Ecología general 2016

Contaminación del Agua dulce

Priscila Ana Powell

Contaminación del agua -Definición de contaminación -Principales contaminantes en el agua (orgánicos e inorgánicos) -Principales rutas de entrada de los contaminantes en el ecosistema acuático -Efectos de los contaminantes sobre los organismos - Calidad de agua para distintos usos

Agua

Composición química natural variable: Características químicas de las lluvias Naturaleza de rocas y suelos

Depende principalmente de

Gases: O2, CO2, N2 Iones mayoritarios

Cationes: Ca2+, Mg2+, Na+ y K+ Aniones: HCO3-, CO32-, SO42- y Cl-

Iones minoritarios o nutrientes

Comp. nitrogenados Fosfatos

Alteraciones

Antrópicas

Naturales

Contaminación Introducción por el hombre de sustancias o energía con potencial para causar efectos nocivos

- Daño a los recursos vivos - Peligro para la salud humana - Obstaculización de las actividades acuáticas (ej.pesca) - Disminución de la calidad del agua para uso agrícola, industrial o en otras actividades, o merma en servicios

Ríos

Importantes fuentes de agua dulce

Alto aprovechamiento por parte del hombre: -

Fuente de agua dulce Transporte Energía Procesos industriales Riego Eliminación de desechos

Cualquiera sea el uso, produce un impacto sobre el ecosistema ribereño

UNESCO: considera a los ríos como los ecosistemas más impactados por la actividad antrópica

Inicio contaminación: abandono por parte del hombre de hábitos nómades cazadores recolectores

Surgimiento de la agricultura ciudades alteran la composición y características naturales de ríos y lagos

En la actualidad… Crecimiento de ciudades mayor presión sobre el agua y más generación de RSU y residuos cloacales Ampliación de zonas industriales La demanda se incrementa aún más por el consumismo (obsolescencia programada y percibida) Crecimiento demográfico

Otra consecuencia del crecimiento demográfico

-Uso de productos sintéticos: sustancias orgánicas creadas para distintos usos industriales y hogareños Muchos no son biodegradables son tóxicos ingresan a la cadena trófica y se acumulan en los organismos

Contaminantes: sustancias que producen alteraciones físicas , químicas o biológicas sobre el cuerpo de agua receptor

Contaminación física •Temperatura. Influye sobre: -La solubilidad de los gases -La velocidad de las reacciones metabólicas de los organismos (y de cualquier reacción química)

•Color y turbidez -interfieren en la transparencia del agua, afectando a los organismos productores Color: presencia de pigmentos solubles ¡Por si solo no es indicador de contaminación!

Turbidez: presencia de partículas en suspensión que reflejan las radiaciones luminosas en todas direcciones, Se mide con un turbidimétro, y se expresa en unidades nefelométricas de turbidez (NTU)

•Sedimentación Partículas mayores a 0,1 um sedimentan en tramos con menor velocidad del agua Este efecto se observa con contaminación cloacal, industrial y minera Daños en biota: -acción abrasiva sobre huevos, larvas y organismos -enterramiento -arrastre de organismos planctónicos al fondo

•Materiales flotantes Sustancias en la superficie del agua ej. grasas y espumas Causan -pérdida de transparencia -disminución en el intercambio de gases con el medio -desarrollo de comunidades de algas cianofitas

Contaminación química Introducción de sustancias en los cuerpos de agua - Sustancias

Inorgánicas Se encuentran en la Tierra desde su formación Algunas son componentes naturales de los ríos Orgánicas

Muchas son sintéticas (fabricadas por el hombre) y xenobióticas (sin rol natural en la bioquímica de los organismos) No todo xenobiótico es sintético, pero a la inversa si

Sustancias inorgánicas •Cationes: metales Elementos con aspecto lustroso, buenos conductores de la electricidad, que generalmente participan en las reacciones como cationes (aceptan electrones) La mayoría son sólidos a temperatura ambiente Son sustancias naturales (excepto radioisótopos de reacciones nucleares), presentes desde la formación de la Tierra, pero que son liberados por actividad antrópica. Ej.minería

.

-No biodegradables: no pueden escindirse en compuestos menos dañinos. Algunos organismos unen los metales a sustancias como proteínas para inactivarlos y así eliminarlos, o acumularlos así en la célula -Se bioacumulan y se biomagnifican a lo largo de la red trófica

Ej Hg

-Metales más abundantes en el planeta

Al, Fe, Ca, Mg, Na, K y Mn

Iones mayoritarios -Algunos tienen funciones importantes para los organismos: elementos esenciales Los organismos los necesitan en su dieta, en ciertas concentraciones, para crecer y reproducirse P

Macronutrientes: Ca, K, Mg, Na, etc

óptimo

Micronutrientes: Fe, I, Cu, Mn, Zn, etc C

-Elementos no esenciales: no son necesarios en el metabolismo celular, y producen efectos negativos (ej. compiten con sitios activos de moléculas biológicas) Ej. Hg, Cd p

Sin efectos

c Paracelso: “La dosis hace al veneno”

•Aniones: sustancias con carga negativa muchos no son particularmente tóxicos, pero se convierten en un problema cuando son utilizados en altas concentraciones Nitratos fosfatos

Muy utilizados como fertilizantes en agricultura, y llegan a los ríos luego que las plantas mueren o por escorrentía También son importantes en los efluentes cloacales

-Fosfatos

Fertilizantes

Blooms

-Nitratos Eutroficación

Sustancias orgánicas Sustancias que presentan un “esqueleto” de carbono

C: capacidad de formar uniones estables con C y otros elementos (principalmente H, O, N), formando cadenas y anillos

Gran diversidad de compuestos, con distintas propiedades

Propiedades: implicancia en toxicidad de las sustancias

Importante conocer estructura de las moléculas para predecir su asociación con el agua y posibles efectos en la biota -Moléculas de baja polaridad: formadas por C e H baja solubilidad en agua -Moléculas polares: Presentan grupos OH, NO2 y O Son solubles en agua, muy reactivas y entran fácilmente en las reacciones bioquímicas

Muchos contaminantes orgánicos son sintéticos

Aparición reciente (SXX) Tiempo evolutivo corto para que la mayoría de los organismos desarrollen mecanismos para contrarrestar efectos cortos (ej. alguna vía enzimática para destruirlos o eliminarlos)

•Hidrocarburos

Sustancias naturales, compuestas por C e H

Hidrofóbicas Liposolubles Bajo PM= gases Mayoría sólidos y líquidos

Principales fuentes: combustibles fósiles

•Bifenilos policlorados (PCB) Mezclas comerciales de compuestos orgánicos clorados muy utilizados por sus propiedades: -estables -insolubles en agua -baja volatibilidad -no corrosivos -poco inflamables -sin sabor ni olor Múltiples funciones: Líquidos hidráulicos, refrigerantes, en tintas y papel carbónico, plastificantes en pinturas, etc

Los PCBs (junto a otras 11 sustancias) se encuentran en la lista de los contaminantes más nocivos Esta lista realizada por PNUMA busca implantar medidas a nivel global para evitar el uso y mitigar el efecto de los contaminantes orgánicos persistentes (COPs o POPs)

Características comunes -no biodegradables -alta toxicidad -se bioacumulan y biomagnifican -se trasladan por aire, agua y aves acuáticas a todo el planeta

•Pesticidas -Sustancias sintéticas (en su mayoría), de propiedades variables, diseñadas para matar, repeler o regular el crecimiento de organismos considerados plaga

Tienen efectos secundarios (no deseados)

-Sustancia activa +emulsionantes y solubilizantes no declarados, que también son sustancias ajenas al medio ambiente, y por tanto pueden producir daños

Pesticidas organoclorados -Insecticidas sintéticos que presentan cloro en su molécula

Actúan a nivel del sistema nervioso, generando alteraciones en la transmisión del impulso También son carcinogénicos y mutagénicos Ejemplos: Aldrín, dieldrín, clordano, endrín, heptacloro y lindano. Son COPs

Uso prohibido en Argentina y en el mundo

Contaminantes

Alcanzan a los cuerpos de agua por distintas vías

-vertido directo -a través del suelo -a través del agua subterránea o lluvias -por circulación atmosférica

Vertido directo

Fuentes Puntuales

Difusas

Punto exacto de vuelco fácilmente No hay un solo punto de entrada del contaminante al agua identificable Efl. Cloacales Efl. industriales

Agricultura “Escorrentia urbana”

Según la periodicidad del volcado: -Fuentes permanentes: grandes ciudades, industrias de actividad anual, etc -Fuentes periódicas: centros turísticos, industrias con actividad estacional (citrícolas, ingenios), aplicación de pesticidas -Fuentes ocasionales: ej. lavado de máquinas de una fábrica -Fuentes accidentales: derrames de tanques, tuberías, hundimientos de barcos

Concentración contaminante

También influida por factores climáticos

Estación seca

Estación húmeda

Contaminantes

Su fuente puede encontrarse a distancias considerables

Movimiento de sustancias a través de masas de aire y agua pueden trascender límites entre países

Políticas de control de contaminación deben ser globales ser más efectivas

Autodepuración Proceso por el cual los ríos disminuyen su contaminación, recuperando sus condiciones físicoquimicas y biológicas que presentaban antes de la contaminación

Estabilización progresiva de compuestos complejos y bioquímicamente inestables

Análisis comunidad: es una sucesión de etapas ecológicas que se inician con la incorporación del contaminante

-Análisis más simple se basa en el monitoreo de la concentración de oxígeno disuelto

su presencia: -disminuye la probabilidad de formación de subproductos tóxicos -asegura la presencia de peces (interés económico) Factores que participan en autodepuración (estabilización): -Físicos -Químicos -Biológicos

Factores: -Dilución: aunque no altera la naturaleza química del contaminante, tiene importancia ecológica, ya que disminuye la concentración del contaminante -Sedimentación: de partículas orgánicas e inorgánicas Reduce contaminación en la columna de agua -Turbulencia: Agitación del agua por accidentes del terreno y vientos. Favorece oxigenación Ríos con mayor velocidad de corriente tienen velocidades de autodepuración mayores. Efecto negativo: no permite sedimentación

-Radiación UV: efecto negativo. Acción bactericida -Temperatura: Efecto positivo: aumenta velocidad reacciones metabólicas Efecto negativo: disminución OD -Reacciones bioquímicas: son las principales transformaciones que alteran los contaminantes en el proceso de autodepuración. La mayoría se da por procesos metabólicos bacterianos Organismos osmotróficos: digieren partículas insolubles, licuan y disuelven material sólido, convirtiéndolo en formas solubles que pueden Organismos fagotróficos: ingieren partículas -Depredación: acción negativa. Disminuye poblaciones bacterianas, al ser consumidas por protozoos

Zonación de la autodepuración en un río

Efecto de los contaminantes en la biota

Ecotoxicología (Butler, 1978)

•Ecotoxicología aplicada

Estudia y analiza los efectos de agentes físicos y químicos sobre los organismos, con especial atención a poblaciones y comunidades de ecosistemas definidos -Desarrollo de protocolos de ensayo para alertas tempranas acerca del efecto tóxico de los contaminantes sobre los organismos -Establecimiento de límites máximos permitidos -trabajo a escala de laboratorio

•Evaluación -Designación de magnitudes y probabilidades de riesgo a efectos adversos de actividades antrópicas ecológico -modelos predictivos

Efecto de contaminantes sobre comunidades Se analiza la presencia/ausencia de especies en la comunidad

Biota

- Integra cantidad de factores ambientales - Ante el cese del volcado, necesita tiempo para su recuperación

Macroinvertebrados bentónicos -

Diversos: amplio rango de respuesta ante contaminantes Ciclos de vida relativamente largos Movilidad limitada Identificación accesible Muestreos de bajo costo .

• Cálculo de métricas de la comunidad bentónica - riqueza taxonómica

www.ecologyadventure2water.edublogs.org

-Abundancia relativa de Chironomidae

Aspectos bióticos del impacto

• Cálculo de métricas de la comunidad bentónica para cada sitio en las distintas fechas - Índice EPT

(utilizado en ríos de Tucumán por Fernández y col, 2002)

Nº de morfoespecies pertenecientes a los órdenes Ephemeroptera, Trichoptera y Plecoptera Cualitativo

Web.cortland.edu

Hydrosciences.colorado.edu

-Índice BMWP

(adaptado para ríos de Tucumán, Domínguez y Fernández,1998)

Consiste en una valoración previa de la tolerancia/sensibilidad de distintas familias de macroinvertebrados, cuyos valores se suman según el tipo de familias identificadas en cada muestra Cualitativo

Tolerantes

Sensibles

- Índice IBY-4

(Dos Santos y col, 2011)

Conteo simple de presencia de Elmidae, Plecoptera, Trichoptera y Megaloptera

Web.cortland.edu

Hydrosciences.colorado.edu

Herramientas estadísticas “generales”

Exploración de los datos -Comprobar y refutar hipótesis a priori -Planteo de nuevas hipótesis Deben ser tenidas en cuenta idealmente antes de planificar el muestreo

Gráficos de caja o boxplot Representan la distribución de un conjunto de datos pertenecientes a una sola variable Permite identificar facilmente: -simetría de la distribución de los datos -valores máximos y mínimos -valores atípicos

pH

OD

T°

HCO3-

Ca2

Mg2+

+

DBO5

Turbidez

PO43

K+

-

Mar 09

Feb 09

Ene 09

Dic 08

Nov 08

Oct 08

Sept 08

Ago 08

Jul 08

Jun 08

May 08

Abr 08

Mar 08

Feb 08

Ene 08

Dic 07

Nov 07

Oct 07

Sep 07

Ago 07

Jul 07

Precipitacón acumulada (mm/mes)

Diagramas temporales (o espaciales, según el caso)

350

300

250

200

150

Permiten observar el comportamiento de una variable a lo largo del tiempo (o del espacio)

100

50

0

10

OD (mg/L)

8

6

4

2

0 D1

D2

sitio

D3

Matrices de diagramas de dispersión tudiantil Versión Estudiantil Versión Estudiantil Versión Estudiantil Versión Estudiantil Versión Estudiantil Versión Estudiantil Versión Estudiantil Versión Estudiantil Versión Estudiantil Versión Estudiantil Versión Estudiantil Versión Estudiantil Versión Estudiantil Versión Estudiantil

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Análisis de componentes principales (ACP o PCA) -Método multivariado para reducir la dimensionalidad de un conjunto de datos -Representación en 2 o 3 dimensiones -Muy útil para la búsqueda y descripción de patrones

Contaminación orgánica

Sitios “limpios”

Contaminación Salina