacin del aire. Las principales fuentes pertenecen a dos categoras: naturales y de origen humano. Las fuentes naturales incluyen la actividad microbiana, los volcanes, el aerosol marino y la erosin. Las emisiones de origen humano proceden de las centrales trmicas, la industria y la automocin.

El SO2 produce una toxicidad aguda y daos graves a la vegetacin en el rea circundante a la fuente de emisin. Al combinarse con el vapor de agua de la atmsfera forma la lluvia cida que produce efectos nocivos sobre la vegetacin, el hombre y las construcciones La presencia de sulfuro de hidrgeno en las zonas anaerobias (sedimentos del fondo) de los ecosistemas acuticos, en aguas residuales con una gran proporcin de materia orgnica o en suelos inundados tambin ricos en materia orgnica, es nociva para la mayora de los organismos

3.4. El ciclo del azufre y sus Implicancias ambientales y de salud humana

3.4.1. El dixido de azufre (SO2)

El dixido de azufre (SO2) y el trixido de azufre (SO3) son los principales xidos de azufre presentes en la atmsfera. La principal fuente antropognica de xido de azufre es la combustin de combustibles fsiles ricos en azufre (ej. carbn, petrleo combustible (fuel oil), diesel) y representa cerca de un tercio del total del S02 atmosfrico. El principal componente azufrado del carbn es la pirita (FeS3), la que se oxida a Fe2O3 y SO2 durante la combustin. Otras actividades industriales relevantes son las refineras de petrleo y las fundiciones de minerales sulfurados. Alrededor de un 93% de todas las emisiones de SO2 generadas por el hombre provienen del hemisferio norte. El SO2 es un gas que no se inflama, no es explosivo y es incoloro. En el aire, el SO2 se oxida parcialmente en SO3 y, en presencia de humedades altas, se transforma en cido sulfrico y sus sales, por medio de procesos fotoqumicos atmosfricos:

El anhdrido sulfuroso es un precursor de aerosoles secundarios (ej. sulfatos), tpicamente asociados a la fraccin fina del material particulado. La atmsfera corrosiva, generada bajo dichas condiciones, afecta una gran variedad de materiales tales como el acero, zinc, cobre, y aluminio, formando sulfatos metlicos. Ms an, los materiales de construccin, estatuas, etc., que poseen componentes de carbonato de calcio (caliza, dolomita, mrmol y mortero), son especialmente vulnerables al ataque de estas neblinas cidas:

Varias especies animales, incluyendo el hombre, responden al dixido de azufre mediante constriccin bronquial, la que aumento en la resistencia al flujo de aire. El anhdrido sulfuroso al ser inhalado se hidrata con la humedad de las mucosas constituyendo un riesgo para la salud de las personas y otras especies animales al producir constriccin bronquial. Dicho efecto aumenta con la actividad fsica, con la hiperventilacin, al respirar aire fro y seco y en personas con hiperreactividad bronquial. De acuerdo a los resultados de estudios epidemiolgicos de morbilidad, mortalidad o cambios en la funcin pulmonar en grupos de poblacin sensible, la Organizacin Mundial de la Salud (OMS) recomienda que no se supere una concentracin de SO2 de 500 g/m3 para una exposicin de 10 minutos, o de 250 g/m3 para un periodo de 24 horas, o de 50 g/m3 para un periodo de un ao. En Chile, las normas vigentes al ao 2000 establecen niveles mximos permitidos de 365 g/m3 y 80 g/m3 para periodos de 24 horas y de un ao, respectivamente. Concentraciones elevadas de SO2 y largos tiempos de exposicin pueden causar daos severos a las plantas. Los daos agudos parecen estar causados por la absorcin rpida del SO2. El tejido daado de la planta se caracteriza, primeramente, por la apariencia seca y blanqueada, seguida por una decoloracin caf-rojiza. Los manzanos, perales, pinos y otros rboles son especialmente susceptibles al dao crnico; como tambin lo son la mayora de las plantas usadas en la horticultura, la alfalfa, la cebada y el algodn. Finalmente, entre los compuestos de azufre de relevancia ambiental, se encuentran el sulfuro de hidrgeno (H2S) y los mercaptanos. El H2S se produce a partir de la reaccin del azufre con el hidrgeno, en procesos industriales o naturales. Adems, se genera como subproducto en la biodegradacin anaerbica, en presencia de sulfatos. El H2S tiene un fuerte olor a huevo podrido, que es detectado por el ser humano a muy bajos niveles de concentracin (del orden de 6 g/m3). A concentraciones mayores es altamente txico y explosivo, por lo que sus emisiones deben mantenerse bajo estricto control. En presencia de oxgeno se oxida a SO2. Otros contaminantes de inters son los mercaptanos. Estos son compuestos orgnicos sulfurados de bajo peso molecular (CH3S, C2H5S), de caractersticas odorferas, y se generan tanto en procesos industriales (ej. produccin de pulpa sulfatada) como naturales (ej. degradacin anaerbica de material proteico). A bajas concentraciones, no presentan efectos txicos y, eventualmente, se oxidan en presencia de oxgeno.

3.4.2. Regulacin del clima a partir del dimetil sulfuro DMS

I. El ciclo comienza con el dimetilsulfoniopropionato (DMSP), uno de los compuestos simples ms abundantes de los ocanos. Las algas unicelulares del fitoplancton sintetizan y acumulan (DMSP) para regular la presin osmtica; durante la lisis por senescencia o cuanto son ingeridos por el zooplancton, liberan DMSP al medio.II. Las bacterias regula la cantidad de DMS que liberan a la atmosfera segn sus necesidades de azufre. III. La radiacin ultravioleta oxida el DMS. Como consecuencia incrementa la densidad de las nubes.IV. Al limitar la cantidad de radiacin que llega a la a la superficie terrestre, las nubes provocan una disminucin de la temperatura. As, el DMS atena el efecto invernadero. Asimismo, se reduce la luz que recibe el fitoplancton, con lo que se limita la sntesis de DMSP. El ciclo del azufre se halla sometido a un mecanismo de retroalimentacin.

4. Bibliografa

Apuntes de Qumica del Medio Ambiente Pedro Garca Cavero 2007. "Rol Fisiolgico de los nutrientes en la vida de las plantas" Ing. M. Sc. Germn E. Matos (La Paz-Bolivia) 1998. "Introduccin a la Ecologa" Pal A. Colinvaux Editorial Limusa, S.A. de C.V. Mxico (1995) COYNE M., 2000. Microbiologa del Suelo: Un enfoque exploratorio. Ed Paraninfo. Captulo 15

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