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La contaminación de las aguas subterráneas (también llamada contaminación de las aguas subterráneas ) ocurre cuando los contaminantes se liberan al suelo y se abren paso hasta las aguas subterráneas . Este tipo de contaminación del agua también puede ocurrir de forma natural debido a la presencia de un componente, contaminante o impureza menor y no deseado en las aguas subterráneas, en cuyo caso es más probable que se la denomine contaminación en lugar de polución . La contaminación de las aguas subterráneas puede ocurrir por sistemas de saneamiento in situ , lixiviados de vertederos , efluentes de plantas de tratamiento de aguas residuales , fugas de alcantarillas, gasolineras , fracturación hidráulica (fracking) o por la aplicación excesiva de fertilizantes en la agricultura . La polución (o contaminación) también puede ocurrir por contaminantes naturales, como el arsénico o el flúor . [1] El uso de aguas subterráneas contaminadas provoca peligros para la salud pública a través del envenenamiento o la propagación de enfermedades ( enfermedades transmitidas por el agua ).
El contaminante a menudo produce una columna de contaminación dentro de un acuífero . El movimiento del agua y la dispersión dentro del acuífero extienden el contaminante sobre un área más amplia. Su límite de avance, a menudo llamado borde de la columna, puede intersecarse con pozos de agua subterránea y aguas superficiales, como filtraciones y manantiales, lo que hace que los suministros de agua sean inseguros para los humanos y la vida silvestre. El movimiento de la columna, llamado frente de columna, puede analizarse a través de un modelo de transporte hidrológico o un modelo de agua subterránea . El análisis de la contaminación de las aguas subterráneas puede centrarse en las características del suelo y la geología del sitio , la hidrogeología , la hidrología y la naturaleza de los contaminantes. Diferentes mecanismos tienen influencia en el transporte de contaminantes, por ejemplo, difusión , adsorción , precipitación , descomposición , en el agua subterránea.
La interacción de la contaminación de las aguas subterráneas con las aguas superficiales se analiza mediante el uso de modelos de transporte hidrológico. Las interacciones entre las aguas subterráneas y las superficiales son complejas. Por ejemplo, muchos ríos y lagos se alimentan de aguas subterráneas. Esto significa que el daño a los acuíferos subterráneos, por ejemplo, por fracturación hidráulica o extracción excesiva, podría afectar a los ríos y lagos que dependen de ellas. La intrusión de agua salada en los acuíferos costeros es un ejemplo de tales interacciones. [2] [3] Los métodos de prevención incluyen: aplicar el principio de precaución , monitoreo de la calidad de las aguas subterráneas, zonificación de tierras para la protección de las aguas subterráneas, ubicar correctamente los sistemas de saneamiento en el sitio y aplicar la legislación. Cuando se ha producido contaminación, los enfoques de gestión incluyen el tratamiento del agua en el punto de uso , la remediación de las aguas subterráneas o, como último recurso, el abandono.
Los contaminantes presentes en las aguas subterráneas abarcan una amplia gama de parámetros físicos, químicos inorgánicos, químicos orgánicos, bacteriológicos y radiactivos. En general, muchos de los mismos contaminantes que influyen en la contaminación de las aguas superficiales también pueden encontrarse en las aguas subterráneas contaminadas, aunque su importancia respectiva puede diferir.
La Organización Mundial de la Salud (OMS) ha reconocido al arsénico y al flúor como los contaminantes inorgánicos más graves del agua potable a nivel mundial. [4] [5]
El arsénico inorgánico es el tipo más común de arsénico en el suelo y el agua. [6] El arsénico metaloide puede aparecer de forma natural en las aguas subterráneas, como se observa con mayor frecuencia en Asia, incluidos China , India y Bangladesh . [7] En la llanura del Ganges , en el norte de la India y Bangladesh, la contaminación grave de las aguas subterráneas por arsénico de origen natural afecta al 25% de los pozos de agua en el más superficial de dos acuíferos regionales . Las aguas subterráneas en estas áreas también están contaminadas por el uso de pesticidas a base de arsénico . [8]
El arsénico en las aguas subterráneas también puede estar presente donde hay operaciones mineras o vertederos de desechos mineros que lixiviarán arsénico.
El fluoruro natural en las aguas subterráneas es un problema cada vez mayor a medida que se utilizan aguas subterráneas más profundas, "con más de 200 millones de personas en riesgo de beber agua con concentraciones elevadas". [9] El fluoruro puede liberarse especialmente de rocas volcánicas ácidas y cenizas volcánicas dispersas cuando la dureza del agua es baja. Los altos niveles de fluoruro en las aguas subterráneas son un problema grave en las Pampas argentinas , Chile , México , India , Pakistán , el Rift de África Oriental y algunas islas volcánicas ( Tenerife ) [10]
En áreas donde naturalmente hay altos niveles de fluoruro en el agua subterránea que se utiliza para beber, la fluorosis dental y esquelética puede ser frecuente y grave. [11]
La falta de medidas sanitarias adecuadas, así como la ubicación inadecuada de los pozos , pueden provocar que el agua potable se contamine con patógenos transportados en las heces y la orina . Entre estas enfermedades de transmisión fecal-oral se encuentran la fiebre tifoidea , el cólera y la diarrea . [12] [13] De los cuatro tipos de patógenos presentes en las heces ( bacterias , virus , protozoos y helmintos o huevos de helmintos), los tres primeros se pueden encontrar comúnmente en aguas subterráneas contaminadas, mientras que los huevos de helmintos, relativamente grandes, suelen filtrarse por la matriz del suelo. [ cita requerida ]
Los acuíferos profundos y confinados suelen considerarse la fuente más segura de agua potable en lo que respecta a los patógenos. Los patógenos de las aguas residuales tratadas o no tratadas pueden contaminar ciertos acuíferos, especialmente los poco profundos. [14] [15]
El nitrato es el contaminante químico más común en las aguas subterráneas y los acuíferos del mundo. [16] En algunos países de bajos ingresos, los niveles de nitrato en las aguas subterráneas son extremadamente altos, lo que provoca importantes problemas de salud. Además, es estable (no se degrada) en condiciones de alto nivel de oxígeno. [4]
Los niveles elevados de nitrato en las aguas subterráneas pueden ser causados por el saneamiento in situ, la eliminación de lodos de depuradora y las actividades agrícolas. [17] Por lo tanto, puede tener un origen urbano o agrícola. [10]
Los niveles de nitrato superiores a 10 mg/L (10 ppm) en las aguas subterráneas pueden causar el « síndrome del bebé azul » ( metahemoglobinemia adquirida ). [18] Las normas de calidad del agua potable en la Unión Europea estipulan menos de 50 mg/L de nitrato en el agua potable . [19]
Los vínculos entre los nitratos en el agua potable y el síndrome del bebé azul han sido cuestionados en otros estudios. [20] [21] Los brotes del síndrome podrían deberse a otros factores además de las concentraciones elevadas de nitratos en el agua potable. [22]
Los compuestos orgánicos volátiles (COV) son un contaminante peligroso de las aguas subterráneas. Por lo general, se introducen en el medio ambiente a través de prácticas industriales descuidadas. Muchos de estos compuestos no se sabía que fueran nocivos hasta finales de la década de 1960 y pasó algún tiempo antes de que los análisis periódicos de las aguas subterráneas identificaran estas sustancias en las fuentes de agua potable. [ cita requerida ]
Los principales contaminantes orgánicos volátiles que se encuentran en las aguas subterráneas incluyen hidrocarburos aromáticos como los compuestos BTEX ( benceno , tolueno , etilbenceno y xilenos ) y disolventes clorados, como tetracloroetileno (PCE), tricloroetileno (TCE) y cloruro de vinilo (VC). Los BTEX son componentes importantes de la gasolina . El PCE y el TCE son disolventes industriales utilizados en procesos de limpieza en seco y como desengrasante de metales, respectivamente. [ cita requerida ]
Otros contaminantes orgánicos presentes en las aguas subterráneas y derivados de las operaciones industriales son los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP). Debido a su peso molecular, el naftaleno es el HAP más soluble y móvil que se encuentra en las aguas subterráneas, mientras que el benzo(a)pireno es el más tóxico. Los HAP se producen generalmente como subproductos de la combustión incompleta de materia orgánica. [ cita requerida ]
Los contaminantes orgánicos también pueden encontrarse en las aguas subterráneas en forma de insecticidas y herbicidas . Como muchos otros compuestos orgánicos sintéticos, la mayoría de los pesticidas tienen estructuras moleculares muy complejas. Esta complejidad determina la solubilidad en agua, la capacidad de adsorción y la movilidad de los pesticidas en el sistema de aguas subterráneas. Por lo tanto, algunos tipos de pesticidas son más móviles que otros, por lo que pueden llegar más fácilmente a una fuente de agua potable. [9]
Varios metales traza se encuentran de forma natural en ciertas formaciones rocosas y pueden ingresar al medio ambiente a partir de procesos naturales como la erosión. Sin embargo, las actividades industriales como la minería , la metalurgia , la eliminación de residuos sólidos , los trabajos de pintura y esmalte, etc. pueden generar concentraciones elevadas de metales tóxicos, incluidos el plomo , el cadmio y el cromo . Estos contaminantes tienen el potencial de llegar a las aguas subterráneas. [17]
La migración de metales (y metaloides) en las aguas subterráneas se verá afectada por varios factores, en particular por las reacciones químicas que determinan la distribución de los contaminantes entre las diferentes fases y especies. Por lo tanto, la movilidad de los metales depende principalmente del pH y del estado redox de las aguas subterráneas. [9]
Entre los contaminantes emergentes de las aguas subterráneas que se están estudiando en todo Estados Unidos se encuentran trazas de productos farmacéuticos provenientes de aguas residuales tratadas que se infiltran en el acuífero. [23] Los productos farmacéuticos populares, como antibióticos, antiinflamatorios, antidepresivos, descongestionantes, tranquilizantes, etc., se encuentran normalmente en las aguas residuales tratadas. [24] Estas aguas residuales se descargan de la planta de tratamiento y, a menudo, llegan al acuífero o a la fuente de agua superficial utilizada para el agua potable. [ cita requerida ]
Las cantidades mínimas de productos farmacéuticos en las aguas subterráneas y superficiales están muy por debajo de lo que se considera peligroso o preocupante en la mayoría de las áreas, pero podría ser un problema creciente a medida que la población crece y se utilizan más aguas residuales recuperadas para el suministro de agua municipal. [24] [25]
Otros contaminantes orgánicos incluyen una variedad de organohaluros y otros compuestos químicos, hidrocarburos de petróleo , diversos compuestos químicos que se encuentran en productos de higiene personal y cosméticos , contaminación por medicamentos que involucra a fármacos y sus metabolitos. Los contaminantes inorgánicos pueden incluir otros nutrientes como amoníaco y fosfato , y radionucleidos como el uranio (U) o el radón (Rn) presentes de forma natural en algunas formaciones geológicas. La intrusión de agua salada también es un ejemplo de contaminación natural, pero muy a menudo se intensifica por las actividades humanas. [ cita requerida ]
La contaminación de las aguas subterráneas es un problema mundial. Un estudio sobre la calidad de las aguas subterráneas de los principales acuíferos de los Estados Unidos, realizado entre 1991 y 2004, mostró que el 23% de los pozos domésticos tenían contaminantes en niveles superiores a los de referencia para la salud humana. [26] Otro estudio sugirió que los principales problemas de contaminación de las aguas subterráneas en África, considerando el orden de importancia, son: (1) contaminación por nitratos, (2) agentes patógenos, (3) contaminación orgánica, (4) salinización y (5) drenaje ácido de minas. [27]
Las causas de la contaminación de las aguas subterráneas incluyen (más detalles a continuación):
"Geogénico" se refiere a algo que ocurre naturalmente como resultado de procesos geológicos. [ cita requerida ]
La contaminación natural por arsénico se produce porque los sedimentos de los acuíferos contienen materia orgánica que genera condiciones anaeróbicas en el acuífero. Estas condiciones dan lugar a la disolución microbiana de los óxidos de hierro en el sedimento y, por tanto, a la liberación del arsénico , normalmente fuertemente ligado a los óxidos de hierro, en el agua. Como consecuencia, las aguas subterráneas ricas en arsénico suelen ser ricas en hierro, aunque los procesos secundarios suelen ocultar la asociación entre el arsénico disuelto y el hierro disuelto. [ cita requerida ] . El arsénico se encuentra en las aguas subterráneas más comúnmente como la especie reducida arsenito y la especie oxidada arsenato, siendo la toxicidad aguda del arsenito algo mayor que la del arsenato. [28] Las investigaciones de la OMS indicaron que el 20% de los 25.000 pozos analizados en Bangladesh tenían concentraciones de arsénico superiores a 50 μg/L. [4]
La presencia de fluoruro está estrechamente relacionada con la abundancia y solubilidad de minerales que contienen fluoruro, como la fluorita (CaF 2 ) . [28] Las concentraciones considerablemente altas de fluoruro en las aguas subterráneas suelen deberse a una falta de calcio en el acuífero. [4] Los problemas de salud asociados con la fluorosis dental pueden ocurrir cuando las concentraciones de fluoruro en las aguas subterráneas superan los 1,5 mg/L, que es el valor de referencia de la OMS desde 1984. [4]
El Instituto Federal Suizo de Ciencia y Tecnología Acuáticas (EAWAG) ha desarrollado recientemente la Plataforma de Evaluación de Aguas Subterráneas (GAP) interactiva, en la que se puede estimar el riesgo geogénico de contaminación en una zona determinada utilizando datos geológicos, topográficos y otros datos ambientales sin tener que analizar muestras de cada uno de los recursos de agua subterránea. Esta herramienta también permite al usuario generar mapas de riesgo de probabilidad tanto para el arsénico como para el fluoruro. [29]
Las altas concentraciones de parámetros como salinidad, hierro, manganeso, uranio, radón y cromo en las aguas subterráneas también pueden ser de origen geogénico. Estos contaminantes pueden ser importantes a nivel local, pero no están tan extendidos como el arsénico y el flúor. [28]
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La contaminación de las aguas subterráneas con patógenos y nitratos también puede ocurrir a partir de líquidos que se infiltran en el suelo desde sistemas de saneamiento in situ, como letrinas de pozo y fosas sépticas , dependiendo de la densidad de población y las condiciones hidrogeológicas. [12]
Los factores que controlan el destino y el transporte de los patógenos son bastante complejos y la interacción entre ellos no se entiende bien. [4] Si se ignoran las condiciones hidrogeológicas locales (que pueden variar en un espacio de unos pocos kilómetros cuadrados), las infraestructuras de saneamiento simples en el lugar, como las letrinas de pozo, pueden causar riesgos significativos para la salud pública a través de aguas subterráneas contaminadas. [ cita requerida ]
Los líquidos se filtran del pozo y pasan a la zona de suelo no saturado (que no está completamente lleno de agua). Posteriormente, estos líquidos del pozo entran en las aguas subterráneas donde pueden provocar su contaminación. Esto es un problema si se utiliza un pozo de agua cercano para abastecer de agua subterránea para fines de agua potable . Durante el paso por el suelo, los patógenos pueden morir o ser absorbidos de manera significativa, en gran medida dependiendo del tiempo de viaje entre el pozo y el pozo. [30] La mayoría, pero no todos los patógenos, mueren dentro de los 50 días de su viaje a través del subsuelo. [31]
El grado de eliminación de patógenos varía considerablemente según el tipo de suelo, el tipo de acuífero, la distancia y otros factores ambientales. [32] Por ejemplo, la zona no saturada se "lava" durante períodos prolongados de lluvia intensa, lo que proporciona una vía hidráulica para el paso rápido de patógenos. [4] Es difícil estimar la distancia segura entre una letrina de pozo o un tanque séptico y una fuente de agua. En cualquier caso, quienes construyen letrinas de pozo suelen ignorar estas recomendaciones sobre la distancia segura. Además, las parcelas de las viviendas son de un tamaño limitado y, por lo tanto, las letrinas de pozo a menudo se construyen mucho más cerca de los pozos de agua subterránea de lo que se puede considerar seguro. Esto da como resultado la contaminación de las aguas subterráneas y que los miembros de las viviendas se enfermen cuando utilizan esta agua subterránea como fuente de agua potable. [ cita requerida ]
La contaminación de las aguas subterráneas puede ser causada por el vertido de residuos no tratados que provocan enfermedades como lesiones cutáneas, diarrea sanguinolenta y dermatitis. Esto es más común en lugares que tienen una infraestructura limitada para el tratamiento de aguas residuales o donde hay fallos sistemáticos en el sistema de eliminación de aguas residuales in situ. [32] Además de patógenos y nutrientes, las aguas residuales no tratadas también pueden tener una carga importante de metales pesados que pueden filtrarse en el sistema de aguas subterráneas. [ cita requerida ]
El efluente tratado de las plantas de tratamiento de aguas residuales también puede llegar al acuífero si el efluente se infiltra o se descarga a los cuerpos de agua superficiales locales. Por lo tanto, las sustancias que no se eliminan en las plantas de tratamiento de aguas residuales convencionales también pueden llegar a las aguas subterráneas. [33] Por ejemplo, las concentraciones detectadas de residuos farmacéuticos en las aguas subterráneas fueron del orden de 50 mg/L en varias ubicaciones de Alemania. [34] Esto se debe a que en las plantas de tratamiento de aguas residuales convencionales, los microcontaminantes como las hormonas , los residuos farmacéuticos y otros microcontaminantes contenidos en la orina y las heces solo se eliminan parcialmente y el resto se descarga en las aguas superficiales, desde donde también puede llegar a las aguas subterráneas.
La contaminación de las aguas subterráneas también puede producirse por fugas en las alcantarillas, como se ha observado, por ejemplo, en Alemania. [35] Esto también puede dar lugar a una posible contaminación cruzada de los suministros de agua potable. [36]
La dispersión de aguas residuales o lodos de depuradora en la agricultura también puede incluirse como fuentes de contaminación fecal en las aguas subterráneas. [4]
El nitrato también puede entrar en las aguas subterráneas a través del uso excesivo de fertilizantes, incluido el esparcimiento de estiércol . Esto se debe a que solo una fracción de los fertilizantes a base de nitrógeno se convierte en productos y otras materias vegetales. El resto se acumula en el suelo o se pierde como escorrentía. [37] Las altas tasas de aplicación de fertilizantes que contienen nitrógeno combinadas con la alta solubilidad en agua del nitrato conducen a un mayor escurrimiento hacia las aguas superficiales , así como a su lixiviación hacia las aguas subterráneas, lo que causa la contaminación de las aguas subterráneas. [38] El uso excesivo de fertilizantes que contienen nitrógeno (sean sintéticos o naturales) es particularmente dañino, ya que gran parte del nitrógeno que no es absorbido por las plantas se transforma en nitrato, que se lixivia fácilmente. [39]
Los nutrientes, especialmente los nitratos, presentes en los fertilizantes pueden causar problemas para los hábitats naturales y la salud humana si se filtran del suelo a los cursos de agua o se filtran a través del suelo a las aguas subterráneas. El uso intensivo de fertilizantes nitrogenados en los sistemas de cultivo es el mayor contribuyente al nitrógeno antropogénico en las aguas subterráneas en todo el mundo. [40]
Los corrales de engorde y de cría de animales también pueden dar lugar a una posible lixiviación de nitrógeno y metales a las aguas subterráneas. [36] La aplicación excesiva de estiércol animal también puede provocar la contaminación de las aguas subterráneas con residuos farmacéuticos derivados de medicamentos veterinarios. [ cita requerida ]
La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) y la Comisión Europea están abordando seriamente el problema de los nitratos relacionado con el desarrollo agrícola, como un importante problema de suministro de agua que requiere una gestión y gobernanza adecuadas. [10] [41]
Los plaguicidas que se escurren pueden filtrarse en las aguas subterráneas y causar problemas de salud humana debido a la contaminación de los pozos de agua. [4] Las concentraciones de plaguicidas que se encuentran en las aguas subterráneas suelen ser bajas y, a menudo, los límites reglamentarios que se superan en términos de salud humana también son muy bajos. [4] El insecticida organofosforado monocrotofos (MCP) parece ser uno de los pocos plaguicidas peligrosos, persistentes, solubles y móviles (no se unen a los minerales del suelo) capaces de llegar a una fuente de agua potable. [42] En general, se están detectando más compuestos plaguicidas a medida que los programas de monitoreo de la calidad de las aguas subterráneas se han vuelto más amplios; sin embargo, se ha realizado mucho menos monitoreo en los países en desarrollo debido a los altos costos de análisis. [4]
Se ha encontrado una amplia variedad de contaminantes tanto inorgánicos como orgánicos en los acuíferos subyacentes a actividades comerciales e industriales. [ cita requerida ]
Las instalaciones de extracción de minerales y procesamiento de metales son las principales responsables de la presencia de metales de origen antropogénico en las aguas subterráneas, incluido el arsénico. El bajo pH asociado con el drenaje ácido de minas (AMD) contribuye a la solubilidad de metales potencialmente tóxicos que pueden eventualmente ingresar al sistema de aguas subterráneas. [ cita requerida ]
Existe una creciente preocupación por la contaminación de las aguas subterráneas por la gasolina que se filtra de los tanques de almacenamiento subterráneos de petróleo (UST) de las estaciones de servicio . [4] Los compuestos BTEX son los aditivos más comunes de la gasolina. Los compuestos BTEX, incluido el benceno, tienen densidades inferiores a la del agua (1 g/mL). De manera similar a los derrames de petróleo en el mar, la fase no miscible, denominada líquido ligero de fase no acuosa (LNAPL) , "flotará" sobre el nivel freático en el acuífero. [4]
Los disolventes clorados se utilizan en casi todas las prácticas industriales en las que se requieren desengrasantes. [4] El PCE es un disolvente muy utilizado en la industria de la limpieza en seco debido a su eficacia de limpieza y a su coste relativamente bajo. También se ha utilizado para operaciones de desengrasado de metales. Debido a que es muy volátil, se encuentra con mayor frecuencia en aguas subterráneas que en aguas superficiales. [43] [ ¿ Fuente poco fiable? ] El TCE se ha utilizado históricamente como limpiador de metales. La instalación militar Anniston Army Depot (ANAD) en los Estados Unidos fue incluida en la Lista de Prioridades Nacionales Superfund (NPL) de la EPA debido a la contaminación de las aguas subterráneas con hasta 27 millones de libras de TCE. [44] Tanto el PCE como el TCE pueden degradarse a cloruro de vinilo (VC), el hidrocarburo clorado más tóxico. [4]
Es posible que también se hayan desechado ilegalmente muchos tipos de disolventes, que con el tiempo se filtraron al sistema de aguas subterráneas. [4]
Los disolventes clorados como el PCE y el TCE tienen densidades superiores a las del agua y la fase no miscible se denomina líquidos de fase no acuosa densa (DNAPL) . [4] Una vez que llegan al acuífero, se "hundirán" y eventualmente se acumularán en la parte superior de las capas de baja permeabilidad. [4] [45] Históricamente, las instalaciones de tratamiento de madera también han liberado insecticidas como el pentaclorofenol (PCP) y la creosota al medio ambiente, lo que afecta los recursos de agua subterránea. [46] El PCP es un pesticida obsoleto altamente soluble y tóxico recientemente incluido en el Convenio de Estocolmo sobre contaminantes orgánicos persistentes . Los HAP y otros semi-VOC son los contaminantes comunes asociados con la creosota.
Aunque no son miscibles, tanto los LNAPL como los DNAPL tienen el potencial de disolverse lentamente en la fase acuosa (miscible) para crear una columna y convertirse así en una fuente de contaminación a largo plazo. Los DNAPL (disolventes clorados, HAP pesados, creosota, PCB ) tienden a ser difíciles de manejar, ya que pueden residir muy profundamente en el sistema de aguas subterráneas. [4]
El reciente crecimiento de los pozos de fracturación hidráulica ("Fracking") en los Estados Unidos ha suscitado inquietudes con respecto a sus posibles riesgos de contaminación de los recursos de agua subterránea. [47] La EPA, junto con muchos otros investigadores, ha sido delegada para estudiar la relación entre la fracturación hidráulica y los recursos de agua potable. [48] Si bien es posible realizar la fracturación hidráulica sin tener un impacto relevante en los recursos de agua subterránea si se aplican controles estrictos y medidas de gestión de la calidad, hay una serie de casos en los que se observó contaminación de las aguas subterráneas debido a un manejo inadecuado o fallas técnicas. [ cita requerida ]
Si bien la EPA no ha encontrado evidencia significativa de un impacto generalizado y sistemático sobre el agua potable debido a la fracturación hidráulica , esto puede deberse a la falta de datos sistemáticos previos y posteriores a la fracturación hidráulica sobre la calidad del agua potable, y a la presencia de otros agentes de contaminación que impiden el vínculo entre la extracción de petróleo de esquisto y gas de esquisto y su impacto. [49]
A pesar de la falta de evidencia generalizada y profunda de la EPA, otros investigadores han hecho observaciones significativas de la creciente contaminación de las aguas subterráneas en las proximidades de los principales sitios de perforación de petróleo y gas de esquisto ubicados en Marcellus [50] [51] ( Columbia Británica , Canadá). A un kilómetro de estos sitios específicos, un subconjunto de agua potable poco profunda mostró constantemente niveles de concentración más altos de metano , etano y propano de lo normal. Una evaluación de la mayor concentración de helio y otros gases nobles junto con el aumento de los niveles de hidrocarburos respalda la distinción entre el gas fugitivo de la fracturación hidráulica y el contenido de hidrocarburos de "fondo" natural . Se especula que esta contaminación es el resultado de revestimientos de pozos de gas con fugas, fallas o instalación incorrecta. [52]
Además, se teoriza que la contaminación también podría resultar de la migración capilar de agua hipersalina residual profunda y fluido de fracturación hidráulica, fluyendo lentamente a través de fallas y fracturas hasta finalmente hacer contacto con recursos de agua subterránea ; [52] sin embargo, muchos investigadores argumentan que la permeabilidad de las rocas que recubren las formaciones de esquisto es demasiado baja para permitir que esto suceda de manera suficiente. [53] Para probar finalmente esta teoría, tendría que haber rastros de trihalometanos tóxicos (THM), ya que a menudo se asocian con la presencia de contaminación de gas disperso y generalmente coexisten con altas concentraciones de halógenos en aguas hipersalinas. [53] Además, las aguas altamente salinas son una característica natural común en los sistemas de aguas subterráneas profundas. [ cita requerida ]
Si bien las conclusiones con respecto a la contaminación de las aguas subterráneas como resultado del flujo de fluido de fracturación hidráulica están restringidas tanto en el espacio como en el tiempo, los investigadores han planteado la hipótesis de que el potencial de contaminación sistemática por gas fugitivo depende principalmente de la integridad de la estructura del pozo de petróleo o gas de esquisto, junto con su ubicación geológica relativa a los sistemas de fractura locales que podrían proporcionar potencialmente rutas de flujo para la migración fugitiva de gas. [52] [53]
Aunque la contaminación generalizada y sistemática por fracturación hidráulica ha sido muy discutida, una fuente importante de contaminación que tiene el mayor consenso entre los investigadores de ser la más problemática es el derrame accidental en un sitio específico del fluido de fracturación hidráulica y el agua producida . Hasta ahora, una mayoría significativa de los eventos de contaminación de las aguas subterráneas se derivan de rutas antropogénicas a nivel de la superficie en lugar del flujo subterráneo de las formaciones de esquisto subyacentes . [54] Si bien el daño puede ser obvio, y se están haciendo muchos más esfuerzos para evitar que estos accidentes ocurran con tanta frecuencia, la falta de datos de los derrames de petróleo de fracturación hidráulica sigue dejando a los investigadores en la oscuridad. En muchos de estos eventos, los datos adquiridos de la fuga o derrame son a menudo muy vagos y, por lo tanto, llevarían a los investigadores a conclusiones imprecisas. [55]
Los investigadores del Instituto Federal de Geociencias y Recursos Naturales (BGR) realizaron un estudio modelo para una formación profunda de gas de esquisto en la cuenca del norte de Alemania. Llegaron a la conclusión de que la probabilidad de que el ascenso de los fluidos de fracturación a través del subsuelo geológico hasta la superficie afecte a las aguas subterráneas poco profundas es pequeña. [56]
Los lixiviados de los vertederos sanitarios pueden provocar la contaminación de las aguas subterráneas. Los productos químicos pueden llegar a las aguas subterráneas a través de las precipitaciones y las escorrentías. Los nuevos vertederos deben estar revestidos con arcilla u otro material sintético, junto con el lixiviado, para proteger las aguas subterráneas circundantes. Sin embargo, los vertederos más antiguos no cuentan con estas medidas y suelen estar cerca de aguas superficiales y en suelos permeables. Los vertederos cerrados pueden seguir representando una amenaza para las aguas subterráneas si no se cubren con un material impermeable antes del cierre para evitar la fuga de contaminantes. [57]
Love Canal fue uno de los ejemplos más conocidos de contaminación de las aguas subterráneas. En 1978, los residentes del barrio de Love Canal, en el norte del estado de Nueva York, notaron altas tasas de cáncer y una alarmante cantidad de defectos congénitos . Esto se atribuyó finalmente a disolventes orgánicos y dioxinas de un vertedero industrial sobre el que se había construido el barrio y alrededor del cual se había construido, que luego se habían infiltrado en el suministro de agua y se habían evaporado en los sótanos para contaminar aún más el aire. Ochocientas familias recibieron un reembolso por sus casas y se mudaron, después de extensas batallas legales y cobertura mediática. [ cita requerida ]
Los datos satelitales del delta del Mekong en Vietnam han proporcionado evidencia de que el bombeo excesivo de agua subterránea conduce al hundimiento del terreno , así como a la consiguiente liberación de arsénico y posiblemente otros metales pesados. [58] El arsénico se encuentra en los estratos de arcilla debido a su alta relación área superficial/volumen en relación con las partículas del tamaño de la arena. La mayor parte del agua subterránea bombeada viaja a través de arenas y gravas con baja concentración de arsénico. Sin embargo, durante el bombeo excesivo, un alto gradiente vertical extrae agua de las arcillas menos permeables, lo que promueve la liberación de arsénico en el agua. [59]
La contaminación de las aguas subterráneas puede ser causada por derrames de productos químicos de operaciones comerciales o industriales, derrames de productos químicos que ocurren durante el transporte (por ejemplo, derrames de combustibles diésel ), vertidos ilegales de residuos , infiltración de escorrentías urbanas u operaciones mineras , sales de carreteras , productos químicos para descongelar de los aeropuertos e incluso contaminantes atmosféricos , ya que el agua subterránea es parte del ciclo hidrológico . [60]
El uso de herbicidas puede contribuir a la contaminación de las aguas subterráneas a través de la infiltración de arsénico. Los herbicidas contribuyen a la desorción de arsénico a través de la movilización y el transporte del contaminante. Los herbicidas clorados tienen un menor impacto en la desorción de arsénico que los herbicidas de tipo fosfatado. Esto puede ayudar a prevenir la contaminación por arsénico mediante la elección de herbicidas apropiados para diferentes concentraciones de arsénico presentes en ciertos suelos. [61]
El enterramiento de cadáveres y su posterior degradación también pueden suponer un riesgo de contaminación de las aguas subterráneas. [62]
El paso del agua a través del subsuelo puede proporcionar una barrera natural confiable contra la contaminación, pero sólo funciona en condiciones favorables. [12]
La estratigrafía de la zona desempeña un papel importante en el transporte de contaminantes. Una zona puede tener capas de suelo arenoso, lecho rocoso fracturado, arcilla o capa dura. Las zonas de topografía kárstica sobre lecho rocoso de piedra caliza a veces son vulnerables a la contaminación superficial procedente de las aguas subterráneas. Las fallas sísmicas también pueden ser vías de entrada para la entrada descendente de contaminantes. Las condiciones del nivel freático son de gran importancia para el suministro de agua potable, el riego agrícola, la eliminación de residuos (incluidos los residuos nucleares), el hábitat de la vida silvestre y otras cuestiones ecológicas. [63]
Muchos productos químicos sufren una descomposición reactiva o un cambio químico, especialmente durante largos períodos de tiempo en depósitos de agua subterránea . Una clase notable de estos productos químicos son los hidrocarburos clorados, como el tricloroetileno (utilizado en el desengrasado industrial de metales y la fabricación de productos electrónicos) y el tetracloroetileno , utilizado en la industria de la limpieza en seco. Ambos productos químicos, que se cree que son cancerígenos en sí mismos, sufren reacciones de descomposición parcial, lo que da lugar a nuevos productos químicos peligrosos (incluidos el dicloroetileno y el cloruro de vinilo ). [64]
Aunque están interrelacionadas, las aguas superficiales y subterráneas a menudo se han estudiado y gestionado como recursos separados. [65] Las interacciones entre las aguas subterráneas y superficiales son complejas. Las aguas superficiales se filtran a través del suelo y se convierten en aguas subterráneas. Por el contrario, las aguas subterráneas también pueden alimentar fuentes de aguas superficiales. Por ejemplo, muchos ríos y lagos se alimentan de aguas subterráneas. Esto significa que el daño a los acuíferos subterráneos, por ejemplo, por fracturación hidráulica o extracción excesiva, podría afectar a los ríos y lagos que dependen de ellos. La intrusión de agua salada en los acuíferos costeros es un ejemplo de tales interacciones. [2] [3]
Un derrame o liberación continua de contaminantes químicos o radionucleidos en el suelo (ubicado lejos de un cuerpo de agua superficial) puede no crear contaminación de origen puntual o difuso, pero puede contaminar el acuífero subyacente, creando una columna tóxica . El movimiento de la columna puede analizarse mediante un modelo de transporte hidrológico o un modelo de agua subterránea . [ cita requerida ]
El principio de precaución , que surgió del Principio 15 de la Declaración de Río sobre el Medio Ambiente y el Desarrollo , es importante para proteger los recursos de aguas subterráneas de la contaminación. El principio de precaución establece que "cuando exista peligro de daño irreversible, la falta de certeza científica absoluta no deberá utilizarse como razón para postergar la adopción de medidas eficaces en función de los costos para impedir la degradación ambiental ". [66]
Uno de los seis principios básicos de la política de aguas de la Unión Europea (UE) es la aplicación del principio de precaución. [67]
En muchos países del mundo se han implementado regularmente programas de monitoreo de la calidad de las aguas subterráneas, que son componentes importantes para comprender el sistema hidrogeológico y para el desarrollo de modelos conceptuales y mapas de vulnerabilidad de los acuíferos. [68]
La calidad de las aguas subterráneas debe controlarse periódicamente en todo el acuífero para determinar las tendencias. Un control eficaz de las aguas subterráneas debe estar impulsado por un objetivo específico, por ejemplo, un contaminante específico que suscite preocupación. [9] Los niveles de contaminantes pueden compararse con las directrices de la Organización Mundial de la Salud (OMS) para la calidad del agua potable. [69] No es raro que los límites de contaminantes se reduzcan a medida que se adquiere más experiencia médica. [10]
Se debe realizar una inversión suficiente para continuar con el seguimiento a largo plazo. Cuando se detecta un problema, se deben tomar medidas para corregirlo. [9] Los brotes transmitidos por el agua en los Estados Unidos disminuyeron con la introducción de requisitos de seguimiento (y tratamiento) más estrictos a principios de los años 90. [4]
La comunidad también puede ayudar a monitorear la calidad del agua subterránea. [68]
Los científicos han desarrollado métodos mediante los cuales se podrían producir mapas de riesgo para sustancias tóxicas geogénicas en aguas subterráneas. [70] [71] [72] Esto proporciona una manera eficiente de determinar qué pozos deben analizarse. [ cita requerida ]
Varias autoridades del agua han implementado mapas de zonificación del uso del suelo en distintas escalas en todo el mundo. Existen dos tipos de mapas de zonificación: mapas de vulnerabilidad de acuíferos y mapas de protección de fuentes. [9]
Se refiere a la vulnerabilidad intrínseca (o natural) de un sistema de aguas subterráneas a la contaminación. [9] Intrínsecamente, algunos acuíferos son más vulnerables a la contaminación que otros. [68] Los acuíferos no confinados poco profundos tienen mayor riesgo de contaminación porque hay menos capas para filtrar los contaminantes. [9]
La zona no saturada puede desempeñar un papel importante en el retraso (y en algunos casos en la eliminación) de patógenos y, por lo tanto, debe tenerse en cuenta al evaluar la vulnerabilidad del acuífero. [4] La actividad biológica es mayor en las capas superiores del suelo, donde la atenuación de patógenos suele ser más eficaz. [4]
La preparación de los mapas de vulnerabilidad generalmente implica la superposición de varios mapas temáticos de factores físicos que se han seleccionado para describir la vulnerabilidad del acuífero. [68] El método de mapeo paramétrico basado en índices GOD desarrollado por Foster y Hirata (1988) utiliza tres parámetros generalmente disponibles o fácilmente estimados, el grado de confinamiento hidráulico del agua subterránea, la naturaleza geológica de los estratos superiores y la profundidad del agua subterránea. [68] [73] [74] Un enfoque adicional desarrollado por la EPA, un sistema de clasificación llamado "DRASTIC", emplea siete factores hidrogeológicos para desarrollar un índice de vulnerabilidad: profundidad del nivel freático, recarga neta , medio del acuífero, medio de azufre, topografía ( pendiente), impacto en la zona vadosa y conductividad hidráulica . [68] [75]
Existe un debate particular entre los hidrogeólogos sobre si la vulnerabilidad del acuífero debe establecerse de manera general (intrínseca) para todos los contaminantes o específicamente para cada contaminante. [68]
Se refiere a las áreas de captación alrededor de una fuente de agua subterránea individual, como un pozo de agua o un manantial, para protegerlas especialmente de la contaminación. De esta manera, las fuentes potenciales de contaminantes degradables, como los patógenos, pueden ubicarse a distancias cuyos tiempos de viaje a lo largo de las vías de flujo sean lo suficientemente largos como para que el contaminante se elimine mediante filtración o adsorción. [9]
Los métodos analíticos que utilizan ecuaciones para definir el flujo de agua subterránea y el transporte de contaminantes son los más utilizados. [76] El WHPA es un programa de simulación de flujo de agua subterránea semianalítico desarrollado por la EPA de EE. UU. para delinear zonas de captura en un área de protección de boca de pozo. [77]
La forma más simple de zonificación emplea métodos de distancia fija donde las actividades se excluyen dentro de una distancia especificada aplicada uniformemente alrededor de los puntos de abstracción. [76]
Como los efectos sobre la salud de la mayoría de las sustancias químicas tóxicas surgen tras una exposición prolongada, el riesgo para la salud que entrañan las sustancias químicas es generalmente menor que el que entrañan los patógenos. [4] Por lo tanto, la calidad de las medidas de protección de la fuente es un componente importante para controlar la presencia de patógenos en el agua potable final. [76]
Los sistemas de saneamiento in situ pueden diseñarse de tal manera que se evite la contaminación de las aguas subterráneas causada por estos sistemas de saneamiento. [12] [31] Se han desarrollado directrices detalladas para estimar distancias seguras para proteger las fuentes de agua subterránea de la contaminación causada por el saneamiento in situ . [78] [79] Se han propuesto los siguientes criterios para la ubicación segura (es decir, decidir la ubicación) de los sistemas de saneamiento in situ: [12]
Como regla general, se recomienda que el fondo del pozo esté al menos a 2 m por encima del nivel del agua subterránea, y normalmente se recomienda una distancia horizontal mínima de 30 m entre un pozo y una fuente de agua para limitar la exposición a la contaminación microbiana. [1] Sin embargo, no se debe hacer ninguna declaración general con respecto a las distancias mínimas de separación lateral requeridas para evitar la contaminación de un pozo desde una letrina de pozo. [12] Por ejemplo, incluso una distancia de separación lateral de 50 m podría no ser suficiente en un sistema fuertemente karstificado con un pozo o manantial de suministro en pendiente, mientras que una distancia de separación lateral de 10 m es completamente suficiente si hay una capa de cobertura de arcilla bien desarrollada y el espacio anular del pozo de agua subterránea está bien sellado. [ cita requerida ]
Las cuestiones institucionales y legales son fundamentales para determinar el éxito o el fracaso de las políticas y estrategias de protección de las aguas subterráneas. [4] En los Estados Unidos, la Ley de Conservación y Recuperación de Recursos protege las aguas subterráneas regulando la eliminación de residuos sólidos y residuos peligrosos , y la Ley Integral de Respuesta Ambiental, Compensación y Responsabilidad , también conocida como "Superfondo", exige la remediación de los sitios abandonados de residuos peligrosos. [80] [81]
Las opciones para la remediación de aguas subterráneas contaminadas se pueden agrupar en las siguientes categorías:
Los dispositivos portátiles de purificación de agua o los sistemas de tratamiento de agua en el punto de uso (POU) y las técnicas de desinfección del agua en el campo se pueden utilizar para eliminar algunas formas de contaminación de las aguas subterráneas antes de beberlas, a saber, la contaminación fecal. Hay muchos sistemas comerciales portátiles de purificación de agua o aditivos químicos disponibles que pueden eliminar patógenos, cloro, mal sabor, olores y metales pesados como el plomo y el mercurio. [83]
Las técnicas incluyen ebullición, filtración, absorción de carbón activado, desinfección química, purificación ultravioleta, desinfección de agua con ozono, desinfección de agua solar, destilación solar y filtros de agua caseros. [ cita requerida ]
Los filtros de eliminación de arsénico (ARF) son tecnologías especializadas que se instalan normalmente para eliminar el arsénico. Muchas de estas tecnologías requieren una inversión de capital y un mantenimiento a largo plazo. Los usuarios de Bangladesh suelen abandonar los filtros debido a su elevado coste y a su complicado mantenimiento, que también resulta bastante caro. [ cita requerida ]
La contaminación de las aguas subterráneas es mucho más difícil de reducir que la contaminación superficial porque el agua subterránea puede moverse grandes distancias a través de acuíferos invisibles . Los acuíferos no porosos, como las arcillas, purifican parcialmente el agua de las bacterias mediante una simple filtración (adsorción y absorción), dilución y, en algunos casos, reacciones químicas y actividad biológica; sin embargo, en algunos casos, los contaminantes simplemente se transforman en contaminantes del suelo . El agua subterránea que se mueve a través de fracturas abiertas y cavernas no se filtra y puede transportarse tan fácilmente como el agua superficial. De hecho, esto puede verse agravado por la tendencia humana a utilizar los sumideros naturales como vertederos en áreas de topografía kárstica . [84]
Los contaminantes y contaminantes pueden eliminarse del agua subterránea mediante la aplicación de varias técnicas, lo que la hace segura para su uso. Las técnicas de tratamiento (o remediación) de aguas subterráneas abarcan tecnologías de tratamiento biológico, químico y físico. La mayoría de las técnicas de tratamiento de aguas subterráneas utilizan una combinación de tecnologías. Algunas de las técnicas de tratamiento biológico incluyen bioaumentación , bioventilación , biosparging , bioslurping y fitorremediación . Algunas técnicas de tratamiento químico incluyen inyección de gas ozono y oxígeno, precipitación química , separación por membranas , intercambio iónico , absorción de carbono, oxidación química acuosa y recuperación mejorada con surfactante. Algunas técnicas químicas pueden implementarse utilizando nanomateriales . Las técnicas de tratamiento físico incluyen, entre otras, bombeo y tratamiento, aspersión de aire y extracción de doble fase.
Si se considera que el tratamiento o la remediación de las aguas subterráneas contaminadas es demasiado difícil o costoso, la única opción es abandonar el uso de las aguas subterráneas de este acuífero y encontrar una fuente alternativa de agua.
Las zonas periurbanas de Lusaka, la capital de Zambia, tienen condiciones de suelo fuertemente karstificadas y por esta razón –junto con la creciente densidad de población en estas zonas periurbanas– la contaminación de los pozos de agua por las letrinas de pozo constituye una importante amenaza para la salud pública allí. [85]
En Tanzania, muchos residentes dependen de fuentes de agua subterránea, principalmente de pozos poco profundos en el lugar, para beber y para otros fines domésticos. El costo del suministro oficial de agua ha hecho que muchos hogares dependan de pozos privados en lugar de las instalaciones de agua y saneamiento urbanas de Babati. El consumo de agua de fuentes temporales de calidad desconocida (principalmente pozos poco profundos) ha provocado que un gran número de personas sufran enfermedades transmitidas por el agua. En Tanzania, se informa que 23.900 niños menores de 5 años mueren cada año de disentería y diarrea asociadas con el consumo de agua no potable. [86]
La cuenca del río Ganges, un cuerpo de agua sagrado para los hindúes, se enfrenta a una grave contaminación por arsénico . India cubre el 79% de la cuenca, por lo que numerosos estados se han visto afectados. Entre los estados afectados se incluyen Uttarakhand , Uttar Pradesh , Delhi , Madhya Pradesh , Bihar , Jharkhand , Rajasthan , Chhattisgarh , Punjab , Haryana y Bengala Occidental . Los niveles de arsénico son de hasta 4730 μg/L en las aguas subterráneas, ~1000 μg/L en el agua de riego y hasta 3947 μg/kg en los alimentos, todos los cuales superan el estándar de la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura para el agua de riego y los estándares de la Organización Mundial de la Salud para el agua potable. Como resultado, las personas expuestas sufren enfermedades que afectan su funcionamiento dérmico, neurológico, reproductivo y cognitivo, e incluso pueden provocar cáncer. [87]
En la India, el gobierno ha promovido el desarrollo de sistemas de saneamiento para combatir el aumento de la contaminación de las aguas subterráneas en varias regiones del país. La iniciativa ha dado resultados y ha reducido la contaminación de las aguas subterráneas y las posibilidades de que las madres y los niños, que eran los principales afectados por este problema, contraigan enfermedades. Esto era algo muy necesario, ya que, según el estudio, más de 117.000 niños menores de cinco años mueren cada año debido al consumo de agua contaminada. La iniciativa del país ha tenido éxito en las zonas económicamente más desarrolladas del país. [88]
La ciudad de Hinkley, California (EE. UU.), tuvo sus aguas subterráneas contaminadas con cromo hexavalente a partir de 1952, lo que resultó en un caso legal contra Pacific Gas & Electric (PG&E) y un acuerdo multimillonario en 1996. El caso legal fue dramatizado en la película Erin Brockovich , estrenada en 2000.
San Joaquín, Estados Unidos
El bombeo intensivo en el condado de San Joaquín, California, ha provocado contaminación por arsénico. El condado de San Joaquín ha sufrido un grave bombeo intensivo que ha provocado que el suelo debajo de San Joaquín se hunda y, a su vez, haya dañado la infraestructura. Este bombeo intensivo en las aguas subterráneas ha permitido que el arsénico se desplace a los acuíferos subterráneos que suministran agua potable a al menos un millón de residentes y se utiliza en el riego de cultivos en algunas de las tierras agrícolas más ricas de los EE. UU. Los acuíferos están formados por arena y grava que están separadas por capas delgadas de arcilla que actúa como una esponja que retiene el agua y el arsénico. Cuando el agua se bombea intensamente, el acuífero se comprime y el suelo se hunde, lo que hace que la arcilla libere arsénico. Un estudio muestra que los acuíferos contaminados como resultado de un bombeo excesivo pueden recuperarse si se detiene la extracción. [89]
La ciudad de Norco, California, se vio afectada por la contaminación de las aguas subterráneas con tricloroetileno e hidracina como resultado de prácticas inadecuadas y negligentes de manipulación y eliminación de materiales peligrosos en las instalaciones de Wyle Laboratories , que estaban ubicadas junto a la escuela secundaria de Norco . Se detectaron niveles de tricloroetileno hasta 128 veces superiores al límite seguro estatal para el agua potable y se encontró hidracina en dos pozos cercanos. [90]
El sitio ya no está en funcionamiento y es un sitio activo de limpieza de materiales peligrosos.
En el año 2000, se produjo una contaminación de las aguas subterráneas en la pequeña ciudad de Walkerton (Canadá), lo que provocó siete muertes en lo que se conoce como el brote de E. coli de Walkerton . El suministro de agua, que se extraía de las aguas subterráneas, se contaminó con la cepa O157:H7 de la bacteria E. coli , altamente peligrosa . [91] Esta contaminación se debió a la escorrentía de una granja hacia un pozo de agua adyacente que era vulnerable a la contaminación de las aguas subterráneas.
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