El monitoreo ambiental describe los procesos y actividades que deben llevarse a cabo para caracterizar y monitorear la calidad del medio ambiente. El monitoreo ambiental se utiliza en la preparación de evaluaciones de impacto ambiental , así como en muchas circunstancias en las que las actividades humanas conllevan un riesgo de efectos nocivos sobre el medio ambiente natural . Todas las estrategias y programas de monitoreo tienen razones y justificaciones que a menudo están diseñadas para establecer el estado actual de un medio ambiente o establecer tendencias en los parámetros ambientales. En todos los casos, los resultados del seguimiento serán revisados, analizados estadísticamente y publicados. Por lo tanto, el diseño de un programa de seguimiento debe tener en cuenta el uso final de los datos antes de que comience el seguimiento.
El monitoreo ambiental incluye el monitoreo de la calidad del aire , los suelos y la calidad del agua .
Los contaminantes del aire son sustancias atmosféricas, tanto naturales como antropogénicas , que potencialmente pueden tener un impacto negativo en el medio ambiente y la salud de los organismos . Con la evolución de nuevos productos químicos y procesos industriales ha llegado la introducción o elevación de contaminantes en la atmósfera, así como la investigación y regulaciones ambientales, lo que ha aumentado la demanda de monitoreo de la calidad del aire. [1]
Implementar el monitoreo de la calidad del aire es un desafío, ya que requiere la integración efectiva de múltiples fuentes de datos ambientales, que a menudo provienen de diferentes redes e instituciones ambientales. [2] Estos desafíos requieren equipos y herramientas de observación especializados para establecer concentraciones de contaminantes del aire, incluidas redes de sensores, modelos de sistemas de información geográfica (SIG) y el Servicio de Observación de Sensores (SOS), un servicio web para consultar datos de sensores en tiempo real. [2] Los modelos de dispersión del aire que combinan datos topográficos, de emisiones y meteorológicos para predecir las concentraciones de contaminantes del aire suelen ser útiles para interpretar los datos de monitoreo del aire. Además, la consideración de los datos del anemómetro en el área entre las fuentes y el monitor a menudo proporciona información sobre la fuente de los contaminantes del aire registrados por un monitor de contaminación del aire.
Los monitores de calidad del aire son operados por ciudadanos, [3] [4] [5] agencias reguladoras, [6] [7] organizaciones no gubernamentales [8] e investigadores [9] para investigar la calidad del aire y los efectos de la contaminación del aire. La interpretación de los datos de monitoreo del aire ambiente a menudo implica una consideración de la representatividad espacial y temporal [10] de los datos recopilados y los efectos en la salud asociados con la exposición a los niveles monitoreados. [11] Si la interpretación revela concentraciones de múltiples compuestos químicos, del análisis de los datos puede surgir una "huella química" única de una fuente particular de contaminación del aire. [12]
El muestreo de aire pasivo o "difusivo" depende de las condiciones meteorológicas, como el viento, para difundir los contaminantes del aire a un medio absorbente . Los muestreadores pasivos, como los tubos de difusión , tienen la ventaja de ser pequeños, silenciosos y fáciles de implementar, y son particularmente útiles en estudios de calidad del aire que determinan áreas clave para un monitoreo continuo futuro. [13]
La contaminación del aire también se puede evaluar mediante biomonitoreo con organismos que bioacumulan contaminantes del aire, como líquenes , musgos, hongos y otra biomasa. [14] [15] Uno de los beneficios de este tipo de muestreo es cómo se puede obtener información cuantitativa a través de mediciones de compuestos acumulados, representativos del entorno del que provienen. Sin embargo, se deben hacer consideraciones cuidadosas al elegir el organismo en particular, cómo se dispersa y la relevancia para el contaminante. [15]
Otros métodos de muestreo incluyen el uso de un denudador, [16] [17] dispositivos de captura de agujas y técnicas de microextracción . [18]
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El monitoreo del suelo implica la recolección y/o análisis del suelo y su calidad , constituyentes y estado físico asociados para determinar o garantizar su idoneidad para el uso. El suelo enfrenta muchas amenazas, incluida la compactación , la contaminación , la pérdida de materia orgánica , la pérdida de biodiversidad , los problemas de estabilidad de las pendientes , la erosión , la salinización y la acidificación . El monitoreo del suelo ayuda a caracterizar estas amenazas y otros riesgos potenciales para el suelo, el medio ambiente circundante, la salud animal y la salud humana. [19]
Evaluar estas amenazas y otros riesgos para el suelo puede ser un desafío debido a una variedad de factores, incluida la heterogeneidad y complejidad del suelo, la escasez de datos sobre toxicidad , la falta de comprensión del destino de un contaminante y la variabilidad en los niveles de detección del suelo. [19] Esto requiere un enfoque de evaluación de riesgos y técnicas de análisis que prioricen la protección ambiental, la reducción de riesgos y, si es necesario, métodos de remediación. [19] El seguimiento del suelo desempeña un papel importante en esa evaluación de riesgos, no sólo ayudando a identificar las zonas afectadas y en riesgo, sino también a establecer valores básicos de referencia del suelo. [19]
Históricamente, el monitoreo del suelo se ha centrado en condiciones y contaminantes más clásicos, incluidos elementos tóxicos (por ejemplo, mercurio , plomo y arsénico ) y contaminantes orgánicos persistentes (COP). [19] Sin embargo, históricamente, las pruebas para estos y otros aspectos del suelo han tenido su propio conjunto de desafíos, ya que el muestreo en la mayoría de los casos es de naturaleza destructiva y requiere múltiples muestras a lo largo del tiempo. Además, pueden introducirse errores de procedimiento y análisis debido a la variabilidad entre las referencias y los métodos, especialmente a lo largo del tiempo. [20] Sin embargo, a medida que las técnicas analíticas evolucionen y se difundan nuevos conocimientos sobre los procesos ecológicos y los efectos de los contaminantes, el enfoque del seguimiento probablemente se ampliará con el tiempo y la calidad del seguimiento seguirá mejorando. [19]
Los dos tipos principales de muestreo de suelo son el muestreo aleatorio y el muestreo compuesto. El muestreo aleatorio implica la recolección de una muestra individual en un momento y lugar específicos, mientras que el muestreo compuesto implica la recolección de una mezcla homogeneizada de múltiples muestras individuales en un lugar específico en diferentes momentos o en múltiples ubicaciones en un momento específico. [21] El muestreo del suelo puede ocurrir tanto en niveles de suelo poco profundos como en lo profundo del suelo, y los métodos de recolección varían según el nivel en el que se recolecta. En terrenos poco profundos se utilizan palas, barrenas, sacatestigos y muestreadores de tubos sólidos, y otras herramientas, mientras que en terrenos profundos se pueden utilizar métodos de tubos divididos, de tubos sólidos o hidráulicos. [22]
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El monitoreo de la contaminación del suelo ayuda a los investigadores a identificar patrones y tendencias en la deposición, el movimiento y el efecto de los contaminantes. Las presiones de origen humano, como el turismo, la actividad industrial, la expansión urbana , los trabajos de construcción y las prácticas agrícolas/forestales inadecuadas, pueden contribuir y empeorar la contaminación del suelo y hacer que el suelo se vuelva inadecuado para el uso previsto. Tanto los contaminantes orgánicos como los inorgánicos pueden llegar al suelo y tener una amplia variedad de efectos perjudiciales. Por lo tanto, el monitoreo de la contaminación del suelo es importante para identificar áreas de riesgo, establecer líneas de base e identificar zonas contaminadas para su remediación. Los esfuerzos de monitoreo pueden abarcar desde granjas locales hasta esfuerzos a nivel nacional, como los realizados por China a finales de la década de 2000, [19] proporcionando detalles como la naturaleza de los contaminantes, su cantidad, efectos, patrones de concentración y viabilidad de remediación. [23] Lo ideal es que los equipos de seguimiento y análisis tengan tiempos de respuesta elevados, altos niveles de resolución y automatización, y un cierto grado de autosuficiencia. [24] Se pueden utilizar técnicas químicas para medir elementos tóxicos y COP mediante cromatografía y espectrometría , técnicas geofísicas pueden evaluar las propiedades físicas de grandes terrenos y técnicas biológicas pueden utilizar organismos específicos para medir no sólo el nivel de contaminantes sino también los subproductos de la biodegradación de los contaminantes. Estas técnicas y otras son cada vez más eficientes y la instrumentación de laboratorio se vuelve más precisa, lo que da como resultado resultados de monitoreo más significativos. [25]
El monitoreo de la erosión del suelo ayuda a los investigadores a identificar patrones y tendencias en el movimiento del suelo y los sedimentos. Los programas de monitoreo han variado a lo largo de los años, desde investigaciones académicas a largo plazo en parcelas universitarias hasta estudios basados en reconocimiento de áreas biogeoclimáticas. Sin embargo, en la mayoría de los métodos, el objetivo general es identificar y medir todos los procesos de erosión dominantes en un área determinada. [26] Además, el monitoreo de la erosión del suelo puede intentar cuantificar los efectos de la erosión en la productividad de los cultivos, aunque es un desafío "debido a las muchas complejidades en la relación entre los suelos y las plantas y su manejo bajo un clima variable". [27]
El monitoreo de la salinidad del suelo ayuda a los investigadores a identificar patrones y tendencias en el contenido de sal del suelo. Tanto el proceso natural de intrusión de agua de mar como los procesos inducidos por el hombre de gestión inadecuada del suelo y el agua pueden provocar problemas de salinidad en el suelo, con hasta mil millones de hectáreas de tierra afectadas en todo el mundo (a partir de 2013). [28] El monitoreo de la salinidad a nivel local puede observar de cerca la zona de las raíces para medir el impacto de la salinidad y desarrollar opciones de gestión, mientras que a nivel regional y nacional el monitoreo de la salinidad puede ayudar a identificar áreas en riesgo y ayudar a los responsables de políticas a abordar el problema antes. se propaga. [28] El proceso de monitoreo en sí puede realizarse utilizando tecnologías como la teledetección y los sistemas de información geográfica (SIG) para identificar la salinidad a través del verdor, el brillo y la blancura a nivel de la superficie. También se puede utilizar el análisis directo del suelo de cerca, incluido el uso de técnicas de inducción electromagnética , para controlar la salinidad del suelo. [28]
El monitoreo de la calidad del agua es de poca utilidad sin una definición clara e inequívoca de los motivos del monitoreo y los objetivos que éste satisfará. Casi todo el seguimiento (excepto quizás la teledetección ) es en parte invasivo del entorno objeto de estudio y un seguimiento extenso y mal planificado conlleva un riesgo de daño al medio ambiente. Esta puede ser una consideración crítica en áreas silvestres o cuando se monitorean organismos muy raros o aquellos que son reacios a la presencia humana. Algunas técnicas de seguimiento, como el uso de redes de enmalle para estimar las poblaciones, pueden ser muy perjudiciales, al menos para la población local, y también pueden degradar la confianza del público en los científicos que llevan a cabo el seguimiento.
Casi todos los proyectos principales de monitoreo del ambientalismo forman parte de una estrategia de monitoreo general o un campo de investigación, y estos campos y estrategias se derivan en sí mismos de los objetivos o aspiraciones de alto nivel de una organización. A menos que los proyectos de monitoreo individuales encajen en un marco estratégico más amplio, es poco probable que los resultados se publiquen y se pierda la comprensión ambiental producida por el monitoreo. [29] [30]
ver también Parámetros de calidad ambiental del agua dulce
La variedad de parámetros químicos que tienen el potencial de afectar cualquier ecosistema es muy amplia y en todos los programas de monitoreo es necesario apuntar a un conjunto de parámetros basados en el conocimiento local y las prácticas anteriores para una revisión inicial. La lista se puede ampliar o reducir según el conocimiento adquirido y los resultados de las encuestas iniciales.
Los entornos de agua dulce se han estudiado exhaustivamente durante muchos años y existe un conocimiento sólido de las interacciones entre la química y el medio ambiente en gran parte del mundo. Sin embargo, a medida que se desarrollen nuevos materiales y surjan nuevas presiones, será necesario revisar los programas de seguimiento. En los últimos 20 años , la lluvia ácida , los análogos de hormonas sintéticas , los hidrocarburos halogenados , los gases de efecto invernadero y muchos otros han requerido cambios en las estrategias de seguimiento.
En el monitoreo ecológico, la estrategia y el esfuerzo de monitoreo están dirigidos a las plantas y animales en el ambiente bajo revisión y son específicos de cada estudio individual.
Sin embargo, en un seguimiento ambiental más generalizado, muchos animales actúan como indicadores sólidos de la calidad del medio ambiente que experimentan o han experimentado en el pasado reciente. [31] Uno de los ejemplos más familiares es el seguimiento del número de peces salmónidos , como la trucha marrón o el salmón del Atlántico, en sistemas fluviales y lagos para detectar tendencias lentas en los efectos ambientales adversos. La pronunciada disminución de las poblaciones de salmónidos fue uno de los primeros indicios del problema que más tarde se conoció como lluvia ácida .
En los últimos años se ha prestado mucha más atención a un enfoque más holístico en el que se evalúa la salud del ecosistema y se utiliza como herramienta de seguimiento. [32] Es este enfoque el que sustenta los protocolos de seguimiento de la Directiva Marco del Agua en la Unión Europea .
La vigilancia de la radiación implica la medición de la dosis de radiación o la contaminación por radionucleidos por motivos relacionados con la evaluación o el control de la exposición a radiaciones ionizantes o sustancias radiactivas, y la interpretación de los resultados. [33] La 'medición' de dosis a menudo significa la medición de una cantidad de dosis equivalente como sustituto (es decir, sustituto) de una cantidad de dosis que no puede medirse directamente. Además, el muestreo puede ser un paso preliminar para medir el contenido de radionucleidos en los medios ambientales. Los detalles metodológicos y técnicos del diseño y funcionamiento de programas y sistemas de vigilancia para diferentes radionucleidos, medios ambientales y tipos de instalaciones se dan en la Guía de Seguridad RS-G-1.8 del OIEA [34] y en el Informe de Seguridad No. 64 del OIEA. [35 ]
El monitoreo de la radiación a menudo se lleva a cabo utilizando redes de sensores fijos y desplegables, como Radnet de la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU . y la red SPEEDI en Japón. Organizaciones como el Equipo de Apoyo a Emergencias Nucleares también realizan estudios aéreos .
Las bacterias y los virus son los grupos de organismos microbiológicos más comúnmente monitoreados e incluso estos sólo tienen gran relevancia cuando el agua del medio acuático se utiliza posteriormente como agua potable o cuando se practican actividades recreativas en contacto con el agua, como la natación o el piragüismo .
Aunque los patógenos son el principal foco de atención, el principal esfuerzo de monitoreo casi siempre se dirige a especies indicadoras mucho más comunes, como Escherichia coli , [36] complementado con recuentos generales de bacterias coliformes . La razón detrás de esta estrategia de monitoreo es que la mayoría de los patógenos humanos se originan en otros humanos a través de las aguas residuales . Muchas plantas de tratamiento de aguas residuales no tienen una etapa final de esterilización y por lo tanto descargan un efluente que, aunque tiene una apariencia limpia, todavía contiene muchos millones de bacterias por litro, la mayoría de las cuales son bacterias coliformes relativamente inofensivas. Contar el número de bacterias de aguas residuales inofensivas (o menos dañinas) permite emitir un juicio sobre la probabilidad de que esté presente un número significativo de bacterias o virus patógenos. Cuando los niveles de E. coli o coliformes superan los valores de activación preestablecidos, se inicia un seguimiento más intensivo, incluido un seguimiento específico de las especies patógenas.
Las estrategias de seguimiento pueden producir respuestas engañosas cuando se basan en recuentos de especies o en la presencia o ausencia de organismos concretos si no se tiene en cuenta el tamaño de la población. Comprender la dinámica de las poblaciones de un organismo que se está monitoreando es fundamental.
Por ejemplo, si la presencia o ausencia de un organismo particular dentro de un área de 10 kilómetros cuadrados es la medida adoptada por una estrategia de monitoreo, entonces una reducción de la población de 10.000 por cuadrado a 10 por cuadrado pasará desapercibida a pesar del impacto muy significativo experimentado por el organismo. .
Todo el seguimiento ambiental científicamente fiable se realiza de acuerdo con un programa publicado. El programa puede incluir los objetivos generales de la organización, referencias a las estrategias específicas que ayudan a lograr el objetivo y detalles de proyectos o tareas específicos dentro de esas estrategias. La característica clave de cualquier programa es la lista de lo que se está monitoreando y cómo se realiza ese monitoreo. que tendrá lugar y el calendario en el que todo debería suceder. Normalmente, y a menudo como apéndice, un programa de seguimiento proporcionará una tabla de ubicaciones, fechas y métodos de muestreo que se proponen y que, si se llevan a cabo en su totalidad, entregarán el programa de seguimiento publicado.
Hay una serie de paquetes de software comerciales que pueden ayudar con la implementación del programa, monitorear su progreso y señalar inconsistencias u omisiones, pero ninguno de ellos puede proporcionar el componente clave que es el programa en sí.
Dados los múltiples tipos y los crecientes volúmenes e importancia de los datos de monitoreo, el software comercial de Sistemas de Gestión de Datos Ambientales (EDMS) o E-MDMS es cada vez más común en las industrias reguladas. Proporcionan un medio para gestionar todos los datos de seguimiento en un único lugar central. La validación de calidad, la verificación del cumplimiento, la verificación de que se hayan recibido todos los datos y el envío de alertas generalmente están automatizados. La funcionalidad de interrogación típica permite la comparación de conjuntos de datos tanto temporal como espacialmente. También generarán informes regulatorios y de otro tipo.
Existe un esquema de certificación formal específicamente para software de gestión de datos ambientales . Esto lo proporciona la Agencia de Medio Ambiente del Reino Unido en virtud de su Sistema de Certificación de Monitoreo (MCERTS). [37] [38] [39]
Existe una amplia gama de métodos de muestreo que dependen del tipo de entorno, el material del que se toma la muestra y el análisis posterior de la muestra. En su forma más simple, una muestra puede ser llenar una botella limpia con agua de río y enviarla para un análisis químico convencional. En el extremo más complejo, los datos de muestra pueden producirse mediante complejos dispositivos sensores electrónicos que toman submuestras durante períodos de tiempo fijos o variables.
Los métodos de muestreo incluyen muestreo crítico, muestreo aleatorio simple, muestreo estratificado , muestreo sistemático y en cuadrícula, muestreo adaptativo por conglomerados , muestras aleatorias, monitoreo semicontinuo y muestreo pasivo continuo , vigilancia remota, teledetección , biomonitoreo y otros métodos de muestreo.
En el muestreo crítico, la selección de unidades de muestreo (es decir, el número y la ubicación y/o el momento de la recolección de muestras) se basa en el conocimiento de la característica o condición bajo investigación y en el juicio profesional. El muestreo basado en criterios se distingue del muestreo basado en probabilidades en que las inferencias se basan en juicios profesionales, no en teorías científicas estadísticas. Por lo tanto, las conclusiones sobre la población objetivo son limitadas y dependen enteramente de la validez y precisión del juicio profesional; No son posibles declaraciones probabilísticas sobre parámetros. Como se describe en capítulos posteriores, el juicio de expertos también se puede utilizar junto con otros diseños de muestreo para producir un muestreo eficaz para tomar decisiones defendibles. [40]
En el muestreo aleatorio simple, las unidades de muestreo particulares (por ejemplo, ubicaciones y/o momentos) se seleccionan utilizando números aleatorios, y todas las selecciones posibles de un número determinado de unidades son igualmente probables. Por ejemplo, se puede tomar una muestra aleatoria simple de un conjunto de tambores numerando todos los tambores y seleccionando números al azar de esa lista o muestreando un área usando pares de coordenadas aleatorias. Este método es fácil de entender y las ecuaciones para determinar el tamaño de la muestra son relativamente sencillas. El muestreo aleatorio simple es más útil cuando la población de interés es relativamente homogénea; es decir, no se esperan patrones importantes de contaminación o “puntos calientes”. Las principales ventajas de este diseño son:
En algunos casos, la implementación de una muestra aleatoria simple puede ser más difícil que otros tipos de diseños (por ejemplo, muestras en cuadrícula) debido a la dificultad de identificar con precisión ubicaciones geográficas aleatorias. Además, el muestreo aleatorio simple puede ser más costoso que otros planes si las dificultades para obtener muestras debido a la ubicación generan un gasto de esfuerzo adicional. [40]
En el muestreo estratificado , la población objetivo se separa en estratos no superpuestos, o subpoblaciones que se sabe o se cree que son más homogéneas (en relación con el medio ambiental o el contaminante), de modo que tiende a haber menos variación entre las unidades de muestreo en el mismo estrato que entre unidades de muestreo en diferentes estratos. Los estratos pueden elegirse sobre la base de la proximidad espacial o temporal de las unidades, o sobre la base de información preexistente o juicio profesional sobre el sitio o proceso. Las ventajas de este diseño de muestreo son que tiene potencial para lograr una mayor precisión en las estimaciones de la media y la varianza, y que permite calcular estimaciones confiables para subgrupos de población de especial interés. Se puede obtener una mayor precisión si la medición de interés está fuertemente correlacionada con la variable utilizada para formar los estratos. [40]
En el muestreo sistemático y en cuadrícula, las muestras se toman a intervalos regularmente espaciados en el espacio o el tiempo. Se elige aleatoriamente una ubicación o tiempo inicial y luego se definen las ubicaciones de muestreo restantes de manera que todas las ubicaciones estén a intervalos regulares en un área (cuadrícula) o tiempo (sistemático). Ejemplos Muestreo de cuadrícula sistemático - Cuadrícula cuadrada Muestreo de cuadrícula sistemático - Triangular Las cuadrículas sistemáticas incluyen cuadrículas cuadradas, rectangulares, triangulares o radiales. Cressie, 1993. En el muestreo sistemático aleatorio, se elige al azar un lugar (o momento) de muestreo inicial y los sitios de muestreo restantes se especifican de manera que se ubiquen de acuerdo con un patrón regular. El muestreo sistemático aleatorio se utiliza para buscar puntos críticos e inferir medias, percentiles u otros parámetros y también es útil para estimar patrones espaciales o tendencias a lo largo del tiempo. Este diseño proporciona un método práctico y sencillo para designar ubicaciones de muestra y garantiza una cobertura uniforme de un sitio, unidad o proceso. [40]
El muestreo por conjuntos clasificados es un diseño innovador que puede ser muy útil y rentable para obtener mejores estimaciones de los niveles medios de concentración en el suelo y otros medios ambientales al incorporar explícitamente el criterio profesional de un investigador de campo o un método de medición de detección de campo para seleccionar ubicaciones de muestreo específicas. en el campo. El muestreo de conjuntos clasificados utiliza un diseño de muestreo de dos fases que identifica conjuntos de ubicaciones de campo, utiliza mediciones económicas para clasificar las ubicaciones dentro de cada conjunto y luego selecciona una ubicación de cada conjunto para el muestreo. En el muestreo de conjuntos clasificados, se identifican m conjuntos (cada uno de tamaño r) de ubicaciones de campo mediante muestreo aleatorio simple. Las ubicaciones se clasifican de forma independiente dentro de cada conjunto utilizando criterio profesional o mediciones económicas, rápidas o sustitutas. Luego se selecciona una unidad de muestreo de cada conjunto (basándose en los rangos observados) para una medición posterior utilizando un método más preciso y confiable (por lo tanto, más costoso) para el contaminante de interés. En comparación con el muestreo aleatorio simple, este diseño da como resultado muestras más representativas y, por lo tanto, conduce a estimaciones más precisas de los parámetros de la población. El muestreo de conjuntos clasificados es útil cuando el costo de localizar y clasificar ubicaciones en el campo es bajo en comparación con las mediciones de laboratorio. También es apropiado cuando se dispone de una variable auxiliar económica (basada en conocimientos o mediciones de expertos) para clasificar las unidades de población con respecto a la variable de interés. Para utilizar este diseño de forma eficaz, es importante que el método de clasificación y el método analítico estén fuertemente correlacionados. [40]
En el muestreo adaptativo por conglomerados , las muestras se toman mediante muestreo aleatorio simple y se toman muestras adicionales en lugares donde las mediciones exceden algún valor umbral. Es posible que se necesiten varias rondas adicionales de muestreo y análisis. El muestreo adaptativo por conglomerados rastrea las probabilidades de selección para fases posteriores del muestreo, de modo que se pueda calcular una estimación insesgada de la media poblacional a pesar del sobremuestreo de ciertas áreas. Un ejemplo de aplicación del muestreo adaptativo por conglomerados es la delineación de los límites de una columna de contaminación. El muestreo adaptativo es útil para estimar o buscar características raras en una población y es apropiado para mediciones rápidas y económicas. Permite delinear los límites de los puntos críticos y, al mismo tiempo, utilizar todos los datos recopilados con la ponderación adecuada para brindar estimaciones imparciales de la media de la población. [40] [41]
Las muestras al azar son muestras tomadas de un material homogéneo, generalmente agua , en un solo recipiente. Llenar una botella limpia con agua de río es un ejemplo muy común. Las muestras al azar proporcionan una buena visión instantánea de la calidad del entorno muestreado en el punto de muestreo y en el momento del muestreo. Sin un seguimiento adicional, los resultados no se pueden extrapolar a otras épocas ni a otras partes del río, lago o agua subterránea. [41] : 3
Para permitir que las muestras aleatorias o los ríos sean tratados como representativos, se requieren estudios repetidos de transectos transversales y longitudinales realizados en diferentes momentos del día y épocas del año para establecer que la ubicación de la muestra aleatoria es lo más representativa posible. Para ríos grandes, dichos estudios también deberían tener en cuenta la profundidad de la muestra y cómo gestionar mejor los lugares de muestreo en épocas de inundaciones y sequías. [41] : 8–9
En los lagos, las muestras al azar son relativamente sencillas de tomar utilizando muestreadores de profundidad que pueden bajarse a una profundidad predeterminada y luego cerrarse atrapando un volumen fijo de agua desde la profundidad requerida. En todos los lagos, excepto en los menos profundos, hay cambios importantes en la composición química del agua del lago a diferentes profundidades, especialmente durante los meses de verano, cuando muchos lagos se estratifican en una capa superior cálida y bien oxigenada ( epilimnion ) y una capa inferior fría y desoxigenada. ( hipolimnio ).
En el entorno marino de mar abierto, las muestras aleatorias pueden establecer una amplia gama de parámetros de referencia, como la salinidad y una variedad de concentraciones de cationes y aniones. Sin embargo, cuando las condiciones cambiantes son un problema, como cerca de ríos o descargas de aguas residuales, cerca de los efectos del vulcanismo o cerca de áreas de entrada de agua dulce proveniente del deshielo, una muestra al azar solo puede dar una respuesta muy parcial cuando se toma por sí sola.
Existe una amplia gama de equipos de muestreo especializados disponibles que pueden programarse para tomar muestras a intervalos de tiempo fijos o variables o en respuesta a un activador externo. Por ejemplo, se puede programar un muestreador automático para que comience a tomar muestras de un río a intervalos de 8 minutos cuando la intensidad de la lluvia supera 1 mm/hora. El desencadenante en este caso puede ser un pluviómetro remoto que se comunica con el muestreador mediante tecnología de teléfono celular o ráfaga de meteoritos [42] . Los muestreadores también pueden tomar muestras individuales discretas en cada ocasión de muestreo o agrupar muestras en compuestos de modo que en el transcurso de un día, dicho muestreador pueda producir 12 muestras compuestas, cada una compuesta por 6 submuestras tomadas a intervalos de 20 minutos.
El monitoreo continuo o casi continuo implica tener una instalación analítica automatizada cerca del entorno que se está monitoreando para que los resultados puedan, si es necesario, verse en tiempo real. Estos sistemas a menudo se establecen para proteger importantes suministros de agua, como en el sistema de regulación del río Dee , pero también pueden ser parte de una estrategia general de monitoreo en grandes ríos estratégicos donde la alerta temprana de problemas potenciales es esencial. Estos sistemas proporcionan habitualmente datos sobre parámetros como el pH , el oxígeno disuelto , la conductividad , la turbidez y el amoníaco mediante sondas. [43] También es posible utilizar cromatografía gas-líquido con tecnologías de espectrometría de masas (GLC/MS) para examinar una amplia gama de posibles contaminantes orgánicos . En todos los ejemplos de análisis automatizado del lado de la orilla existe el requisito de bombear agua desde el río a la estación de monitoreo. Elegir una ubicación para la entrada de la bomba es tan crítico como decidir la ubicación para una muestra aleatoria del río. El diseño de la bomba y las tuberías también requiere un diseño cuidadoso para evitar que se introduzcan artefactos durante la acción de bombear el agua. La concentración de oxígeno disuelto es difícil de mantener a través de un sistema de bombeo y las instalaciones de GLC/MS pueden detectar contaminantes microorgánicos de las tuberías y los prensaestopas .
El uso de muestreadores pasivos reduce en gran medida el costo y la necesidad de infraestructura en el lugar de muestreo. Los muestreadores pasivos son semidesechables y pueden producirse a un costo relativamente bajo, por lo que pueden emplearse en grandes cantidades, lo que permite una mejor cobertura y una mayor recopilación de datos. Al ser pequeño, el muestreador pasivo también se puede ocultar y así reducir el riesgo de vandalismo. Ejemplos de dispositivos de muestreo pasivos son el muestreador de gradientes de difusión en películas delgadas (DGT), Chemcatcher , el muestreador integrativo de química orgánica polar (POCIS), los dispositivos de membrana semipermeable (SPMD), los dispositivos de membrana líquida estabilizada (SLMD) y una bomba de muestreo de aire .
Aunque la recopilación de datos in situ mediante equipos de medición electrónicos es algo común, muchos programas de seguimiento también utilizan la vigilancia remota y el acceso remoto a los datos en tiempo real. Esto requiere que el equipo de monitoreo in situ esté conectado a una estación base a través de una red de telemetría, una línea fija, una red de telefonía celular u otro sistema de telemetría como Meteor Burst. La ventaja de la vigilancia remota es que muchos flujos de datos pueden llegar a una única estación base para su almacenamiento y análisis. También permite establecer niveles de activación o niveles de alerta para sitios y/o parámetros de monitoreo individuales de modo que se pueda iniciar una acción inmediata si se excede un nivel de activación. El uso de la vigilancia remota también permite la instalación de equipos de vigilancia muy discretos que a menudo pueden enterrarse, camuflarse o atarse en las profundidades de un lago o río con sólo una antena corta que sobresalga . El uso de dichos equipos tiende a reducir el vandalismo y el robo cuando se realiza el monitoreo en lugares de fácil acceso para el público.
La teledetección ambiental utiliza vehículos aéreos no tripulados , aviones o satélites para monitorear el medio ambiente mediante sensores multicanal.
Hay dos tipos de teledetección. Los sensores pasivos detectan la radiación natural emitida o reflejada por el objeto o el área circundante que se observa. La luz solar reflejada es la fuente más común de radiación medida por sensores pasivos y en la teledetección ambiental, los sensores utilizados están sintonizados a longitudes de onda específicas desde el infrarrojo lejano hasta las frecuencias de luz visible y el ultravioleta lejano . Los volúmenes de datos que se pueden recopilar son muy grandes y requieren soporte computacional dedicado. El resultado del análisis de datos de la teledetección son imágenes en colores falsos que diferencian pequeñas diferencias en las características de radiación del entorno que se está monitoreando. Con un operador hábil eligiendo canales específicos es posible amplificar diferencias que son imperceptibles para el ojo humano. En particular, es posible discriminar cambios sutiles en las concentraciones de clorofila a y clorofila b en plantas y mostrar áreas de un ambiente con regímenes de nutrientes ligeramente diferentes.
La teledetección activa emite energía y utiliza un sensor pasivo para detectar y medir la radiación que se refleja o retrodispersa desde el objetivo. LIDAR se utiliza a menudo para adquirir información sobre la topografía de un área, especialmente cuando el área es grande y el levantamiento manual sería prohibitivamente costoso o difícil.
La teledetección permite recopilar datos sobre zonas peligrosas o inaccesibles. Las aplicaciones de teledetección incluyen el monitoreo de la deforestación en áreas como la cuenca del Amazonas , los efectos del cambio climático en los glaciares y las regiones árticas y antárticas, y sondeos profundos de las profundidades costeras y oceánicas.
Las plataformas orbitales recopilan y transmiten datos de diferentes partes del espectro electromagnético , que, junto con sensores y análisis aéreos o terrestres a mayor escala, proporcionan información para monitorear tendencias como El Niño y otros fenómenos naturales a largo y corto plazo. Otros usos incluyen diferentes áreas de las ciencias de la tierra como la gestión de recursos naturales , la planificación del uso del suelo y la conservación. [44]
El uso de organismos vivos como herramientas de seguimiento tiene muchas ventajas. Los organismos que viven en el entorno estudiado están constantemente expuestos a las influencias físicas, biológicas y químicas de ese entorno. Los organismos que tienen tendencia a acumular especies químicas a menudo pueden acumular cantidades significativas de material en concentraciones muy bajas en el medio ambiente. Muchos investigadores han utilizado los musgos para controlar las concentraciones de metales pesados debido a su tendencia a adsorber selectivamente metales pesados. [45] [46]
De manera similar, las anguilas se han utilizado para estudiar sustancias químicas orgánicas halogenadas , ya que se absorben en los depósitos de grasa dentro de la anguila. [47]
El muestreo ecológico requiere una planificación cuidadosa para que sea representativo y lo más no invasivo posible. Para pastizales y otros hábitats de bajo crecimiento, a menudo se utiliza un cuadrante (un marco cuadrado de 1 metro) contando el número y tipo de organismos que crecen dentro de cada área de cuadrante [48]
Los sedimentos y suelos requieren herramientas de muestreo especializadas para garantizar que el material recuperado sea representativo. Dichos muestreadores frecuentemente están diseñados para recuperar un volumen específico de material y también pueden diseñarse para recuperar el sedimento o la biota viva del suelo [49] , como el muestreador de agarre Ekman .
La interpretación de los datos ambientales producidos a partir de un programa de monitoreo bien diseñado es un tema amplio y complejo abordado en muchas publicaciones. Lamentablemente, a veces se da el caso de que los científicos abordan el análisis de resultados con un resultado preconcebido en mente y utilizan o hacen mal uso de las estadísticas para demostrar que su punto de vista particular es correcto.
Las estadísticas siguen siendo una herramienta igualmente fácil de usar o de mal uso para demostrar las lecciones aprendidas del monitoreo ambiental.
Desde el inicio del monitoreo ambiental basado en la ciencia, se han ideado una serie de índices de calidad para ayudar a clasificar y aclarar el significado de los considerables volúmenes de datos involucrados. Afirmar que un tramo de río está en "Clase B" probablemente sea mucho más informativo que afirmar que este tramo de río tiene una DBO media de 4,2, una media de oxígeno disuelto del 85%, etc. En el Reino Unido , la Agencia de Medio Ambiente empleó formalmente un sistema llamado Evaluación General de Calidad (GQA) que clasificaba los ríos en seis bandas de letras de calidad de la A a la F basándose en criterios químicos [50] y en criterios biológicos. [51] La Agencia de Medio Ambiente y sus socios delegados en Gales (Countryside Council for Wales, CCW) y Escocia (Agencia Escocesa de Protección Ambiental, SEPA) emplean ahora un sistema de clasificación biológica, química y física de ríos y lagos que se corresponde con el de la UE. Directiva Marco del Agua. [52]
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