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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 llegan a las aguas subterráneas . Este tipo de contaminación del agua también puede ocurrir naturalmente debido a la presencia de un constituyente, contaminante o impureza menor y no deseado en el agua subterránea, en cuyo caso es más probable que se la denomine contaminación en lugar de contaminación . La contaminación de las aguas subterráneas puede deberse a sistemas de saneamiento in situ , lixiviados de vertederos , efluentes de plantas de tratamiento de aguas residuales , alcantarillas con fugas, estaciones de servicio de gasolina , fracturación hidráulica (fracking) o aplicación excesiva de fertilizantes en la agricultura . La contaminación (o contaminación) también puede ocurrir a partir de contaminantes naturales, como el arsénico o el fluoruro . [1] El uso de aguas subterráneas contaminadas provoca riesgos para la salud pública debido al 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 propagan el contaminante a un área más amplia. Su límite de avance, a menudo llamado borde de penacho, puede cruzarse con pozos de agua subterránea y agua superficial, 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 pluma, llamado frente de pluma, puede analizarse mediante un modelo de transporte hidrológico o modelo de aguas subterráneas . 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 influyen 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 el agua subterránea y el agua superficial son complejas. Por ejemplo, muchos ríos y lagos se alimentan de aguas subterráneas. Esto significa que los daños a los acuíferos subterráneos, por ejemplo por fracking o extracción excesiva, podrían 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] Los métodos de prevención incluyen: aplicación del principio de precaución , monitoreo de la calidad del agua subterránea, zonificación del terreno para la protección del agua subterránea, ubicación correcta de los sistemas de saneamiento in situ y aplicación de la legislación. Cuando se ha producido contaminación, los enfoques de gestión incluyen el tratamiento del agua en el punto de uso , la remediación del agua subterránea o, como último recurso, el abandono.
Los contaminantes que se encuentran en el agua subterránea cubren una amplia gama de parámetros físicos, químicos inorgánicos, químicos orgánicos, bacteriológicos y radiactivos. Principalmente, muchos de los mismos contaminantes que desempeñan un papel 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 que el arsénico y el fluoruro son 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 metaloide arsénico puede encontrarse naturalmente 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 grave contaminación de las aguas subterráneas por arsénico natural afecta al 25% de los pozos de agua en el acuífero menos profundo de dos acuíferos regionales . El agua subterránea en estas áreas también está contaminada por el uso de pesticidas a base de arsénico . [8]
El arsénico en el agua subterránea también puede estar presente donde hay operaciones mineras o vertederos de desechos mineros que lixiviarán arsénico.
El fluoruro natural en las aguas subterráneas es una preocupación creciente 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 la Pampa argentina , Chile , México , India , Pakistán , el Rift de África Oriental y algunas islas volcánicas ( Tenerife ) [10]
En áreas que tienen altos niveles naturales de fluoruro en el agua subterránea que se utiliza para beber, la fluorosis tanto dental como esquelética puede ser prevalente y grave. [11]
La falta de medidas sanitarias adecuadas, así como pozos mal colocados , pueden provocar que se beba agua contaminada con patógenos transportados en heces y orina . Estas enfermedades de transmisión fecal-oral incluyen la fiebre tifoidea , el cólera y la diarrea . [12] [13] De los cuatro tipos de patógenos que están presentes en las heces ( bacterias , virus , protozoos y helmintos o huevos de helmintos), los primeros tres se pueden encontrar comúnmente en aguas subterráneas contaminadas, mientras que los huevos de helmintos relativamente grandes generalmente se filtran. por la matriz del suelo.
Los acuíferos profundos y confinados suelen considerarse la fuente más segura de agua potable con respecto 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 causa importantes problemas de salud. También es estable (no se degrada) en condiciones de alto contenido de oxígeno. [4]
Los niveles elevados de nitrato en las aguas subterráneas pueden deberse al saneamiento in situ, la eliminación de lodos de depuradora y las actividades agrícolas. [17] Por tanto, puede tener un origen urbano o agrícola. [10]
Los niveles de nitrato superiores a 10 mg/L (10 ppm) en el agua subterránea 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 nitrato en el agua potable. [22]
Los compuestos orgánicos volátiles (COV) son un contaminante peligroso del agua subterránea. Generalmente son introducidos al medio ambiente a través de prácticas industriales descuidadas. No se supo que muchos de estos compuestos fueran dañinos hasta finales de la década de 1960 y pasó algún tiempo antes de que las pruebas periódicas del agua subterránea identificaran estas sustancias en las fuentes de agua potable.
Los contaminantes primarios de COV que se encuentran en las aguas subterráneas incluyen hidrocarburos aromáticos como los compuestos BTEX ( benceno , tolueno , etilbenceno y xilenos ) y disolventes clorados como el tetracloroetileno (PCE), el tricloroetileno (TCE) y el cloruro de vinilo (VC). BTEX son componentes importantes de la gasolina . PCE y TCE son disolventes industriales utilizados en procesos de limpieza en seco y como desengrasante de metales, respectivamente.
Otros contaminantes orgánicos presentes en las aguas subterráneas y derivados de operaciones industriales son los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP). Debido a su peso molecular, la 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 generalmente se producen como subproductos de la combustión incompleta de materia orgánica.
Los contaminantes orgánicos también se pueden encontrar 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 tanto, algunos tipos de plaguicidas son más móviles que otros, por lo que pueden llegar más fácilmente a una fuente de agua potable. [9]
Varios metales traza se encuentran naturalmente en ciertas formaciones rocosas y pueden ingresar al medio ambiente a través 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 provocar concentraciones elevadas de metales tóxicos, incluidos plomo , cadmio y cromo . Estos contaminantes tienen el potencial de llegar al agua subterránea. [17]
La migración de metales (y metaloides) en las aguas subterráneas se verá afectada por varios factores, en particular por reacciones químicas que determinan la partición de los contaminantes entre diferentes fases y especies. Por tanto, la movilidad de los metales depende principalmente del pH y del estado redox del agua subterránea. [9]
Trazas de productos farmacéuticos provenientes de aguas residuales tratadas que se infiltran en el acuífero se encuentran entre los contaminantes emergentes del agua subterránea que se están estudiando en todo Estados Unidos. [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 instalación de tratamiento y, a menudo, llegan al acuífero o fuente de agua superficial utilizada para beber.
Las trazas de productos farmacéuticos tanto en las aguas subterráneas como en las 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 cosméticos y de higiene personal , contaminación por drogas que involucran medicamentos farmacéuticos y sus metabolitos. Los contaminantes inorgánicos pueden incluir otros nutrientes como el amoníaco y el 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 ve intensificada por las actividades humanas.
La contaminación de las aguas subterráneas es un problema mundial. Un estudio sobre la calidad del agua subterránea de los principales acuíferos de Estados Unidos realizado entre 1991 y 2004 mostró que el 23% de los pozos domésticos tenían contaminantes en niveles superiores a los parámetros 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) contaminación ácida. drenaje de mina. [27]
Las causas de la contaminación del agua subterránea incluyen (más detalles a continuación):
"Geogénico" se refiere a los que ocurren naturalmente como resultado de procesos geológicos.
La contaminación natural por arsénico se produce porque los sedimentos del acuífero contienen materia orgánica que genera condiciones anaeróbicas en el acuífero. Estas condiciones resultan en la disolución microbiana de los óxidos de hierro en el sedimento y, por tanto, la liberación del arsénico , normalmente fuertemente unido a los óxidos de hierro, en el agua. Como consecuencia, el agua subterránea rica en arsénico suele ser rica en hierro, aunque los procesos secundarios a menudo oscurecen la asociación entre el arsénico y el hierro disueltos. [ cita necesaria ] . El arsénico se encuentra en el agua subterránea más comúnmente como arsenito de especie reducida y arseniato de especie oxidada, siendo la toxicidad aguda del arsenito algo mayor que la del arseniato. [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 aparición de fluoruro está estrechamente relacionada con la abundancia y solubilidad de los minerales que contienen fluoruro, como la fluorita (CaF 2 ) . [28] Las concentraciones considerablemente altas de fluoruro en el agua subterránea generalmente son causadas por una falta de calcio en el acuífero. [4] Pueden ocurrir problemas de salud asociados con la fluorosis dental cuando las concentraciones de fluoruro en el agua subterránea exceden 1,5 mg/L, que es el valor guía de la OMS desde 1984. [4]
El Instituto Federal Suizo de Ciencia y Tecnología Acuáticas (EAWAG) ha desarrollado recientemente la Plataforma interactiva de evaluación de aguas subterráneas (GAP), donde se puede estimar el riesgo geogénico de contaminación en un área determinada utilizando datos geológicos, topográficos y otros datos ambientales sin tener que analizar muestras. de cada recurso de agua subterránea. Esta herramienta también permite al usuario producir mapas de probabilidad de riesgo tanto para el arsénico como para el fluoruro. [29]
Las altas concentraciones de parámetros como la salinidad, el hierro, el manganeso, el uranio, el radón y el 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 fluoruro. [28]
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La contaminación de las aguas subterráneas con patógenos y nitratos también puede ocurrir debido a los líquidos que se infiltran en el suelo desde los 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 patógenos son bastante complejos y la interacción entre ellos no se comprende bien. [4] Si se ignoran las condiciones hidrogeológicas locales (que pueden variar en un espacio de unos pocos kilómetros cuadrados), las sencillas infraestructuras de saneamiento in situ, como las letrinas de pozo, pueden causar importantes riesgos para la salud pública a través de aguas subterráneas contaminadas.
Los líquidos se lixivian del pozo y pasan a la zona del suelo no saturado (que no está completamente llena de agua). Posteriormente, estos líquidos del pozo ingresan al agua subterránea, donde pueden provocar su contaminación. Esto es un problema si se utiliza un pozo de agua cercano para suministrar agua subterránea con fines de agua potable . Durante el paso por el suelo, los patógenos pueden morir o ser absorbidos significativamente, dependiendo principalmente del tiempo de viaje entre el pozo y el pozo. [30] La mayoría, pero no todos, los patógenos mueren dentro de los 50 días posteriores a su viaje a través del subsuelo. [31]
El grado de eliminación de patógenos varía mucho 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 fuertes lluvias, proporcionando 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, las recomendaciones sobre la distancia de seguridad son en su mayoría ignoradas por quienes construyen letrinas de pozo. Además, las parcelas familiares son de 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 puede considerarse seguro. Esto provoca la contaminación de las aguas subterráneas y que los miembros de los hogares se enfermen cuando utilizan estas aguas subterráneas como fuente de agua potable.
La contaminación de las aguas subterráneas puede ser causada por vertidos de desechos no tratados que provocan enfermedades como lesiones cutáneas, diarrea con sangre y dermatitis. Esto es más común en lugares que tienen una infraestructura limitada de tratamiento de aguas residuales o donde hay fallas sistemáticas en el sistema de eliminación de aguas residuales del sitio. [32] Junto con los patógenos y los nutrientes, las aguas residuales no tratadas también pueden tener una carga importante de metales pesados que pueden filtrarse en el sistema de aguas subterráneas.
El efluente tratado de las plantas de tratamiento de aguas residuales también puede llegar al acuífero si se infiltra o se descarga en cuerpos de agua superficiales locales. Por lo tanto, aquellas sustancias que no se eliminan en las depuradoras convencionales pueden llegar también al agua subterránea. [33] Por ejemplo, las concentraciones detectadas de residuos farmacéuticos en aguas subterráneas fueron del orden de 50 mg/L en varios lugares de Alemania. [34] Esto se debe a que en las plantas de tratamiento de aguas residuales convencionales, los microcontaminantes como hormonas , residuos farmacéuticos y otros microcontaminantes contenidos en la orina y las heces sólo se eliminan parcialmente y el resto se vierte en las aguas superficiales, desde donde también puede llegar a el agua subterránea.
La contaminación de las aguas subterráneas también puede deberse a 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 llegar al agua subterránea mediante el uso excesivo de fertilizantes, incluido el esparcimiento de estiércol . Esto se debe a que sólo una fracción de los fertilizantes a base de nitrógeno se convierte en productos agrícolas y otra materia vegetal. 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 aumento de la escorrentía hacia las aguas superficiales , así como a la lixiviación hacia las aguas subterráneas, causando así contaminación de las aguas subterráneas. [38] El uso excesivo de fertilizantes que contienen nitrógeno (ya sean sintéticos o naturales) es particularmente perjudicial, 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, contenidos en los fertilizantes pueden causar problemas a los hábitats naturales y a la salud humana si son arrastrados del suelo a cursos de agua o lixiviados a través del suelo hacia 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/corrales para animales también pueden provocar 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.
La Agencia de Protección Ambiental de 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 una gobernanza adecuadas. [10] [41]
El escurrimiento de pesticidas puede filtrarse al agua subterránea y causar problemas de salud humana debido a pozos de agua contaminados. [4] Las concentraciones de pesticidas que se encuentran en las aguas subterráneas suelen ser bajas y, a menudo, los límites regulatorios basados en la salud humana que se exceden también son muy bajos. [4] El insecticida organofosforado monocrotofos (MCP) parece ser uno de los pocos pesticidas peligrosos, persistentes, solubles y móviles (no se une a los minerales del suelo) capaces de llegar a una fuente de agua potable. [42] En general, se están detectando más compuestos pesticidas a medida que los programas de monitoreo de la calidad del agua subterránea se han vuelto más extensos; sin embargo, en los países en desarrollo se ha realizado mucho menos seguimiento debido a los altos costos de análisis. [4]
Se ha encontrado una amplia variedad de contaminantes orgánicos e inorgánicos en los acuíferos subyacentes a actividades comerciales e industriales.
Las instalaciones de extracción de minerales y procesamiento de metales son las principales responsables de la presencia de metales en las aguas subterráneas de origen antropogénico, incluido el arsénico. El bajo pH asociado con el drenaje ácido de minas (AMD) contribuye a la solubilidad de metales potencialmente tóxicos que eventualmente pueden ingresar al sistema de aguas subterráneas.
Existe una creciente preocupación por la contaminación de las aguas subterráneas por la gasolina que se escapa de los tanques de almacenamiento subterráneos de petróleo (UST) de las gasolineras . [4] Los compuestos BTEX son los aditivos más comunes de la gasolina. Los compuestos BTEX, incluido el benceno, tienen densidades inferiores a las del agua (1 g/ml). De manera similar a los derrames de petróleo en el mar, la fase no miscible, denominada fase líquida ligera no acuosa (LNAPL) , "flotará" sobre el nivel freático del acuífero. [4]
Los solventes clorados se utilizan en casi cualquier práctica industrial donde se requieren removedores desengrasantes. [4] El PCE es un disolvente muy utilizado en la industria de la limpieza en seco debido a su eficacia de limpieza y su costo relativamente bajo. También se ha utilizado para operaciones de desengrase de metales. Debido a que es altamente volátil, se encuentra con mayor frecuencia en aguas subterráneas que en aguas superficiales. [43] [ ¿ fuente poco confiable? ] El TCE se ha utilizado históricamente para limpiar metales. La instalación militar Anniston Army Depot (ANAD) en los Estados Unidos fue incluida en la Lista de Prioridades Nacionales (NPL) del Superfund de la EPA debido a la contaminación del agua subterránea 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 muchos tipos de solventes también se hayan eliminado ilegalmente, filtrándose con el tiempo al sistema de aguas subterráneas. [4]
Los disolventes clorados como PCE y TCE tienen densidades superiores a las del agua y la fase no miscible se conoce como líquidos densos en fase no acuosa (DNAPL) . [4] Una vez que alcancen el 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 en el medio ambiente, lo que afecta los recursos de agua subterránea. [46] El PCP es un plaguicida obsoleto altamente soluble y tóxico incluido recientemente en el Convenio de Estocolmo sobre contaminantes orgánicos persistentes . Los HAP y otros semiCOV son los contaminantes comunes asociados con la creosota.
Aunque no son miscibles, tanto los LNAPL como los DNAPL todavía tienen el potencial de disolverse lentamente en la fase acuosa (miscible) para crear una columna y así convertirse en una fuente de contaminación a largo plazo. Los DNAPL (disolventes clorados, HAP pesados, creosota, PCB ) tienden a ser difíciles de gestionar ya que pueden residir a gran profundidad en el sistema de aguas subterráneas. [4]
El reciente crecimiento de los pozos de fracturación hidráulica ("Fracking") en los Estados Unidos ha generado preocupación sobre sus riesgos potenciales de contaminación de los recursos de aguas subterráneas. [47] Se ha delegado a la EPA, junto con muchos otros investigadores, la tarea de estudiar la relación entre la fracturación hidráulica y los recursos de agua potable. [48] Si bien es posible realizar fracturación hidráulica sin tener un impacto relevante en los recursos de agua subterránea si se implementan controles estrictos y medidas de gestión de calidad, hay una serie de casos en los que se observó contaminación del agua subterránea debido a un manejo inadecuado o fallas técnicas. [ cita necesaria ]
Si bien la EPA no ha encontrado evidencia significativa de un impacto generalizado y sistemático en el agua potable debido a la fracturación hidráulica , esto puede deberse a la insuficiencia 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 excluir el vínculo entre la extracción de petróleo de arenas compactas y gas de esquisto y su impacto. [49]
A pesar de la falta de evidencia profunda y generalizada de la EPA, otros investigadores han realizado observaciones significativas del aumento de la contaminación del agua subterránea 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 consistentemente niveles de concentración de metano , etano y propano más altos de lo normal. Una evaluación de una 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 carcasas de pozos de gas con fugas, fallas o instaladas incorrectamente. [52]
Además, se teoriza que la contaminación también podría resultar de la migración capilar de agua hipersalina residual profunda y fluido de fracturación hidráulica, que fluye lentamente a través de fallas y fracturas hasta finalmente hacer contacto con los recursos de agua subterránea ; [52] Sin embargo, muchos investigadores sostienen que la permeabilidad de las rocas que recubren las formaciones de esquisto es demasiado baja para permitir que esto suceda lo suficiente. [53] Para probar en última instancia esta teoría, tendría que haber rastros de trihalometanos tóxicos (THM), ya que a menudo están asociados con la presencia de contaminación por gases perdidos y, por lo general, coexisten con altas concentraciones de halógeno en aguas hipersalinas. [53] Además, las aguas altamente salinas son una característica natural común en los sistemas de aguas subterráneas profundas.
Si bien las conclusiones sobre la contaminación del agua subterránea 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 perdido depende principalmente de la integridad de la estructura del pozo de petróleo y gas de esquisto, junto con su relativa ubicación geológica hasta sistemas de fracturas locales que potencialmente podrían proporcionar rutas de flujo para la migración de gases fugitivos. [52] [53]
Aunque la contaminación generalizada y sistemática por fracturación hidráulica ha sido fuertemente cuestionada, una de las principales fuentes de contaminación que tiene mayor consenso entre los investigadores de ser la más problemática es el derrame accidental de fluido de fracturación hidráulica y agua producida en un sitio específico . Hasta ahora, una mayoría significativa de los eventos de contaminación de aguas subterráneas se derivan de rutas antropogénicas a nivel de la superficie y no del flujo subterráneo de 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 sobre los derrames de petróleo del fracking continúa dejando a los investigadores en la oscuridad. En muchos de estos eventos, los datos adquiridos sobre la fuga o el derrame suelen ser muy vagos y, por lo tanto, llevarían a los investigadores a conclusiones inexactas. [55]
Investigadores del Instituto Federal de Geociencias y Recursos Naturales (BGR) llevaron a cabo un estudio modelo de una formación profunda de gas de esquisto en la cuenca del norte de Alemania. Concluyeron que la probabilidad de que el ascenso de los fluidos de fracking a través del subsuelo geológico hasta la superficie afecte 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 al agua subterránea a través de la precipitación y la escorrentía. Los nuevos vertederos deben estar revestidos con arcilla u otro material sintético, junto con lixiviados para proteger el agua subterránea circundante. 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 aún pueden representar una amenaza para las aguas subterráneas si no están cubiertos por un material impermeable antes del cierre para evitar fugas de contaminantes. [57]
Love Canal fue uno de los ejemplos más conocidos de contaminación de las aguas subterráneas. En 1978, los residentes del barrio Love Canal en el norte del estado de Nueva York notaron altas tasas de cáncer y un número alarmante de defectos de nacimiento . Finalmente, esto se atribuyó a solventes orgánicos y dioxinas de un vertedero industrial alrededor del cual se había construido el vecindario, que luego se infiltraron en el suministro de agua y se evaporaron en los sótanos para contaminar aún más el aire. Ochocientas familias recibieron un reembolso por sus viviendas y se mudaron, después de extensas batallas legales y cobertura mediática.
Los datos satelitales en el delta del Mekong en Vietnam han proporcionado evidencia de que el bombeo excesivo de aguas subterráneas provoca hundimientos de la tierra , así como la consiguiente liberación de arsénico y posiblemente otros metales pesados. [58] El arsénico se encuentra en los estratos arcillosos debido a su alta relación superficie-volumen en relación con las partículas del tamaño de 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 gradiente vertical elevado 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 químicos de operaciones comerciales o industriales, derrames químicos que ocurren durante el transporte (por ejemplo, derrames de combustible diesel ), vertidos ilegales de desechos , infiltración de escorrentías urbanas o de operaciones mineras , sales en las carreteras , productos químicos para descongelar 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 mediante la infiltración de arsénico. Los herbicidas contribuyen a la desorción del arsénico mediante la movilización y el transporte del contaminante. Los herbicidas clorados presentan un menor impacto en la desorción de arsénico que los herbicidas de tipo fosfato. 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 puede suponer un riesgo de contaminación de las aguas subterráneas. [62]
El paso del agua a través del subsuelo puede proporcionar una barrera natural fiable contra la contaminación, pero sólo funciona en condiciones favorables. [12]
La estratigrafía de la zona juega un papel importante en el transporte de contaminantes. Un área puede tener capas de suelo arenoso, lecho rocoso fracturado, arcilla o capa dura. Las áreas de topografía kárstica sobre lechos de piedra caliza son a veces vulnerables a la contaminación superficial procedente de aguas subterráneas. Las fallas sísmicas también pueden ser rutas de entrada de contaminantes hacia abajo. Las condiciones del nivel freático son de gran importancia para el suministro de agua potable, el riego agrícola, la eliminación de desechos (incluidos los desechos nucleares), el hábitat de la vida silvestre y otras cuestiones ecológicas. [63]
Muchas sustancias químicas sufren desintegración reactiva o cambios químicos, especialmente durante largos períodos de tiempo en depósitos de agua subterránea . Una clase digna de mención de estos productos químicos son los hidrocarburos clorados como el tricloroetileno (utilizado en el desengrasado de metales industriales y en 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 interrelacionadas, las aguas superficiales y subterráneas a menudo se han estudiado y gestionado como recursos separados. [65] Las interacciones entre las aguas subterráneas y las aguas superficiales son complejas. El agua superficial se filtra a través del suelo y se convierte en agua subterránea. Por el contrario, las aguas subterráneas también pueden alimentar fuentes de agua superficiales. Por ejemplo, muchos ríos y lagos se alimentan de aguas subterráneas. Esto significa que los daños a los acuíferos subterráneos, por ejemplo por fracking o extracción excesiva, podrían 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 una liberación continua de contaminantes químicos o radionúclidos en el suelo (ubicado lejos de un cuerpo de agua superficial) puede no crear contaminación de fuente puntual o difusa, pero puede contaminar el acuífero que se encuentra debajo, creando una columna tóxica . El movimiento de la pluma puede analizarse mediante un modelo de transporte hidrológico o modelo de aguas subterráneas .
El principio de precaución , desarrollado a partir 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 existan amenazas de daños irreversibles, la falta de certeza científica absoluta no deberá utilizarse como razón para posponer medidas rentables para prevenir la degradación ambiental ". [66]
Uno de los seis principios básicos de la política hídrica 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 del agua subterránea. Son componentes importantes para comprender el sistema hidrogeológico y para el desarrollo de modelos conceptuales y mapas de vulnerabilidad de acuíferos. [68]
La calidad del agua subterránea debe monitorearse periódicamente en todo el acuífero para determinar las tendencias. El monitoreo efectivo de las aguas subterráneas debe estar impulsado por un objetivo específico, por ejemplo, un contaminante específico de preocupación. [9] Los niveles de contaminantes se pueden comparar 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 el seguimiento a largo plazo. Cuando se encuentra 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 monitoreo (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 generar mapas de peligros para sustancias tóxicas geogénicas en las aguas subterráneas. [70] [71] [72] Esto proporciona una manera eficiente de determinar qué pozos deben probarse.
Varias autoridades hídricas a diferentes escalas en todo el mundo han implementado el desarrollo de mapas de zonificación del uso de la tierra. Hay 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 acuíferos. [68] Los acuíferos poco profundos y libres corren mayor riesgo de contaminación porque hay menos capas para filtrar los contaminantes. [9]
La zona no saturada puede desempeñar un papel importante en el retardo (y en algunos casos en la eliminación) de patógenos y, por lo tanto, debe tenerse en cuenta al evaluar la vulnerabilidad de los acuíferos. [4] La actividad biológica es mayor en las capas superiores del suelo, donde la atenuación de los patógenos es generalmente más efectiva. [4]
La preparación de mapas de vulnerabilidad normalmente implica la superposición de varios mapas temáticos de factores físicos que han sido seleccionados para describir la vulnerabilidad del acuífero. [68] El método de mapeo paramétrico basado en índices GOD desarrollado por Foster e Hirata (1988) utiliza tres parámetros generalmente disponibles o fácilmente estimados: el grado de confinamiento hidráulico del agua subterránea, la naturaleza geológica de los estratos suprayacentes y la profundidad del agua subterránea. [68] [73] [74] Otro enfoque desarrollado por la EPA, un sistema de clasificación llamado "DRASTIC", emplea siete factores hidrogeológicos para desarrollar un índice de vulnerabilidad: Profundidad hasta el nivel freático, Recarga neta , Medio acuífero , S Medios petrolíferos, Topografía (pendiente), Impacto en la zona vadosa y Conductividad hidráulica . [68] [75]
Existe un debate particular entre los hidrogeólogos sobre si la vulnerabilidad de los acuíferos debe establecerse de manera general (intrínseca) para todos los contaminantes, o específicamente para cada contaminante. [68]
Se refiere a las áreas de captura alrededor de una fuente individual de agua subterránea, como un pozo de agua o un manantial, para protegerlas especialmente de la contaminación. Por lo tanto, las fuentes potenciales de contaminantes degradables, tales como patógenos, pueden ubicarse a distancias cuyos tiempos de viaje a lo largo de las trayectorias de flujo sean lo suficientemente largos 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] La WHPA es un programa semianalítico de simulación de flujo de agua subterránea 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 se excluyen las actividades dentro de una distancia especificada aplicada uniformemente alrededor de los puntos de extracción. [76]
Como los efectos sobre la salud de la mayoría de las sustancias químicas tóxicas surgen después de una exposición prolongada, el riesgo para la salud de las sustancias químicas es generalmente menor que el de 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 que se produzca la contaminación de las aguas subterráneas a causa de 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 en el sitio: [12]
Como pauta muy general, se recomienda que el fondo del pozo esté al menos a 2 m sobre el 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 sobre las distancias mínimas de separación lateral requeridas para evitar la contaminación de un pozo por 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 de suministro o manantial en pendiente descendente, mientras que una distancia de separación lateral de 10 m es completamente suficiente si hay una capa de cobertura de arcilla bien desarrollada y la capa anular. El espacio del pozo de agua subterránea está bien sellado.
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 Recuperación y Conservación de Recursos protege las aguas subterráneas regulando la eliminación de desechos sólidos y desechos peligrosos , y la Ley de Respuesta, Compensación y Responsabilidad Ambiental Integral , también conocida como "Superfund", exige la remediación de desechos peligrosos abandonados. sitios de desechos. [80] [81]
Las opciones para la remediación de aguas subterráneas contaminadas se pueden agrupar en las siguientes categorías:
Se pueden utilizar dispositivos portátiles de purificación de agua o sistemas de tratamiento de agua de "punto de uso" (POU) y técnicas de desinfección de agua de campo para eliminar algunas formas de contaminación del agua subterránea antes de beberla, es decir, cualquier contaminación fecal. Se encuentran disponibles muchos sistemas comerciales portátiles de purificación de agua o aditivos químicos que pueden eliminar patógenos, cloro, mal sabor, olores y metales pesados como plomo y 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, filtros de agua caseros.
Los filtros de eliminación de arsénico (ARF) son tecnologías dedicadas que normalmente se instalan para eliminar el arsénico. Muchas de estas tecnologías requieren una inversión de capital y un mantenimiento a largo plazo. Los usuarios suelen abandonar los filtros en Bangladesh debido a su alto costo y su complicado mantenimiento, que también es bastante costoso.
La contaminación de las aguas subterráneas es mucho más difícil de reducir que la contaminación superficial porque las aguas subterráneas pueden desplazarse grandes distancias a través de acuíferos invisibles . Los acuíferos no porosos, como las arcillas, purifican parcialmente el agua de bacterias mediante 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 dolinas naturales como vertederos en zonas de topografía kárstica . [84]
Los contaminantes y los contaminantes se pueden eliminar del agua subterránea mediante la aplicación de diversas 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 membrana , intercambio iónico , absorción de carbono, oxidación química acuosa y recuperación mejorada con tensioactivos. Algunas técnicas químicas pueden implementarse utilizando nanomateriales . Las técnicas de tratamiento físico incluyen, entre otras, bombeo y tratamiento, rociado de aire y extracción de doble fase.
Si el tratamiento o la remediación del agua subterránea contaminada se considera demasiado difícil o costoso, entonces la única otra opción es abandonar el uso del agua subterránea de este acuífero y encontrar una fuente alternativa de agua.
Las zonas periurbanas de Lusaka, la capital de Zambia, tienen condiciones del 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 procedente de letrinas de pozo es un importante problema de salud pública. amenaza allí. [85]
En Tanzania, muchos residentes dependen de fuentes de agua subterránea, principalmente de pozos poco profundos in situ, para beber y otros fines domésticos. El costo del suministro oficial de agua ha hecho que muchos hogares dependan de pozos privados en lugar de las instalaciones urbanas de agua y saneamiento de Babati. El consumo de agua procedente de fuentes temporales de calidad desconocida (principalmente pozos poco profundos) ha provocado que un gran número de personas padezcan enfermedades transmitidas por el agua. En Tanzania, se informa que 23.900 niños menores de cinco años mueren cada año a causa de disentería y diarrea asociadas al consumo de agua contaminada. [86]
La cuenca del río Ganges (GRB) , que es una masa de agua sagrada para los hindúes, se enfrenta a una grave contaminación por arsénico . India cubre el 79% de los PSG y, por tanto, numerosos estados se han visto afectados. Los estados afectados 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 el agua subterránea, ~1000 µg/L en el agua de riego y hasta 3947 µg/kg en los materiales alimentarios, todos los cuales exceden el estándar de riego de la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura. agua y las normas 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 procedido a promover el desarrollo del saneamiento para combatir el aumento de la contaminación de las aguas subterráneas en varias regiones del país. El esfuerzo ha demostrado dar resultados y ha disminuido la contaminación de las aguas subterráneas y ha disminuido las posibilidades de enfermedad para las madres y los niños que se vieron principalmente afectados por este problema. Esto era algo muy necesario ya que, según el estudio, más de 117.000 niños menores de cinco años mueren cada año por consumir agua contaminada. El esfuerzo del país ha tenido éxito en las secciones más desarrolladas económicamente del país. [88]
La ciudad de Hinkley, California (EE.UU.), vio sus aguas subterráneas contaminadas con cromo hexavalente a partir de 1952, lo que dio lugar a un proceso judicial contra Pacific Gas & Electric (PG&E) y a un acuerdo multimillonario en 1996. El caso legal fue dramatizado en el 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 se ha enfrentado a un intenso bombeo que ha provocado que el suelo debajo de San Joaquín se hunda y, a su vez, dañe la infraestructura. Este bombeo intensivo a las aguas subterráneas ha permitido que el arsénico se traslade a los acuíferos subterráneos que suministran agua potable a al menos un millón de residentes y se utilizan para el riego de cultivos en algunas de las tierras agrícolas más ricas de Estados Unidos. Los acuíferos están formados por arena y grava separadas por finas capas 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 provoca que la arcilla libere arsénico. Un estudio muestra que los acuíferos contaminados como resultado de un exceso de bombeo pueden recuperarse si se detiene la extracción. [89]
La ciudad de Norco, California, se vio afectada por la contaminación del agua subterránea 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 Norco . Se detectaron niveles de tricloroetileno hasta 128 veces superiores al límite seguro del estado para el agua potable y se encontró hidracina en 2 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 Walkerton E. Coli . El suministro de agua procedente de aguas subterráneas se contaminó con la cepa altamente peligrosa O157:H7 de la bacteria E. coli . [91] Esta contaminación se debió al escurrimiento de la granja hacia un pozo de agua adyacente que era vulnerable a la contaminación del agua subterránea.
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