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Acidificación del agua dulce

Diagrama que representa las fuentes y los ciclos de la precipitación de lluvia ácida. La acidificación del agua dulce ocurre cuando los aportes ácidos ingresan a un cuerpo de ag...

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Diagrama que representa las fuentes y los ciclos de la precipitación de lluvia ácida.

La acidificación del agua dulce ocurre cuando los aportes ácidos ingresan a un cuerpo de agua dulce a través de la meteorización de las rocas, la invasión de gases acidificantes (por ejemplo, dióxido de carbono ) o por la reducción de aniones ácidos, como sulfato y nitrato dentro de un lago, estanque o embalse. [ 1 ] La acidificación del agua dulce es causada principalmente por óxidos de azufre (SO x ) y óxidos de nitrógeno (NO x ) que ingresan al agua por deposiciones atmosféricas y lixiviación del suelo. [ 1 ] El ácido carbónico y el dióxido de carbono disuelto también pueden ingresar a las aguas dulces, de manera similar asociada con la escorrentía, a través de suelos ricos en dióxido de carbono. [ 1 ] La escorrentía que contiene estos compuestos puede incorporar iones de hidrógeno acidificantes y aluminio inorgánico, que pueden ser tóxicos para los organismos marinos. [ 1 ] La lluvia ácida también contribuye a la acidificación del agua dulce. [ 2 ] Un caso bien documentado de acidificación de agua dulce en los lagos Adirondack , Nueva York, surgió en la década de 1970, impulsado por la lluvia ácida proveniente de las emisiones industriales de dióxido de azufre (SO 2 ) y óxido de nitrógeno (NO x ). [ 3 ]

Causas

Natural

El CO₂ proveniente de la atmósfera o la descomposición de materia orgánica afecta la acidez del agua dulce. [ 4 ] El CO₂ se disuelve en el agua para formar ácido carbónico. Este ácido carbónico se disocia en iones hidrógeno (H⁺ ) y bicarbonato (HCO₃⁻ ) , lo que aumenta los iones H⁺ y conduce a una disminución del nivel de pH . [ 5 ]

CO2 + H2O → H2CO3 ;​​ ​H 2 CO 3 ⇌ H + + HCO 3 -

La actividad microbiana descompone la materia orgánica y libera ácidos orgánicos como los ácidos húmicos y fúlvicos. Estos ácidos se acumulan en los cuerpos de agua, especialmente en aquellos rodeados de bosques y humedales. [ 6 ] Las turberas y los humedales suelen producir aguas ácidas debido a los altos niveles de descomposición de la materia orgánica. [ 7 ] Esto crea condiciones naturalmente ácidas, comunes en las regiones boreales y subárticas.

La actividad volcánica puede liberar dióxido de azufre (SO₂ ) y otros óxidos ácidos a la atmósfera. [ 8 ] En el aire, el dióxido de azufre se convierte en ácido sulfúrico : [ 9 ] Este ácido sulfúrico se disocia en iones sulfato (SO₄²⁻ ) e iones hidrógeno (H⁺ ) , aumentando la acidez.

SO 2 + 1 ⁄ 2 O 2 + H 2 O → H 2 SO 4 ; H 2 SO 4 → 2H + + SO 4 2-

Antropogénico

Río Tinto, en España, presenta un drenaje ácido de origen tanto natural como artificial (minería).

Las actividades humanas pueden acelerar significativamente la acidificación del agua dulce. Además del dióxido de carbono, la combustión de combustibles fósiles produce dióxido de azufre (SO₂ ) y óxidos de nitrógeno (NOₓ ) . Estos gases reaccionan con el agua y el aire para formar ácido sulfúrico (H₂SO₄ ) y ácido nítrico (HNO₃ ) . [ 8 ] [ 10 ] [ 11 ] De manera similar al ácido sulfúrico, el ácido nítrico también disminuye el nivel de pH al disociarse en iones de hidrógeno (H⁺ ) e iones de nitrato ( NO₃⁻ ) .

NO x + H 2 O + 1 ⁄ 2 O 2 → HNO 3 ; HNO 3 → H + + NO 3 -

Este proceso resulta especialmente perjudicial en zonas donde la capacidad de amortiguación natural del agua es baja, ya que estos ecosistemas tienen menor capacidad para neutralizar la acidez añadida.

La minería puede contribuir significativamente a la acidificación del agua dulce a través del proceso de drenaje ácido de minas . Cuando los minerales sulfurados, como la pirita (FeS₂ ) , se exponen al aire y al agua durante las operaciones mineras, se oxidan para formar ácido sulfúrico. [ 12 ]

Capacidad de amortiguación

Un mapa que representa la región atlántica de Canadá.

La capacidad amortiguadora de los ecosistemas les ayuda a resistir cambios en el pH. La presencia de iones bicarbonato (HCO 3 - ) y carbonato (CO 3 2- ) en los sistemas de agua dulce puede neutralizar los iones de hidrógeno (H + ).

HCO 3 - + H + → CO 2 + H 2 O

Sin embargo, las regiones de baja alcalinidad (por ejemplo, con lecho rocoso de silicato) carecen de la capacidad amortiguadora natural para neutralizar los iones entrantes, lo que provoca descensos rápidos del pH. [ 13 ] Por ejemplo, la región atlántica de Canadá tiene las tasas de deposición ácida más bajas del este de Norteamérica, pero posee las aguas más ácidas del continente debido a la baja capacidad amortiguadora del lecho rocoso regional y a la adición de ácidos orgánicos naturales producidos por los humedales cercanos. En la mayor parte de la región atlántica, se encuentran lechos rocosos de granito y esquisto, que contienen muy poco material amortiguador. Por lo tanto, los suelos formados a partir de materiales con baja capacidad amortiguadora y las aguas que drenan de ellos son susceptibles a la acidificación, incluso con una baja deposición ácida. [ 14 ]

Efectos sobre los ecosistemas

Este estanque muestra una abundancia de Sphagnum.

La acidificación de los ecosistemas de agua dulce puede disminuir la biodiversidad nativa y alterar por completo la estructura y función del ecosistema. [ 9 ] Los macroinvertebrados y los grandes vertebrados presentan mayor mortalidad y menores tasas de reproducción en condiciones acidificadas. Por el contrario, algunas algas y algunos musgos como Sphagnum prosperan en ambientes acidificados y pueden dominar rápidamente estos hábitats, superando a otras especies. En particular, es común observar un aumento en la abundancia de sphagnum. Sphagnum tiene una alta capacidad para intercambiar H + por cationes básicos en agua dulce. La gruesa capa de sphagnum restringe el intercambio entre el agua superficial y el sedimento, contribuyendo aún más a la reducción del ciclo de nutrientes en el ecosistema. [ 9 ] El biomonitoreo acuático puede utilizarse para examinar la salud de los ecosistemas acuáticos.

El suelo que sufre acidificación puede afectar negativamente a la agricultura. [ 15 ] Algunas especies pueden soportar niveles bajos de pH en su entorno. Por ejemplo, las ranas y las percas pueden soportar un nivel de pH de 4. [ 16 ] Esto permite que estas especies no se vean afectadas por la deposición ácida en su entorno acuático, lo que les permite sobrevivir en estas condiciones. [ 16 ] Sin embargo, la mayoría de las especies acuáticas, como las almejas y los caracoles, no pueden soportar niveles bajos de pH, lo que afecta negativamente a su crecimiento y supervivencia. Los altos niveles de acidez deterioran sus gruesas conchas, disminuyendo su protección contra los depredadores. [ 16 ]

Minimizar la acidificación

La escorrentía agrícola es una fuente importante de nitrógeno y fósforo, que contribuyen a la acidificación del agua dulce. La implementación de mejores prácticas de manejo (BPM) en la agricultura, como la reducción del uso de fertilizantes químicos, la mejora del manejo del estiércol y la adopción de técnicas de agricultura de precisión , puede reducir significativamente la escorrentía de nutrientes hacia los cuerpos de agua. [ 17 ] El establecimiento de zonas de amortiguamiento ribereñas —franjas de vegetación plantadas a lo largo de los cuerpos de agua— también puede ayudar a filtrar los contaminantes de los campos agrícolas antes de que lleguen a los sistemas de agua dulce. [ 18 ] Estas medidas no solo reducen la acidificación, sino que también mitigan la eutrofización y mejoran la calidad general del agua.

Los humedales y las turberas sirven como amortiguadores para los sistemas de agua dulce al absorber contaminantes y regular el flujo del agua. [ 19 ] Se ha demostrado que los proyectos de restauración de humedales aumentan la resiliencia de los sistemas de agua dulce a la acidificación y otros factores de estrés ambiental. [ 20 ]

El encalado es una de las prácticas más comunes y eficaces para remediar la acidificación. En este proceso, se añade carbonato de calcio (CaCO₃ ) al sistema para aumentar los niveles de pH. [ 21 ] Al aumentar los niveles de pH, el encalado ayuda a que el hábitat recupere un estado similar al que tenía antes de la acidificación.

Se utilizan algunas técnicas para mitigar la contribución de la minería a la acidificación, como el tratamiento pasivo mediante procesos biológicos naturales y el tratamiento del drenaje con materiales alcalinos. [ 12 ] Otro factor importante a considerar al analizar la reducción de la acidificación del agua dulce son las decisiones que las personas toman a diario para proteger el medio ambiente. Seguir un enfoque circular de reducir, reutilizar y reciclar puede disminuir el agotamiento de los recursos y minimizar los residuos, incluida la disminución de la acidez del agua. [ 22 ]

Reglamentos

La regulación de las emisiones antropogénicas, específicamente SO x y NO x , puede conducir a grandes disminuciones de la lluvia ácida y cuerpos de agua ácidos. [ 23 ] Por ejemplo, el Acuerdo de Calidad del Aire entre Canadá y Estados Unidos ha minimizado en gran medida los niveles de lluvia ácida y ozono en un 78% en Canadá y un 92% en Estados Unidos, a partir de 2020. [ 24 ] Además, invertir en científicos para monitorear y recopilar datos es esencial para crear un modelo que se utilice para establecer políticas exitosas. [ 25 ] Por ejemplo, se puede implementar un protocolo para mitigar el problema. [ 25 ] Asimismo, los gobiernos podrían invertir fondos para subsidiar a las empresas para que reduzcan su contaminación e incentivarlas a utilizar métodos de producción innovadores, para disminuir tanto las emisiones de gases de efecto invernadero como la cantidad de sustancias ácidas creadas. Además, las instituciones gubernamentales de todo el mundo pueden conectarse en el tema de la acidificación y trabajar juntas para encontrar una solución viable a través de acuerdos internacionales. [ 15 ] Algunas implementaciones gubernamentales exitosas incluyen el Programa de Lluvia Ácida [ 26 ] establecido en los Estados Unidos en 1995, y el más reciente Protocolo de Gotemburgo, establecido por la Comisión Económica para Europa de las Naciones Unidas (CEPE) para reducir la acidificación. [ 27 ]

Estudio de caso: Acidificación del agua dulce en los lagos de Adirondack, Nueva York.

Lago Adirondack, EE. UU.

Los lagos Adirondack en Nueva York son uno de los casos de estudio mejor documentados sobre la acidificación de agua dulce. Ya en la década de 1970, mostraban signos de acidificación debido a los bajos valores de la capacidad de neutralización de ácidos (ANC) de las emisiones industriales de dióxido de azufre (SO₂ ) y óxidos de nitrógeno (NOₓ ) , lo que provocaba lluvia ácida. [ 3 ] Los vientos transportaron el contaminante desde el medio oeste de Estados Unidos hasta la región de Adirondack, disminuyendo el nivel de pH de los cuerpos de agua y los suelos circundantes. [ 28 ] La acidificación de las aguas resultó en una disminución significativa de la biodiversidad acuática, incluyendo la desaparición de especies de peces y crustáceos . [ 29 ]

Se realizaron varios esfuerzos para recuperar el estado ambiental de los lagos de Adirondack mediante la reducción de las emisiones de SO₂ y NOₓ a través de la Ley de Aire Limpio de 1990. [ 3 ] Los datos de monitoreo muestran mejoras en la calidad del agua, aunque muchos ecosistemas siguen siendo vulnerables debido a los efectos a largo plazo de la deposición ácida en los suelos y las cuencas hidrográficas. [ 30 ] Este caso demuestra cómo la Ley de Aire Limpio ha desempeñado un papel en el abordaje de las causas antropogénicas de la acidificación del agua dulce. Sin embargo, los estudios muestran que la recuperación ecológica sigue siendo un desafío debido a los impactos a largo plazo de la deposición ácida. [ 31 ]

Lecturas adicionales

  • "Mediciones y observaciones: OCB-OA" . Whoi.edu . Consultado el 24 de marzo de 2019 .

Referencias

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