Contaminación lumínica

Un suelo se puede degradar al acumularse en él sustancias a unos niveles tales que repercuten negativamente en el comportamiento de los suelos. Las sustancias, a esos niveles de concentración, se vuelven tóxicas para los organismos del suelo. Se trata pues de una degradación química que provoca la pérdida parcial o total de la productividad del suelo.

Hemos de distinguir entre contaminación natural o endógena y contaminación antrópica o exógena.

Un ejemplo de contaminación natural es el proceso de concentración y toxicidad que muestran determinados elementos metálicos, presentes en los minerales originales de algunas rocas a medida que el suelo evoluciona. Un caso significativo se produce sobre rocas serpentinizadas con altos contenidos de elementos como Cr, Ni, Cu, Mn…, cuya edafogénesis en suelos con fuertes lavados origina la pérdida de los elementos más móviles, prácticamente todo el Mg, Ca, …y, en ocasiones hasta gran parte del Si, con lo que los suelos residuales fuertemente evolucionados presentan elevadísimas concentraciones de aquellos elementos, que lo hacen susceptibles de ser utilizados como menas metálicas. Obviamente a medida que avanza el proceso de concentración residual de los metales pesados se produce el paso de estos elementos desde los minerales primarios, es decir desde formas no asimilables, a especies de mayor actividad e influencia sobre los vegetales y el entorno. De esta forma, la presencia de una fuerte toxicidad para muchas plantas sólo se manifiesta a partir de un cierto grado de evolución edáfica, y por tanto es máxima en condiciones tropicales húmedas.

Otro ejemplo de aparición natural de una anomalía de concentración de una forma tóxica se produce en la evolución acidificante de los suelos por la acción conjunta de la hidrólisis, lavado de cationes, presión de CO2 y ácidos orgánicos que, progresivamente, conducen a una mayor concentración de Al disuelto y a un predominio de especies nocivas como Al+3 o las formas Al-OH escasamente polimerizadas (Macias, 1993).

Los fenómenos naturales pueden ser causas de importantes contaminaciones en el suelo. Así es bien conocido el hecho de que un solo volcán activo puede aportar mayores cantidades de sustancias externas y contaminantes, como cenizas, metales pesados, H+ y SO4=, que varias centrales térmicas de carbón.

Pero las causas más frecuentes de contaminación son debidas a la actuación antrópica, que al desarrollarse sin la necesaria planificación producen un cambio negativo de las propiedades del suelo.

En los estudios de contaminación, no basta con detectar la presencia de contaminantes sino que se han de definir los máximos niveles admisibles y además se han de analizar posibles factores que puedan influir en la respuesta del suelo a los agentes contaminantes, como son: vulnerabilidad, poder de amortiguación, movilidad, biodisponibilidad, persistencia y carga crítica, que pueden modificar los denominados «umbrales generales de la toxicidad» para la estimación de los impactos potenciales y la planificación de las actividades permitidas y prohibidas en cada tipo de medio.

Vulnerabilidad. Representa el grado de sensibilidad (o debilidad) del suelo frente a la agresión de los agentes contaminantes. Este concepto está relacionado con la capacidad de amortiguación. A mayor capacidad de amortiguación, menor vulnerabilidad. El grado de vulnerabilidad de un suelo frente a la contaminación depende de la intensidad de afectación, del tiempo que debe transcurrir para que los efectos indeseables se manifiesten en las propiedades físicas y químicas de un suelo y de la velocidad con que se producen los cambios secuenciales en las propiedades de los suelos en respuesta al impacto de los contaminantes.

Permite diferenciar los riesgos potenciales de diferentes actividades o predecir las consecuencias de la continuación en las condiciones actuales.

En muchas ocasiones, resulta difícil obtener los grados de sensibilidad de los suelos frente a un determinado tipo de impacto, debido a la fuerte heterogeneidad de los suelos, incluso para suelos muy próximos.

Poder de amortiguación. El conjunto de las propiedades físicas, químicas y biológicas del suelo lo hacen un sistema clave, especialmente importante en los ciclos biogeoquímicos superficiales, en los que actúa como un reactor complejo, capaz de realizar funciones de filtración, descomposición, neutralización, inactivación, almacenamiento, etc. Por todo ello el suelo actúa como barrera protectora de otros medios más sensibles, como los hidrológicos y los biológicos. La mayoría de los suelos presentan una elevada capacidad de depuración.

Esta capacidad de depuración tiene un límite diferente para cada situación y para cada suelo. Cuando se alcanza ese límite el suelo deja de ser eficaz e incluso puede funcionar como una «fuente» de sustancias peligrosas para los organismos que viven en él o de otros medios relacionados.

Un suelo contaminado es aquél que ha superado su capacidad de amortiguación para una o varias sustancias, y como consecuencia, pasa de actuar como un sistema protector a ser causa de problemas para el agua, la atmósfera, y los organismos. Al mismo tiempo se modifican sus equilibrios biogeoquímicos y aparecen cantidades anómalas de determinados componentes que originan modificaciones importantes en las propiedades físicas, químicas y biológicas del suelo.

El grado de contaminación de un suelo no puede ser estimado exclusivamente a partir de los valores totales de los contaminantes frente a determinados valores guia, sino que se hace necesario considerar la biodisponibilidad, movilidad y persistencia (Calvo de Anta, 1997).

Por biodisponibilidad se entiende la asimilación del contaminante por los organismos, y en consecuencia la posibilidad de causar algún efecto, negativo o positivo.

La movilidad regulará la distribución del contaminante y por tanto su posible transporte a otros sistemas.

La persistencia regulará el periodo de actividad de la sustancia y por tanto es otra medida de su peligrosidad.

Carga crítica. Representa la cantidad máxima de un determinado componente que puede ser aportado a un suelo sin que se produzcan efectos nocivos.

Este concepto de carga crítica explica, por ejemplo, por qué los efectos de la lluvia ácida aparecieron de forma más alarmante en los países Escandinavos que en los de Centro Europa, estos últimos con valores de precipitación ácida más altos.

La abundancia de lagos, el predominio de suelos pobres en cationes básicos y abundantes formas de Al y Fe activas debido a la baja velocidad de alteración existentes a las bajas temperaturas de los países Escandinavos, fueron las causas del intenso impacto. Por el contrario, en Centroeuropa la presencia de suelos formados a partir de loess, ricos en Ca, junto a las temperaturas más altas, permiten una mayor capacidad de amortiguación. Ahora bien, cincuenta años más tarde también se manifestaron los efectos de la lluvia ácida en Centroeuropa, lo que implica que es necesario un estudio del suelo y su entorno para hacer una buena planificación de valoración de impacto ambiental.

2 Desarrollo histórico

Las primeras manifestaciones de contaminación antrópica pudieron causar efectos similares a los de otras causas naturales. Así en las primeras culturas sin duda el fuego, que fue un elemento clave para el desarrollo de las mismas, permitió modificar la organización espacial del suelo. En un incendio forestal se producen un gran número de sustancias volátiles, cenizas, etc, que regresan al suelo con la lluvia o simplemente por la acción de la gravedad.

El desarrollo agrícola del Neolítico y sobre todo el posterior descubrimiento de los metales y la manera de transformarlos, debieron ser las causas fundamentales de la contaminación de los suelos.

Las labores agrícolas en climas más o menos áridos provoca frecuentemente la salinización del suelo. El regadío intensivo con aguas de baja calidad (a veces, además, en áreas con suelos de sustratos ricos en sales) provoca la rápida degradación del suelo. La salinización ha originado pérdidas muy importantes de la capacidad productiva en todas las culturas.

El descubrimiento y utilización de los metales originó la meteorización de S= y elementos metálicos, que provocaron la contaminación del entorno.

Desarrollo de la cultura urbana. La concentración de población en pequeños espacios implican residuos que se eliminan a través del suelo y el agua, así como el incremento de actividades comerciales e industriales.

La revolución industrial ha representado una extrema abundancia de productos residuales que han llevado en el siglo XX, y más concretamente en la segunda mitad, los niveles de contaminación mundial a límites insostenibles.

En la evolución de la contaminación producida por diferentes compuestos se observa en los últimos años que los compuestos radiactivos tienen tendencia a disminuir mientras que otros como los organoclorados, derivados del petróleo y contaminaciones de origen biológico, no dejan de aumentar.

La evolución de los distintos contaminantes en los últimos años se representa en las siguientes figuras.

La historia de la contaminación en los últimos milenios ha podido ser reconstruida gracias a los análisis de los histosoles. Los histosoles son suelos turbosos y frecuentemente presentan grandes espesores (algunos de ellos de muchas decenas de metros), lo que representa que se ha estado acumulando materiales orgánicos durante un dilatado margen de tiempo. Algunos autores (Martinez Cortizas et al. 1997) han analizado los metales pesados de estos suelos para evaluar la contaminación atmosférica existente en el momento de acumulación de estos materiales. La turberas se han perforado mediante unos sondeos y las muestras correspondientes se han analizado químicamente y se han datado sus edades.

En la siguiente figura se muestran los contenidos en plomo en función de la antigüedad, para una turbera de Galicia. Sus máximos contenidos coinciden con determinados periodos históricos y prehistóricos.

La primera contaminación se detecta en las muestras con una antigüedad de unos 2.700-2.300 años y corresponde a la Edad del Bronce.

La frenética actividad minera que el Imperio Romano desarrolló en la Península Ibérica queda muy bien reflejado en el pico de la gráfica alrededor de una edad de 2.000 años (la producción de Pb en Iberia representa el 40% del total mundial).

La caída de este Imperio coincide con una drástica disminución del plomo contenido en el suelo, el cual vuelve a mostrar un marcado incremento coincidiendo con la llegada a la Peninsula de los pueblos germánicos, concretamente los Visigodos (siglo VI). A continuación se produce una caida drástica de los contenidos de Pb que puede ser atribuída a la llegada del Islam. El establecimiento del dominio árabe en el sur y de los reinos cristianos en la parte norte de la Peninsula conduce a un desarrollo de las civilizaciones, con el consiguiente enriquecimiento de los contaminantes, con máximos niveles entre los siglos IX-XI.

Las continuas guerras de la Edad Media conducen en el siglo XIV a un colapso sociopolítico y economico.

Finalmente en el siglo XV las reservas mineras de la Peninsula quedan exhaustas y el descubrimiento del Nuevo Mundo incorpora abundantes materiales que provocan un marcadisimo incremento del Pb en el suelo, representando la intensa contaminación resultante de la Revolución Metalurgica y Revolución Industrial de los siglos XVIII y XIX.

El siglo XX, con su industria basada en el petróleo está representado por unas acumulaciones de hasta 35 veces más intensa que las condiciones no contaminantes correspondientes a los periodos prehistóricos de la Edad de Piedra. En fechas muy recientes, la implantación de las gasolinas sin plomo y la sustitución de las tuberias de plomo por derivados del plastico (PVC) queda registrada por un drástico decrecimiento de la contaminación por Pb en el suelo.

3 Agentes contaminantes y su procedencia

Son muy diversos. Dentro de ellos tenemos los metales pesados, las emisiones ácidas atmosféricas, la utilización de agua de riego salina y los fitosanitarios.

Estos agentes contaminantes proceden generalmente de la actuación antropogénica del hombre, así los metales pesados proceden directamente de las minas, fundición y refino; residuos domésticos; productos agrícolas como fitosanitarios; emisiones atmosféricas mediante actividades de minería y refinería de metales, quema de combustibles fósiles, purines, etc.

Los metales pesados en pequeñas dosis pueden ser beneficiosos para los organismos vivos y de hecho son utilizados como micronutrientes, pero pasado un umbral se convierten en elementos nocivos para la salud.

Las emisiones ácidas atmosféricas proceden generalmente de la industria, del tráfico rodado, abonos nitrogenados que sufren el proceso de desnitrificación. Como consecuencia de esta contaminación se disminuye el pH del suelo con lo que se puede superar la capacidad tampón y liberar elementos de las estructuras cristalinas que a esos pH pueden solubilizarse y son altamente tóxicos para animales y plantas.

Utilización de agua de riego salina. El mal uso del agua de riego provoca la salinización y la sodificación del suelo. En el primer caso se produce una acumulación de sales más solubles que el yeso que interfieren en el crecimiento de la mayoría de los cultivos y plantas no especializadas (se evalúa por la elevación de la conductividad eléctrica del extracto de saturación). En el segundo caso se produce una acumulación de sodio intercambiable que tiene una acción dispersante sobre las arcillas y de solubilización de la materia orgánica, que afecta muy negativamente a las propiedades físicas del suelo (agregados menos estables, sellado del suelo, encostramiento y disminución de la conductividad hidráulica), por lo que el medio será menos apto para el crecimiento de los cultivos.

Fitosanitarios. Dentro de ellos agrupamos los plaguicidas y los fertilizantes. Son, generalmente, productos químicos de síntesis y sus efectos dependen tanto de las características de las moléculas orgánicas (mayoría de los plaguicidas) como de las características del suelo.

Los fertilizantes además de contener metales pesados, producen contaminación por fosfatos (eutrofización en lagos) y nitratos.

En la siguiente figura se esquematizan las rutas de la contaminación.

4 Procesos responsables de la redistribución y acumulación

Un riesgo importante en la acumulación de contaminantes en el suelo se produce en aquellas situaciones en las que el contaminante no pierde su capacidad tóxica sino que únicamente se encuentra almacenado en forma inactiva en el suelo mientras este mantenga unas determinadas condiciones pero que, si éstas desaparecen regresa a su condición negativa. Este hecho es frecuente en moléculas orgánicas de alta persistencia pero es especialmente importante en metales pesados.

Todos los metales pueden aparecer en el suelo en formas de muy baja asimilabilidad, actividad y movilidad geoquímica que, generalmente, se relaciona con el predominio de compuestos escasamente solubles (sulfuros, hidróxidos, fosfatos…) o pueden aparecer en especies más solubles. En algunos casos hay diferencias importantes entre la toxicidad de las distintas formas de oxidación de un mismo elemento (influencia del potencial redox), como es el caso de los compuestos de Cr(III) y Cr(VI). Así el Cr(VI) es muy móvil y tóxico como anión, mientras que el Cr(III) es relativamente insoluble y se adsorbe fuertemente sobre las superficies, además es menos tóxico.

La importancia de las condiciones físicoquímicas y bióticas del medio y las repercusiones de su modificación son particularmente interesantes en el análisis de diferentes situaciones de impacto. Un ejemplo es el descrito por Iimura et al (1977) referente al envenenamiento causado por arroz en suelos de Japón con alto contenido en Cd. Con técnicas tradicionales de cultivos no se producían daños, al mantenerse el suelo en condiciones reductoras todo el año. Ahora bien el drenaje temporal realizado para facilitar el laboreo causó la oxidación de S= a SO4= con la que desciende el pH y hace que aumente la concentración de Cd en disolución y por tanto en el arroz provocando la disentería (itai-itai). Este ejemplo es ilustrativo de la importancia de la especie y no de la cantidad total de un determinado compuesto.

La importancia adquirida por la Especiación, ha obligado al desarrollo de un número de técnicas de análisis químico o de modelizaciones termodinámicas. El análisis químico da información sobre la forma en que se presenta un determinado elemento o especie: soluble en agua, cambiable, ligado a la materia orgánica, adsorbido, ocluido… o nuevos términos como: lábil, no lábil, complejo estable, bioasimilable, etc… Las modelizaciones termodinámicas utilizan el equilibrio, los mecanismos de reacción y las constantes por las que se rigen, para calcular la actividad de las diferentes especies en las disoluciones .

Los mecanismos más importantes para el control de contaminantes son: reacciones de precipitación-disolución, reacciones ácido base, reacciones oxidación reducción, reacciones adsorción-desorción, reacciones de complejación, y procesos metabólicos.

Los contaminantes pueden salir del suelo por: volatilización, bioasimilación, disueltos en el agua y erosión.

La actuación de estos procesos va a condicionar el que el contaminante pueda presentarse en forma activa o inactiva y por tanto inocuo.