La acidificación del agua dulce ocurre cuando los aportes ácidos ingresan a un cuerpo de agua dulce a través de la erosión de las rocas, la invasión de gases acidificantes (por ejemplo, dióxido de carbono ) o la reducción de aniones ácidos, como sulfato y nitrato dentro de un lago. [1] La acidificación del agua dulce es causada principalmente por óxidos de azufre (SO x ) y óxidos de nitrógeno (NO x ) que ingresan al agua a partir de deposiciones atmosféricas y lixiviación del suelo . [1] El ácido carbónico y el dióxido de carbono disuelto también pueden ingresar al agua dulce, de manera similar asociada con la escorrentía, a través de suelos ricos en dióxido de carbono. [1] La escorrentía que contiene estos compuestos puede incorporar iones de hidrógeno acidificantes y aluminio inorgánico, que pueden ser tóxicos para los organismos marinos. [1] La lluvia ácida también contribuye a la acidificación del agua dulce. Se crea cuando SO x y NO x reaccionan con agua, oxígeno y otros oxidantes dentro de las nubes. [2]
La capacidad amortiguadora de los suelos y los lechos rocosos dentro del ecosistema de agua dulce puede contribuir a la acidez del agua. [1] Cada depósito de agua dulce tiene la capacidad de resistir cambios en el pH, pero una entrada excesiva de ácidos en el depósito puede hacer que la capacidad amortiguadora disminuya, lo que eventualmente hará que el agua se vuelva más ácida. [1] Un aumento en el CO 2 atmosférico afecta la acidez del agua dulce ya que cuanto más se disuelve en el agua, más ácida se vuelve. [3] Es difícil cuantificar los efectos del CO 2 antropogénico debido a los diversos flujos de carbono en los ecosistemas de agua dulce. [4] Los altos niveles de acidificación del agua dulce son perjudiciales para varios organismos acuáticos. No obstante, hay muchos sistemas de agua dulce, incluidos los Grandes Lagos , donde los niveles de pH podrían estar disminuyendo, muy probablemente debido a la acumulación de CO 2 en la atmósfera; sin embargo, es necesario un mayor seguimiento para determinar todos los efectos de la acidificación en los niveles de pH. [5]
El océano y la atmósfera intercambian constantemente cantidades masivas de CO 2. [6] Durante los últimos 800.000 años, la concentración de CO 2 en la atmósfera se ha mantenido entre 172 y 300 partes por millón en volumen (ppmv). [6] Con el aumento de las emisiones antropogénicas de CO 2 , este número ha aumentado a 387 ppmv en 2009. [6] Entre 2000 y 2008, el océano absorbió el 26% del CO 2 antropogénico. [6] El CO 2 es el factor principal que afecta el pH del océano, aunque otros aspectos también pueden desempeñar un papel. [6] Cuando se disuelve en agua, el CO 2 actúa como un ácido débil que afecta principalmente a la química de los carbonatos. [6] El CO 2 disuelto aumenta la concentración de iones bicarbonato (HCO 3 − ) y carbono inorgánico disuelto (C T ), además de reducir los niveles de pH. [6] Al igual que los océanos, los cuerpos de agua dulce también absorben CO 2 atmosférico , lo que reduce el pH del agua. [7] Además del CO 2 , los valores de pH de los embalses de agua dulce se ven alterados por la lluvia ácida, la escorrentía de nutrientes y los contaminantes antropogénicos. [7] El agua dulce absorbe CO 2 mediante el mismo mecanismo que el agua de mar; sin embargo, la alcalinidad del agua dulce es mucho más variable que la del agua de mar, debido a las diferencias en las rocas presentes en la cuenca y a la disminución de las concentraciones de sal. [7] Sin este amortiguador de sal, los cambios de pH en el agua dulce tienden a ser más pronunciados que en el agua del océano. En los sistemas de agua dulce, los iones H + recién liberados no están amortiguados por tantos iones de bicarbonato (HCO 3 − ) como el agua del océano. Por lo tanto, la biota de agua dulce tiende a tener una mayor tolerancia al pH evolutivo que la biota de agua de mar. [7]
El dióxido de carbono reacciona con el agua para formar ácido carbónico , bicarbonato , carbonato y protones ácidos mediante los siguientes equilibrios :
CO 2 (ac) + H 2 O ⇌ H 2 CO 3 ⇌ HCO 3 − + H + ⇌ CO 3 2− + 2 H + [8]
La disociación del ácido carbónico disminuye el pH de la solución. [9] El grado de disociación está controlado por la química general de la solución; en particular, la alcalinidad y la temperatura son factores de control principales. [9] Ha habido un claro aumento de pCO 2 en algunos ecosistemas de agua dulce en el último siglo debido a la influencia antropogénica que está contribuyendo a la acidificación del agua dulce. [6] A menudo es difícil cuantificar el papel del aumento de la pCO 2 ( presión parcial ) en el agua dulce debido a las diversas fuentes de dióxido de carbono y a los numerosos factores que lo afectan, como el paisaje circundante, el clima, los organismos presentes, la calidad del agua. química y procesos biológicos (por ejemplo, fotosíntesis , respiración ). [7] El tipo dominante de carbono inorgánico presente en el agua dulce indica los niveles de pH, ya que hay más CO 3 2- presente en el agua básica y CO 2 libre en el agua ácida. [7] Cuando este último se disuelve en la superficie del agua dulce, reacciona para formar ácido carbónico. [7] Junto con la tendencia general de aumento del CO 2 en la atmósfera que está siendo absorbido por los cuerpos de agua, los niveles de dióxido de carbono fluctúan diaria y estacionalmente. [10]
Otros dos de los principales contribuyentes a la acidificación del agua dulce son los óxidos de azufre y los óxidos nítricos. [11] La quema acelerada de combustibles fósiles durante los últimos dos siglos ha contribuido en gran medida a la acidificación de los ecosistemas de agua dulce. [11] La cooperación internacional y la legislación ambiental han reducido el SO x y el NO x en las últimas décadas, cuando las emisiones de sulfato alcanzaron su punto máximo en la década de 1970, seguidas por las de nitrógeno 10 años después. [11] Los altos niveles de concentración de sulfato en la escorrentía debido al aumento de los aportes de acidez, junto con un aumento en la escorrentía de cationes básicos y una disminución del bicarbonato, crean efectos acidificantes en los sistemas acuáticos. [12] La lluvia ácida se filtra y reacciona con las partículas de arcilla del suelo, lo que provoca la lixiviación de aluminio en cuerpos de agua cercanos. Así, a medida que los niveles de pH disminuyan, los niveles de aluminio aumentarán. [13] Los niveles más altos de aluminio suponen un riesgo de contaminación del agua potable, lo que puede provocar varias enfermedades de salud. [13] Esto crea un ambiente tóxico para las especies marinas y su hábitat que puede conducir a la extinción, reducciones en el tamaño de la población y una disminución general de la biodiversidad. [13] La mayor parte del nitrógeno en su estado natural que se encuentra en los ecosistemas terrestres será utilizado por la vegetación. Sin embargo, en grandes cantidades, no todo puede ser absorbido por la vegetación, por lo que el exceso es arrastrado por la escorrentía en forma de nitrato, contribuyendo a la acidificación de la misma manera que el sulfato. [12]
La capacidad amortiguadora de los ecosistemas les ayuda a resistir los cambios de pH. Cuando esto falta, se puede provocar la acidificación de los depósitos de agua dulce. [14] Por ejemplo, la región atlántica de Canadá tiene las tasas de deposición ácida más bajas en el este de América del Norte, pero tiene las aguas más ácidas del continente. [14] Esto se debe a la baja capacidad amortiguadora del lecho rocoso regional y a la adición de ácidos orgánicos naturales producidos en humedales cercanos. [14] Específicamente, en el suroeste y el este de Nueva Escocia, hay una combinación de alta acidez orgánica, mala capacidad de amortiguación y alta deposición ácida para producir niveles de pH del agua superficial y valores de capacidad de neutralización de ácido (ANC) muy bajos. [14] En la mayor parte de la región atlántica se encuentran lechos rocosos de granito y esquisto, que contienen muy poco material amortiguador. [14] El suelo formado a partir de materiales poco amortiguadores y las aguas que drenan de ellos son, por lo tanto, susceptibles a la acidificación, incluso bajo deposición de baja acidez. [14] El suelo que sufre acidificación puede, a su vez, tener repercusiones negativas en la agricultura. [15] Algunas especies son capaces de soportar niveles bajos de pH en su entorno. Por ejemplo, las ranas y las percas pueden soportar un nivel de pH de 4. [16] Esto permite que estas especies no se vean afectadas por la deposición ácida en su ambiente acuático, lo que les permite sobrevivir en estas condiciones. [16] Sin embargo, la mayoría de las especies acuáticas, como las almejas y los caracoles, no pueden soportar niveles bajos de pH, lo que afecta negativamente su crecimiento y supervivencia. Los altos niveles de ácido deterioran sus gruesos caparazones disminuyendo su protección contra los depredadores. [dieciséis]
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La acidificación de los ecosistemas de agua dulce puede tener importantes efectos negativos. Los cambios en el pH como resultado de la acidificación del agua dulce imponen desafíos fisiológicos a los organismos individuales, pueden disminuir la biodiversidad nativa y alterar por completo la estructura y el funcionamiento del ecosistema. [12] Tanto los macroinvertebrados como los grandes vertebrados son particularmente sensibles a la acidificación, ya que exhiben una mayor mortalidad y menores tasas de reproducción en condiciones acidificadas. [12] Estas especies se ven obligadas a gastar más energía en amortiguar sus condiciones corporales para retener un pH habitable y, por lo tanto, deben limitar el gasto de energía en procesos como la caza, el refugio y la reproducción. [12] Por lo tanto, el desarrollo embrionario y el éxito de las especies también se ven comprometidos en aguas dulces acidificadas. [12]
Por el contrario, las algas prosperan en ambientes acidificados y pueden dominar rápidamente estos hábitats, superando a otras especies. [12] En la mayoría de los depósitos de agua dulce ácida, hay un aumento en el desarrollo de musgos y algas. [12] En particular, es común ver un aumento en la abundancia del esfagno. [12] Sphagnum tiene una alta capacidad de intercambiar H + por cationes básicos dentro del agua dulce. La gruesa capa de sphagnum restringe el intercambio entre el agua superficial y los sedimentos, lo que contribuye aún más a la reducción del ciclo de nutrientes en el ecosistema. [12]
El biomonitoreo acuático se puede utilizar para examinar la salud de los ecosistemas acuáticos mediante la evaluación de la calidad y temperatura del agua.
Existen procesos que pueden remediar la acidificación del agua dulce. El encalado es una de esas prácticas, donde se agrega carbonato de calcio (CaCO 3 ) a estos sistemas. [17] El encalado ayuda a la recuperación química y biológica del agua dulce al aumentar los niveles de pH y esencialmente ayudar a que el hábitat vuelva a una condición similar a la que tenía antes de la acidificación. [17] De lo contrario, la recuperación por sí sola sería muy extensa y tardaría mucho más en lograrse. Cuando se añadió a los ríos, el encalado mostró algunos efectos positivos en la vida silvestre, aumentando la abundancia de peces e invertebrados sensibles a los ácidos. [17] Sin embargo, estos efectos son variables. De hecho, otros ecosistemas mostraron una disminución en la abundancia de invertebrados. [17] Se han desarrollado nuevas tecnologías para reducir las emisiones de óxido de nitrógeno y dióxido de azufre, relacionadas con la lluvia ácida y la acidificación del agua. Estos incluyen cal húmeda, desnitrificación de yeso, desnitrificación por reducción de amoníaco, desulfuración y desnitrificación por irradiación de electrones y desulfuración y desnitrificación química por plasma pulsado. [15]
Una gran disminución de la lluvia ácida y de las masas de agua ácidas en las últimas dos décadas ha sido resultado directo de las regulaciones gubernamentales sobre emisiones antropogénicas, específicamente SO x y NO x . [18] Por ejemplo, el Acuerdo sobre la calidad del aire entre Canadá y Estados Unidos ha reducido considerablemente los niveles de lluvia ácida y ozono en un 78% en Canadá y un 92% en los Estados Unidos, a partir de 2020. [19] Además, invertir en científicos para monitorear y Recopilar datos es esencial para crear un modelo que se utilice para establecer políticas exitosas. [20] Por ejemplo, se puede implementar un protocolo para mitigar el problema. [20] Además, los gobiernos podrían invertir fondos para subsidiar a las empresas a fin de disminuir su contaminación e incentivarlas a utilizar métodos innovadores de producción, para reducir tanto las emisiones de gases de efecto invernadero como la cantidad de sustancias ácidas creadas. Además, las instituciones gubernamentales de todo el mundo pueden conectarse en torno al tema de la acidificación y trabajar juntas para encontrar una solución viable a través de acuerdos internacionales. [15] Algunas implementaciones gubernamentales exitosas incluyen el Programa de Lluvia Ácida [21] establecido en los Estados Unidos en 1995, y el más reciente Protocolo de Gotemburgo, establecido por la Comisión Económica de las Naciones Unidas para Europa (CEPE) para reducir la acidificación. [22]
Otro factor importante a considerar cuando se busca reducir la acidificación del agua dulce son las decisiones que las personas toman para proteger el medio ambiente todos los días. Tener una comprensión básica de los problemas ambientales, como el cambio climático y la lluvia ácida, puede influir en las personas para que actúen de manera diferente al ser más conscientes de estas cuestiones. Seguir un enfoque circular para reducir, reutilizar y reciclar puede reducir el agotamiento de los recursos y la minimización de los desechos, incluida la disminución de la acidez del agua. [23] Además, establecer programas escolares para garantizar que los niños aprendan desde una edad temprana la importancia de la sostenibilidad y la protección del medio ambiente. Además, la práctica de la separación de residuos es fundamental ya que permite descomponer las sustancias químicas que provocan la lluvia ácida. [15] Y, finalmente, ser mucho más conscientes del efecto que las acciones humanas tienen sobre el medio ambiente para proteger mejor el planeta. [15]
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