Ecología general 2017

Contaminación del Agua dulce

Cátedra Ecología General Fac. Cs. Naturales e IML

Agua

Composición química natural variable:

Depende principalmente de

Características químicas de las lluvias Naturaleza de rocas y suelos

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 ambiental es la introducción o presencia de sustancias organismos o formas de energía en ambientes o sustratos a los que no pertenecen o en cantidades superiores a las propias de dichos sustratos por un tiempo suficientes, y bajo condiciones tales que esas sustancias interfieren en la salud y la comodidad de las personas dañan los recursos naturales o alteran el equilibrio ecológico, es decir el funcionamiento. Albert Lilia , México. Dice Margalef “la única generalización que puede hacerse desde el punto de vista ecológico es que la polución representa una alteración de las condiciones “normales”, en un sentido opuesto a la de la sucesión o proceso natural de autoorganización de las comunidades”. La introducción de una especie exótica es contaminación

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

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

Que es un Residuo? “ Es cualquier material desechado por carecer de un valor inmediato o el sobrante de un proceso, operación o actividad” (deposición, vertido y por emisión) Que es un Elemento Xenobiótico Son sustancias químicas sintéticas que no están presentes en forma natural y que el hombre a introducido al ambiente, que pueden ser acumuladas por los organismos

CONTAMINACIÓN DEL AGUA Según Organización Mundial de la Salud (OMS) 3 millones de personas mueren c/ año de enfermedades transmitidas por el agua: cólera, hepatitis, parasitosis, dermatitis, intoxica-ciones, diarreas, tifoidea, conjuntivitis….

CONTAMINACION DE AGUA EN TUCUMAN Efluentes vertidos a los rios de la cuenca del Salí derivan de industrias azucareras (28%), citrícola (12%), mataderos (20%), plantas tratamiento líquidos cloacales (28%), embotelladoras (7%).

I.

Contaminación física

Contaminación Mecánica: materia en suspensión (carbón, Si, arena, limo) etc. Contaminación Térmica: vertidos de aguas calientes procedentes de los sistemas de refrigeración de las centrales termoeléctricas, nucleares u otro efluente. II. Contaminación Química Contaminación inorgánica Contaminación orgánica

III. Contaminación biológica

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! Ya que El color de agua también depende del sustrato.

Turbidez: presencia de partículas en suspensión que reflejan las radiaciones luminosas en todas direcciones (medición por turbidimétro)

Sedimentación: Sedimentan en tramos con menor velocidad. Se observa con contaminación cloacal, industrial y minera

Materiales flotantes: Sustancias en la superficie del agua (grasas y espumas). disminución en el intercambio de gases con el medio y desarrollo de comunidades de algas cianofitas

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

Inorgánicas 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)

Sustancias inorgánicas •Cationes: metales conductores de electricidad. Muchos son liberados de la naturaleza por actividades como la mineria.

.

-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 necesitan en sus dietas para crecer y reproducirse).

Nitratos fosfatos

Muy utilizados como fertilizantes en agricultura, y llegan a los ríos. También en efluentes cloacales Blooms algales

Eutroficación

-No biodegradables: no pueden escindirse en compuestos menos dañinos. -Consecuencia: Se bioacumulan y se biomagnifican a lo largo de la red trófica Bioacumulación: sustancia tóxica que se encuentra más concentrada en el cuerpo de los organismos que en el ambiente en que viven. Biomagnificación: cuando a través de las relaciones tróficas esa sustancia tóxica va aumentando su concentración hacia los niveles tróficos más Ej: Hg, altos. mercurio

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

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)

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

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

El dicloro difenil tricloroetano (DDT) es un compuesto organoclorado principal de los insecticidas. Es incoloro. Es muy soluble en las grasas y en disolventes orgánicos, y prácticamente insoluble en agua. Paul Hermann Müller fue un químico suizo y ganador en 1948 del Premio Nobel de Fisiología o Medicina por su descubrimiento del DDT como un insecticida usado en el control de la Malaria, Fiebre amarilla, Tifus. PNUMA prohibió por afectar a sistema nervioso e inmunológico.Altamente tóxicos; son estables y persistentes y tienen una duración de décadas antes de degradarse; se evaporan y se desplazan a largas distancias a través del aire y el agua, y se acumulan en el tejido adiposo de los seres humanos y las especies silvestres".

Efectos de DDT sobre trabajadores a nivel de órganos genitales Disminución del volumen de eyaculado  Disminución en la cuenta espermática  Aumento de los espermatozoides anormales  Disminución de los niveles séricos de testosterona  Posible factor de riesgo para cáncer de próstata, testicular, hipospandia y criptorquidia

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”

Concentración contaminante

También influida por factores climáticos

Estación seca

Estación húmeda

EUTROFIZACION La palabra trofía significa “rico en nutrientes”. La eutrofización se define como el enriquecimiento de las aguas con nutrientes a un ritmo tal que no puede ser compensado por eliminación o mineralización total. Una de sus manifestaciones es la proliferación de algas y macrófitas que dependen de la carga de nutrientes. Limnológicamente: los cuerpos de agua lénticos pueden definirse en: Oligotróficos: sistemas acuáticos de bajos contenidos de nutrientes y producción de vegación mínima. Eutróficos: sistemas acuáticos de alto contenido en nutrientes y producción vegetal excesiva. Mesotróficos: sistemas acuáticos intermediso entre oligostróficos y eutróficos.

Eutroficación: Enriquecimiento en nutrientes. Es un proceso natural que se ve acelerado por la actividad humana. Naturalmente, los lagos se van enriqueciendo en nutrientes, como fosfatos y nitratos, como resultado de la erosión y escurrimiento desde la cuenca. Esto produce un aumento en la biomasa vegetal y su rellenado. Un proceso que naturalmente lleva miles de años puede llevar décadas o instante por la acción humana. Etapas en el proceso de eutroficación: 1) Aumento en el nivel de nutrientes (nitratos, fosfatos) 2) Aumento en los productores primarios 3) Eutroficación: floración de algas 4) Disminución de oxígeno (especialmente de noche). Liberación de sustancias como metano, acído sulfídrico, fósforo. 5) Desaparición de algunas especies por condiciones anóxicas, como algas diatomes Crisofíceas y aparecen grupos de algas clorophytas y cianophytas (algas verdes y Azules que excretan sustancias tóxicas. Efectos: 1. Disminución de la diversidad y cambio de especies dominantes 2. Incremento de biomasa animal y vegetal 3. Aumento de turbidez 4. Aumento de la tasa de sedimentación (relleno de lagunas) 5 . Condiciones de anoxia. 6. Colmatación de cuerpo de agua y su futura desaparición en condiciones naturales.

Lago oligotrófico, según

Lago eutrófico según ,

Autodepuración Las aguas corrientes tienen una capacidad de autodepuración que consiste en la mineralización de la materia orgánica realizada inicialmente por los descomponedores. Los ecosistemas lóticos pueden degradar materia orgánica de origen antrópico, como la que procede de usos domésticos y agrícolas, pero cuando la contaminación es causada por algún componente inorgánico tóxico los efectos pueden ser más peligrosos y permanentes. Según Margalef (1983) el sistema del saprobios se basa en la adaptación de diversos organismos a las sucesivas fases de descomposición de la materia orgánica, y ordena los ambientes en una sucesión linear desde una situación inicial con exceso de materia orgánica oxidable y presencia exclusiva de heterótrofos, siguiendo por las etapas en que aparecen los autótrofos, que aceleran la oxidación, hasta la recuperación total, cuando la pequeña cantidad de materia orgánica que queda por descomponer no es superior a la de un sistema natural de alta producción.

Sistema de Saprobios autopurificación: sucesión de organismos en un río a medida que se va mineralizando la materia orgánica introducida por un efluente. Los niveles de saprobiedad están relacionados con el régimen de oxígeno y la cantidad de descomponedores. Se puede definir cada nivel de la siguiente: Polisaprobios, Mesosaprobios, Oligosaprobios: Saprobiedad: la cantidad e intensidad de la descomposición de la materia orgánica putrescible autóctona o alóctona (Sladecek, 1973).

Polisaprobios: moléculas complejas biodegradables Anaerobios,+ de 2.000.000 bact/ml, bact/ml hongos, protozoos. Aguas casi anóxicas, metano y sulfhídrico. Mesosaprobios: 100.000 – 1.000.000 bact/ml Se divide en: α mesosapróbica: mesosapróbica + transparencia y OD, aún moléculas complejas. Algunos fotosintetizadores, como cloroflagelados. - olor. Bacterias, hongos, gusanos y algunas larvas de insectos, protozoos ciliados. β mesosapróbica: zona de transición, mucho amoníaco, compuestos N . Disminuyen bacterias saprófitas Oligosaprobios: Oligosaprobios menos de 100.000 bact/ml aguas limpias, escasa materia orgánica, abundante OD, nutrientes, act. fotosintética. Fito y zooplancton, efemerópteros, plecópteros, odonatos y peces.

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

Zonación de la autodepuración en un río

Medición de Parámetros Fisicoquímicos: Color ,olor Oxígeno Disuelto: con oxímetro o (Método de Winkler) (DBO5) DBO: Cantidad de OD consumido (mg O2/l) en una muestra de agua x los microorganismos cuando descomponen la materia orgánica a una Tº de 20°C. en 5 días. Cantidad de oxígeno que los microorganismos necesitan para oxidar la materia orgánica presente en la muestra de agua (mg/l). (DQO) mide la cantidad de sustancias susceptibles de ser oxidadas x medios químicos que hay disueltas o en suspensión en una muestra líquida. La cantidad de oxígeno consumida para oxidar completamente la materia orgánica por medio de agentes químicos en esos cinco días. DBO/DQO cercana a 1 indica una significativa contribución de materia orgánica biodegradable.

Medición de pH

Medición de conductividad: cantidad de sales presentes en una muestra de agua. Las sales conducen la electricidad. Transparencia: en un lago o cuerpo de agua con cierta profundidad. Disco de Secchi Estado trófico

Ultraoligotrófico

Media

Mínimo

> 12

> 6

Oligotrófico

>6

>3

Mesotrófico

6-3

3 – 1.5

Eutrófico

3 – 1.5

1.5 – 0.7

Hipertrófico

< 1.5

< 0.7

PH

T°

Ca

2+

OD

HCO3-

Mg2+

Efecto de los contaminantes en la biota

Métodos Biológicos: Organismos indicadores:

Pueden indicar la condición ambiental en la que ellos viven. (Hellawell, 1989) El término “INDICADOR” o “especie indicadora” indicadora puede ser utilizado de diferentes maneras. Algunas spp tienen particulares requerimientos de nutrientes y de OD: la presencia en un hábitat indica que los parámetros ambientales están dentro de los límites de tolerancia de las mismas

REQUISITOS DE UN BUEN INDICADOR Identificable taxonómicamente. Fácil de muestrear Distribución amplia Abundante información autoecológica Importancia económica como recurso, perjudiciales o plagas. Ej: peces, algas. Facilmente cultivables en laboratorio Baja variabilidad genética

“BIOACUMULADOR”: Organismos con capacidad de acumular sustancias en sus tejidos, lo que refleja los niveles en que estas sustancias están en el medio, o el tiempo al cual los organismos han estado expuestos a ella.Utiles cuando el tóxico no puede ser detectado x bajas concentraciones. Ej: macrofitas

“BIOSENSOR”: Organismos indicadores que pueden seguir viviendo en los ambientes contaminados, pero experimentan estrés fisiológico: ej. Crustaceos cladóceros. tasas de crecimiento Abundancia capacidad reproductiva comportamiento

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

Comunidad de Macroinvertebrados bentónicos -

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

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)

A c/ flia se le otorga un puntaje de acuerdo a su supervivencia antes distintos niveles de contaminación Valores altos (10) a los organismos menos tolerantes (+ sensibles). El puntaje final se obtiene sumando los valores de todos los componentes de c/ muestra contándose una vez c/taxón

Tolerantes

Sensibles

Datos de DBO5 (mg/l) para diferentes ríos en distintas estaciones del año.

Valores de BMWP para diferentes estaciones de muestreo

- Índice IBY-4

Megaloptera

(Dos Santos y col, 2011)

Elmidae

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

Trichoptera

Plecoptera

COMO MANEJAR EL PROBLEMA DE CONTAMINACION? Cumplimiento de legislación Afinar técnicas de control (nutrientes, agroquí-micos.…) para detectar zonas de riesgo, delimitando zonas de uso Realizar monitoreos regulares Convocar e informar y a la gente residente en zonas de problemas Profundizar estudios de investigación básica y aplicada Implementar bioensayos y uso de biomarcadores Interdisciplinaridad y coordinación entre entidades gubernamentales y no gubernamentales Coordinar entre todos los actores de la comunidad para compartir datos

Referencias bibliográficas: Leonardo Malacalza L. compilador. 2002. Ecología General. 2a. edición virtual. Universidad Nacional de Luján, Argentina. e-libro.net. ISBN 99934-64-69-4. Villagra de Gamundi, Alcira.2011. Apuntes de Cátedra Ecología General, UNT. Salas y Martino. 1996. Curso de Eutrofización en lagos cálidos tropicales. Santo Domingo República Dominicana. Organización Panamericana de la Salud. Ronco A., Marino D. J., Abelando M. Almada P. & Apartin C. D. 2016. Water quality of the main tributaries of the Paraná Basin: glyphosate and AMPA in surface water and bottom sediments. Environ Monit Assess: 188:458.