Dos de los elementos de gran interés en procesos relacionados con la contaminación del ambiente son el fósforo y el arsénico. El fósforo no es tóxico en sí, pero es el principal responsable del proceso de eutroficación de cuerpos de agua dulce, que afecta a la mayoría de los reservorios de agua para potabilización en las zonas templadas de nuestro país. El arsénico, eminentemente tóxico, se encuentra en concentraciones bastantes elevadas en el agua subterránea de muchas provincias argentinas, agua que en muchos casos es utilizada para el consumo humano. Estos elementos se presentan en nuestros sistemas naturales principalmente como aniones fosfatos y arseniatos, y es la química de estos aniones la que juega un papel preponderante en el comportamiento de estos dos elementos. Tanto el fósforo como el arsénico pertenecen al grupo 5A(15) de la tabla periódica de los elementos, por lo que el arseniato y el fosfato son aniones de estructura y reactividad muy similar. Los dos aniones tienen gran afinidad por la superficie de óxidos y minerales. Justamente a través de reacciones de adsorción y desorción, o reacciones de precipitación y disolución, los minerales pueden regular la concentración de los aniones en medios acuosos. Si bien los estudios de adsorción de arseniato y fosfato en óxidos están bien documentados, mucho menos estudiada ha sido su cinética de adsorción y desorción. En este trabajo de tesis se estudió y comparó la cinética de adsorción y desorción de fosfato y arseniato en dos goethitas sintéticas y en una montmorillonita intercambiada con Fe(III). Los sólidos fueron caracterizados por difracción de rayos X, espectroscopia IR, análisis térmicos y mediciones de área superficial y porosidad. En todos los casos, la cinética de adsorción y desorción de fosfato y arseniato presenta dos etapas bien diferenciadas: una etapa rápida que tarda menos de 5 minutos, seguida de una etapa más lenta, que tarda varias horas y hasta días. La etapa rápida es el resultado de la interacción directa sobre la superficie externa de los sólidos, y lleva a la formación de complejos superficiales de esfera interna. La etapa lenta parece ser un proceso de difusión en poros. Un seguimiento espectroscópico de la cinética de adsorción por medio de ATR-FTIR establece la formación en forma predominante de dos complejos superficiales de esfera interna: un complejo bidentado protonado y un complejo bidentado no protonado, los cuales pueden estar acompañados por otras especies minoritarias. Los datos muestran que los complejos superficiales evolucionan de manera independiente durante el proceso de adsorción, manteniendo su identidad, sin mostrar interconversión neta entre ellos. El paralelismo entre fosfato y arseniato es notable con todas las muestras y en todas las condiciones estudiadas, sugiriendo que los dos aniones (y sus especies protonadas) reaccionan con la superficie de los sólidos por el mismo mecanismo y generando el mismo tipo de complejos superficiales. / Phosphorus and arsenic are very important in processes related to environmental pollution. Phosphorus is not toxic, but it has been recognized as one of the main elements responsible for eutrophication of fresh water bodies, affecting many water reservoirs in Argentina. Arsenic is highly toxic, and can be found at relatively high concentrations in the groundwater of several Argentinean provinces, groundwater that is often used as drinking water. These two elements appear in our natural systems as phosphates and arsenates. Therefore, the chemistry of these anions plays a very important role in the environmental behavior of these two elements. Since phosphorus and arsenic are both Group 5A(15) elements of the periodic table, phosphate and arsenate are anions of very similar structure and reactivity. Both anions have a high affinity for the surface of oxides and minerals. Thus, their concentration in aqueous systems is mainly controlled by minerals through adsorption-desorption reactions, or precipitation-dissolution reactions. Although there are many studies in the literature about phosphate and arsenate adsorption on oxides, the kinetics of the adsorption and desorption processes has been much less studied. In this work, the adsorption and desorption kinetics of phosphate and arsenate on two synthetic goethites and one Fe(III) exchanged montmorillonite are studied and compared. The solids were characterized by X-ray diffraction, IR spectroscopy, thermal analyses and surface area and porosity measurements. In all cases, the adsorption and desorption of phosphate and arsenate takes place in two stages: a fast one that takes less than 5 minutes, followed by a slower stage that takes several hours or even days. The fast stage is the result of the direct interaction of anions with the external surface of solids, leading to the formation of inner-sphere surface complexes. The slow stage seems to be a process controlled by diffusion in pores. The ATR-FTIR study of the adsorption kinetics shows the formation of two inner-sphere surface complexes for phosphate: a protonated bidentate complex and a nonprotonated bidentate complex, which can be accompanied by other minor species. Data shows that the relative concentration of these surface complexes changes only slightly as the reactions proceeds, and they seem to evolve in time rather independently. The parallelism between phosphate and arsenate is remarkable with all samples and under all studied conditions, suggesting that both anions (and their protonated species) react with the solid surface by the same mechanism, forming the same type of surface complexes.

La Plataforma Continental Argentina es la más grande en el hemisferio sur. Este ecosistema se caracteriza por la presencia de frentes marinos que regulan el desarrollo de poblaciones biológicas. Un área de especial interés es el Rincón que depende de los aportes de los ríos patagónicos y de los humedales costeros contiguos que determinan un área de importancia ecológica y productiva. En este sistema, el seston es uno de los principales agentes que intervienen en la transformación del CO2 a compuestos orgánicos y en su posterior exportación a capas más profundas. Las estimaciones de aminoácidos, hexosaminas y quitina nos brindan pistas sobre los procesos que afectan el flujo del carbono hacia la profundidad de los océanos. En este trabajo se realizaron dos campañas oceanográficas en la Plataforma Continental Argentina; la región de Patagonia norte y el sistema de El Rincón, analizándose marcadores bioquímicos en las fracciones del seston, sedimentos y mesozooplancton. El análisis de dichos marcadores, reveló que en la región norpatagónica se consumen nutrientes provenientes de la corriente de Cabo de Hornos y de Malvinas mientras que la salinidad no alcanza a explicar diferencias en la capa eufótica entre las zonas de estudio. Es escasa la influencia de las cuencas sur patagónicas y a pesar de la existencia de corrientes oceánicas que conectan las regiones no se genera total homogeneidad de los parámetros químicos de origen predominantemente fitoplanctónicas. Por su escasa profundidad la materia en suspensión de la plataforma se encuentra en estado inmaduro y terminaría de transformarse al llegar al sedimento. En la zona del talud, las propiedades de la materia orgánica son consecuencia de procesos de degradación durante su descenso, eventos de surgencia, procesos de advección y resuspención. La distribución del mesozooplancton estuvo principalmente asociada a la concentración del fitoplancton, aunque la salinidad también contribuiría a delimitar su distribución. La activación y desarrollo biológico del mesozooplancton se da de norte a sur demostrando la existencia de heterogeneidad ambiental siendo el talud una zona que motoriza la actividad biológica y la zona de plataforma media un área de alta producción y cierta estabilidad espacio-temporal. La distribución de las fracciones dependerían de las condiciones intrínsecas de cada ambiente. En El Rincón se determinó que los compuestos químicos analizados responden a una sumatoria de factores donde cobra relevancia la formación temporal del sistema de circulación anticiclónico favorecida por el desplazamiento de las corrientes marinas en la plataforma. Estas condiciones promueven procesos regenerativos de la materia. Ni la salinidad ni la temperatura ni la distribución de nutrientes son por si solos determinantes de la distribución del mesozooplancton sino que ello responde a una diversidad de factores, como el florecimiento y distribución del fitoplancton así como de las mareas y los vientos. El aporte del mesozooplancton al material particulado es significativamente menor al aporte del fitoplancton y el bacterioplancton. Una parte importante del material en suspensión es de origen inorgánico lo que favorece la turbidez del sistema. El crecimiento de las fracciones planctónicas a partir del momento de activación biológica es dependiente de la capacidad de acumular reservas lipídicas de cada fracción. / The Argentine Continental Shelf is the largest in the southern hemisphere. This ecosystem is characterized by the presence of marine fronts that regulate the development of biological populations. An area of special interest is “El Rincón” that depends on the contributions of the Patagonian rivers and the contiguous coastal wetlands that determine an area of ecological and productive relevance. Seston with its components (phytoplankton, bacterioplankton and zooplankton) is one of the main agents involved in the conversion of CO2 to organic compounds and its subsequent export to deeper layers. Estimates of amino acids, hexosamines and chitin provide clues to the processes that affect the flow of carbon and nitrogen to the deep ocean. In this work two oceanographic campaigns were carried out in the Argentine Continental Shelf; the northern Patagonian region and the “El Rincón” system, in order to analyze biogeochemical markers in seston, sediment and mesozooplankton fractions. The analysis of these markers revealed that nutrients from the “Cabo de Hornos” and Malvinas current are consumed in the North Patagonian region, while salinity does not explain differences in the euphotic layer between the study areas. The southern Patagonian basins did not completely explained the spatial distribution of chemical markers despite the existence of ocean currents that connect different areas of the shelf. Due to its shallow depth the suspended matter of the platform is immature and would be mostly transformed in bottom sediments. In the slope area, the properties of organic matter are a consequence of degradation processes during their descent, upwelling events, advection and resuspension processes. The distribution of mesozooplankton was mainly associated to phytoplankton concentration, although the salinity would also contribute to delimit its distribution. The activation and biological development of mesozooplankton occurs from north to south. This reveals the existence of environmental heterogeneity, i.e. the slope is an area that drives the biological activity and the middle platform is an area of high production and some spatio-temporal stability. The distribution of fractions would depend on the intrinsic conditions of each environment. In “El Rincón”, the distribution of chemical compounds analyzed corresponded to a sum of factors where the temporal formation of the anticyclonic circulation system favored by the displacement of the marine currents in the platform becomes relevant. These conditions promote regenerative processes of organic matter. Neither salinity nor temperature nor nutrient distributions are determinants of the distribution of mesozooplankton, whereas it responds to a variety of factors, such as the blooming and distribution of phytoplankton as well as tides and winds. The contribution of mesozooplankton to the particulate matter is significantly lower than the contribution of phytoplankton and bacterioplankton. An important part of suspended material is of inorganic origin which favors the turbidity of the system. The growth of the planktonic fractions from the moment of biological activation is dependent on its capacity to accumulate lipid reserves.

Seminario de Título entregado a la Universidad de Chile en cumplimiento parcial de los requisitos para optar al Título de Bióloga ambiental. / Este seminario de título propone, a través de un estudio de caso del sistema socio-ecológico de la Isla Grande de Chiloé (Región de Los Lagos, Chile), que es posible integrar el ciclo adaptativo socioecológico en el marco teórico de servicios ecosistémicos para el período 1826-2016. Se plantea que este sistema socio-ecológico complejo posee un contexto único, en el cual existe una percepción general en la comunidad de que los ecosistemas han sufrido una degradación significativa a lo largo de su historia, debido a procesos de gran escala (e.g. cambio climático) y de escala local (e.g. la expansión de la acuicultura); resaltando el evento de marea roja denominado “Mayo chilote 2016” que incrementa la discusión y opinión pública sobre el uso de los ecosistemas marinos, mostrando que el bienestar de los grupos humanos que habitan la isla depende de la provisión de servicios ecosistémicos. El estado de los ecosistemas y la provisión de servicios ecosistémicos usados históricamente por las sociedades humanas podrían constituir un buen indicador de la sustentabilidad de los sistemas socio-ecológicos. Primeramente, se reconstruyó la historia socio-ecológica para la Isla Grande de Chiloé, y a partir de ella, se elaboró el modelo del ciclo adaptativo que integra el uso histórico de los servicios ecosistémicos en cada fase identificada del modelo. Se determinó la existencia de seis fases en el ciclo adaptativo, dos de ellas corresponden a fases de colapso (Ω); es decir, donde la resiliencia socio-ecológica es baja. La primera está relacionada con la catástrofe originada ante el terremoto de 1960 y la última de estas ocurre ante el evento denominado Virus ISA (2007). En ambas fases es posible observar una disminución cualitativa de servicios ecosistémicos. Se plantea que el estudio y comprensión de la dinámica del sistema socioecológico de la Isla Grande de Chiloé ante perturbaciones internas y/o externas, permite caracterizar la resiliencia socio-ecológica y a partir de ella, comprender la dinámica sociedad-naturaleza en el tiempo. / This seminar proposes, through the study of a case study of the socio-ecological system of Isla Grande de Chiloé (Los Lagos region, Chile) for the period 1826 - 2016, that it is possible to integrate the Holling adaptive cycle and the theoretical framework of ecosystem services. This complex socio-ecological system has a unique context, in which there is a general perception in the community that ecosystems have suffered significant degradation over time due to the expansion of aquaculture; highlighting the red tide event called "Chilote May” in 2016, which increased the discussion and public opinion on the use of marine ecosystems, showing that human groups welfare inhabiting the island depends on the provision of ecosystem services. Considering that ecosystem services historically used by human societies could be a good indicator of the sustainability of socio-ecological systems, a socio-ecological history was reconstructed for Isla Grande de Chiloé, and from it. A conceptual model was developed integrating the historical use of ecosystem services in each identified phase for the adjusted model of the Holling adaptive cycle. It was determined the existence of six phases in the adaptive cycle, two of them collapse phases (Ω), where the socio-ecological resilience was low. The first was related to the catastrophe originated as the result of the 1960’s earthquake, and the last with the ISA Virus (2007). In both cases it is possible to observe a qualitative decrease in the use of ecosystem services. It is proposed that the study and understanding of the social-ecological dynamics of Isla Grande de Chiloé before internal and / or external disturbances, allows to characterize the socio-ecological resilience and from it, to understand the society-nature dynamics through time. / Este Seminario de Título fue financiado con fondos del proyecto FONDECYT Nº1170532: “Modelos conceptuales del sistema complejo sociedad-naturaleza: abriendo caminos hacia nuevas formas de construcción del desarrollo rural en Chile”. Investigadora responsable: Dra. Luisa E. Delgado.

Las planicies de marea son ambientes altamente productivos y pueden proveer más del 50% de la productividad primaria y secundaria en los estuarios. Son sitios importantes donde se produce la acumulación, el procesamiento y re-mineralización de la materia orgánica tanto de origen autóctono como alóctono. El microfitobentos (MPB) es el mayor componente de la comunidad microbiana de los sedimentos intermareales en términos de biomasa y producción, constituyendo una fuente primaria para la fijación de carbono en la cadena trófica, y una fuente sustancial para los invertebrados bentónicos. Estos organismos pueden colonizar diferentes tipos de hábitats e interactuar unos con otros, formando comunidades más o menos complejas como biofilms y matas microbianas. Estos consorcios microbianos se desarrollan en una amplia variedad de ambientes marino-costeros incluyendo los sistemas estuariales. Se caracterizan por su capacidad para proteger y bioestabilizar los sedimentos de la erosión y desecación causadas por el viento, las olas y la marea, mediante la segregación de sustancias poliméricas extracelulares (EPS). El Estuario de Bahía Blanca (EBB) es un ambiente costero eutrófico, localizado en la zona sur la provincia de Buenos Aires (Argentina) y caracterizado por extensas planicies de mareas que tienen una gran importancia en los ciclos biogeoquímicos y principalmente en el ciclo del carbono (C), ya que el MPB que las conforma fija el C inorgánico a través del proceso de fotosíntesis y al mismo tiempo puede exudar enormes cantidades de EPS involucradas en diferentes procesos como la motilidad de los microorganismos. En esta tesis se abordó el estudio de la dinámica de clorofila a (Cla), materia orgánica (MO) y de los nutrientes, conjuntamente con los parámetros fisicoquímicos que pueden influenciar dichas variables. Como zona de estudio se seleccionaron las planicies de marea de Puerto Rosales (zona media) dentro del EBB donde se desarrollan matas microbianas. Se estudió la distribución espacial y temporal de la concentración de Cla y feopigmentos y fueron empleadas como un estimador de la biomasa del MPB y el estado fisiológico de los microorganismos. Los sedimentos de la zona media del EBB presentaron valores máximos de Cla principalmente durante la época invernal, al igual que en la columna de agua, donde el fitoplancton presenta un florecimiento. Con el fin de analizar la variabilidad espacio-temporal de las EPS en la planicie de marea bajo estudio, se determinó la concentración del componente mayoritario de las EPS, que son los carbohidratos. Los carbohidratos coloidales (solubles en agua, FC) y los capsulares (solubles en EDTA, FCAP) representaron respectivamente el 43% y 57% en la capa superficial del sedimento, indicando una mezcla de carbono lábil y refractario, mientras que en la capa subsuperficial la FCAP fue la predominante (75%). La máxima concentración FC y FCAP fueron registradas cuando la concentración de Cla fue alta, indicando la estrecha relación que existe entre el MPB y la segregación de exopolisacáridos. Además, el alto contenido de humedad y el menor tamaño de grano favorecieron la producción de carbohidratos extracelulares. Los nutrientes inorgánicos disueltos analizados fueron considerablemente mayores en agua intersticial que en agua superficial, sugiriendo que la planicie de marea podría estar aportando nutrientes desde los sedimentos hacia la columna de agua por difusión vía agua intersticial. Los nitratos (NO3-) y el amonio (NH4+) fueron el componente principal de los nutrientes nitrogenados. La evaluación de los g13C, g15N y relación C:N (~ 6,9) indicaron un origen principalmente autóctono de la MO de las planicies de marea de Puerto Rosales asociado a una alta producción primaria y excreción de las EPS. La alta disponibilidad de nutrientes y materia orgánica que existe en el área estudiada conforma el ambiente propicio para el desarrollo de matas microbianas, las cuales pueden incorporar nutrientes de nitrógeno, fósforo y silicio para llevar a cabo la producción primaria. / Tidal flats are highly productive environments and can provide more than 50% both primary and secondary productivity within estuaries. They are important sites where the accumulation, the processing and re-mineralization of the organic matter, both autochthonous and allochthonous, takes place. Microphytobenthos (MPB) is the major component of the microbial community of intertidal sediments in terms of biomass and production, constituting a primary source for the fixation of carbon in the trophic chain; and a substantial source for benthic invertebrates. These organisms can colonize different types of habitats and interact among each other, forming rather complex communities such as biofilms and microbial mats. These microbial consortia are developed in a wide variety of marine-coastal environments including estuary systems. They are characterized by their ability to biostabilize and protect sediments from erosion and desiccation caused by wind, waves and tide, through the segregation of extracellular polymeric substances (EPS). The Bahía Blanca Estuary (EBB) is an eutrophic coastal environment, located in the south of the province of Buenos Aires (Argentina) and characterized by extensive tidal plains that are of great importance in biogeochemical cycles and mainly in the carbon cycle (C), since their constituent MPB fixes the inorganic C through photosynthesis and at the same time exudes enormous quantities of EPS involved in different processes like the motility of microorganisms. This thesis addresses the study of the dynamics of chlorophyll a (Cla), organic matter (OM) and nutrients, together with the physicochemical parameters that can influence them. As a study area, the tidal flats of Puerto Rosales (middle zone) were selected within the EBB where microbial mats are developed. The spatial and temporal distribution of Cla and phaeopigments concentrations were studied and used as estimators of the microfitobentos biomass and the physiological state of the microorganisms. The sediments of the middle zone of the EBB presented maximum values of Cla mainly during the winter season, as well as in the water column, where the phytoplankton presents a bloom. IX In order to analyze the spatial-temporal variability of EPS in the studied tidal flats, the concentration of the major ESP component, the carbohydrates, was determined. Colloidal (water soluble, FC) and capsular carbohydrates (EDTA soluble, FCAP) represented 43% and 57% respectively in the surface layer of the sediment, indicating a mixture of labile and refractory carbon, while in the subsurface layer the FCAP was the predominant one (75%). The maximum concentration of FC and FCAP were recorded when the Cla concentration was high, indicating a close relationship between MPB and segregation of exopolysaccharides. In addition, the high moisture content and the smaller grain size favored the production of extracellular carbohydrates. The dissolved inorganic nutrients analyzed were considerably higher in interstitial water than in surface water, suggesting that the tidal flat could be providing nutrients from the sediments to the water column by diffusion via interstitial water. Nitrates (NO3 -) and ammonium (NH4 +) were the main component of nitrogenous nutrients. The evaluation of g13C, g15N and C:N ratio (~6,9) indicated a predominantly autochthonous origin of OM of the tidal flats from Puerto Rosales associated with high primary production and excretion of EPS. The high availability of nutrients and organic matter in the studied area creates the appropriate environment for the development of microbial mats, which can incorporate nutrients of nitrogen, phosphorus and silicon to carry out the primary production.