TEMA 11 ECA (SUELOS) PDF

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Unybook: Egarciamarin TEMA 11. CONTAMINACIÓN DE SUELOS. FUNCIONES BÁSICAS DEL SUELO: PRODUCTIVIDAD, PRESERVACIÓN Y MEJORA Y MANTENIMIENTO DE LA CALIDAD AMBIENTAL: una buena calidad del suelo influye en la calidad de los alimentos. Si la calidad del suelo decae, también lo hará la del alimento, cayen...

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Unybook: Egarciamarin

TEMA 11. CONTAMINACIÓN DE SUELOS. FUNCIONES BÁSICAS DEL SUELO: PRODUCTIVIDAD, PRESERVACIÓN Y MEJORA Y MANTENIMIENTO DE LA CALIDAD AMBIENTAL: una buena calidad del suelo influye en la calidad de los alimentos. Si la calidad del suelo decae, también lo hará la del alimento, cayendo, como consecuencia, la calidad de la salud humana también. PRODUCTIVIDAD: producción alimentos. MANTENIMIENTO DE LA CALIDAD AMBIENTAL: debido al deshecho antropogénico vertido a él. FUNCIÓN SOCIO-ECONÓMICA: fuente de materias primas que necesitamos para nuestras actividades. SOPORTE FÍSICO DE ACTIVIDADES: tanto de animales, de infraestructuras, como antrópicas. HERENCIA CULTURAL: yacimientos arqueológicos  “biblioteca” de nuestro pasado. DEFINICIÓN CALIDAD DE UN SUELO: características que posee el suelo para funcionar según sus propiedades propias, en arreglos de sus agentes formadores (producción de materias primas, soporte físico). Todo aquello que sea alterar esa calidad, la merma, es decir, lo degrada. DEGRADACIÓN DEL SUELO: FÍSICA: pérdida de la estructura, enconstramiento.  Endurecimiento.  Erosión y desertización: erosión hídrica y eólica. QUÍMICA: relacionada con la contaminación antrópica.  

Disminución de la fertilidad. Desequilibrio elemental: salsodificación, acidificación-

componentes

tóxicos

y

BIOLÓGICA: reducción de micro y macrofauna y pérdida de la materia orgánica. CONCEPTO DE SUELO CONTAMINADO: aquel cuyas características han sido alteradas negativamente por la presencia de componentes químicos de carácter peligroso de origen humano, en concentración tal que comporte un riesgo inaceptable para la salud humana o el medio ambiente, y así se haya declarado mediante resolución expresa, de acuerdo con los criterios y estándares que se determinen por el Gobierno. Las leyes más importantes son: -

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RD 9/2005 de 14 de Enero, por el que se establece la relación de actividades potencialmente contaminantes del suelo y los criterios y estándares para la declaración de suelos contaminados. Ley 22/2011 de 28 de Julio, de residuos y suelos contaminados.

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Ley 8/2013, de 26 de junio, de rehabilitación, regeneración y renovación urbanas.

FUENTES DE CONTAMINACIÓN DEL SUELO: actividades humanas que provocan emisiones de gases y elementos a la atmósfera, al agua y al suelo. La agricultura convencional de los últimos 80 años ha usado una gran cantidad de fitosanitarios y fertilizantes, provocando una gran contaminación. También destacar el vertido de residuos. La producción industrial y la comercialización de residuos son las dos principales causas de contaminación del suelo. En segundo lugar se encuentra el tratamiento de residuos urbanos. En tercer lugar la industria del petróleo. En cuarto lugar el refinamiento de aguas.

TIPOS DE CONTAMINACIÓN: ENDÓGENA: debida a desastres naturales que no se pueden evitar  terremotos, erupciones volcánicas, tsunamis  no se consideran. EXÓGENAS: aquella derivada de las actividades humanas y que causa su contaminación, relacionada con agentes químicos. INDIRECTA O DIFUSA: origen en un punto, pero se dispersa y aparece en otro punto  el 80% de la contaminación del suelo es debida a la deposición húmeda. DIRECTA: aquella la cual la actividad desarrollada provoca que el contaminante, el origen y el problema sean en el mismo sitio  deposición de fertilizantes y/o fitosanitarios.

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PRINCIPALES AGENTES CONTAMINANTES E INTERACCIONES CON EL SUELO: CONTAMINANTES MÁS FRECUENTES: destacan los metales pesados (Cd, Pb, Mn, Z, etc), seguidos por los compuestos orgánicos (provenientes de las industrias). En menor medida están los cianuros y fenoles.

CONTAMINANTES MÁS PREOCUPANTES PARA LA SALUD SEGÚN LA OMS:

PROCESOS QUE SUFREN LOS CONTAMINANTES EN EL SUELO: cuando un contaminante llega al suelo, entra en contacto los constituyentes del suelo (minerales, ácidos fúlvicos, humos, óxidos e hidróxidos de hierro y aluminio, agua del suelo) y reacciona = se transforma = mineralización y humificación, como más importantes. El agua del suelo funciona como transporte y como reactor para el contaminante. Además, las propiedades del suelo también influirán en el comportamiento del contaminante (porosidad, estructura, ferratilización, carbontación), al igual que los procesos y mecanismos edáficos.

En el destino final de los contaminantes es la absorción de una planta o de un animal y que se transporte en la cadena trófica.

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VOLATILIAZACIÓN: debido a la naturaleza del compuesto, puede pasar a estado de vapor  depende de la temperatura del suelo = cuanta más temperatura, más se volatiliza. FORMACIÓN DE COMPLEJOS: INTERACCIÓN COMPUESTO ÓRGANO-MINERAL (HUMUS): pueden quedar absorbidos por éstos, o también por arcillas  dependen de la composición del suelo = pH provoca que haya unas cargas u otras:  Suelos básicos: grupos disociados.  Suelos ácidos: grupos protonados. Pero, también puede haber otros suelos que no dependan del pH, quedando grupos negativos. FORMACIÓN DE COMPUESTOS ORGANOMETÁLICOS: un ácido fúlvico con dos grupos hidrofílicos negativos, los cuales se unen al cobre disuelto en el agua. Si es fúlvico podrá ser movilizado (menor tamaño), si es húmico será fijado en el suelo (mayor tamaño). ADSORCIÓN: dependerá de si la sustancia es capaz o no de ionizarse en el agua para ser adsorbida. ABSORCIÓN: capacidad que tiene el contaminante para pasar a la planta cuando ésta absorbe agua y nutrientes  serán absorbidos aquellos que sean hidrosolubles. TRANSPORTE Y PROCESO DE LIXIVIACIÓN: el agua pasa a través del suelo, modificando la estructura, hasta llegar al nivel de saturación. Por transporte superficial puede acabar el contaminante en ríos o mares. Esto es debido a la solubilidad y su carga y polaridad. Los nitratos serían un caso de sustancia muy soluble pero, con carga negativa, por lo que será lixiviado y transportado al torrente superficial. TRANSFORMACIÓN Y DEGRADACIÓN (BIOLÓGICA Y/O QUÍMICA): MINERALIZACIÓN: paso de materia orgánica a inorgánica mediante acciones biológicas. A través de este proceso se pueden biotransformar contaminantes orgánicos  llevado a cabo por los organismos. HUMIDIFICACIÓN: la materia orgánica cambia su forma y pasa a formar parte de la estructura organomineral, pasando a ser ácidos fúlvicos. Estos absorben otros compuestos y los retienen, además de tener afinidad por la materia orgánica  lo llevan a cabo los microorganismos. ACIDIFICACIÓN: proceso de eliminación de contaminantes, pudiendo pasar por lixiviación a las aguas subterráneas o pasar a ser más nutritivo para los organismos. Dependiendo de estos procesos y de dónde se alojen los contaminantes, dictará el lugar final en el que se encontrarán, siendo más o menos disponibles para que entren en la cadena trófica.

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DISTRIBUCIÓN Y FORMAS DE LOS CONTAMINANTES EN EL SUELO: depende de las propiedades físicas, químicas y biológicas del suelo, la estructura del suelo, de las propiedades del contaminante y del producto que se forme  cuanto más móvil sea, mayor biodisponibilidad tendrá para pasar a la cadena trófica. Si el contaminante es muy móvil, afectará más negativamente que uno que se quede retenido o que precipite. SOLUBLE: deben estar ionizados  se encuentran en el agua del suelo y están sujetos a sus movimientos = por escorrentía y/o por lixiviación  hasta llegar a un punto, bien sea superficial o subterránea. Pueden dar también compuestos ácidos, los cuales son más fácilmente movibles. ABSORBIDO: retenidos por un proceso de adición de cargas en el complejo de cambio = en los coloides del suelo. PRECIPITADO: contaminantes sujetos a procesos químicos que provoquen su solidificación y posterior precipitación, debido a que dejan de ser solubles. Por ejemplo, si tenemos bicarbonatos que se junten con cadmios, pueden formarse carbonatos de cadmio, que son muy pocos solubles.

Kd = coeficiente de absorción y Ks = coeficiente de solubilidad. CONTAMINANTES RADIOACTIVOS (FÍSICOS) Y RADIONUCLEIDOS: aparecen debido a riesgos de contaminación nuclear. Su característica es que son carcinogénicas  Cs, U, Polonio, I  bioacumulables en plantas. ACCIDENTE DE FUKUSHIMA: la concentración de radionucleidos a una determinada profundidad del suelo depende de:    

Actividad de ese radionucleido: cuanta más actividad, más peligro. Coeficiente que presenta las características de distribución: nos mide la afinidad del contaminante por los componentes del suelo (arcillas, minerales). Características fisicoquímicas del radionucleido: el Cesio se vio que tenía más afinidad, debido a que es un metal, que el Iodo. Tipo de suelo: contaminación en los primeros centímetros del suelo. 5

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

Tiempo que ha transcurrido desde la deposición: factor importante de formación del suelo  cuanto más tiempo ha pasado, puede haber un mayor incremento en la profundidad.

Vieron que cuanto más contenido en arcilla había, la retención era mucho mayor. CONTAMINANTES INORGÁNICOS ATMOSFÉRICOS: SO2 y NOx que producen la lluvia ácida. LLUVIA ÁCIDA: proceso de acidez del agua de lluvia por los ácidos presentes en la atmosfera. Esto significa una disminución del pH, una disminución de la saturación en bases y aumento en la proporción de H + y Al+3 en el complejo de cambio. Los efectos que produce sobre el suelo son:     

Acidificación. Reduce los nutrientes al variar su ciclo: por su lavado. Provoca la movilización de elementos tóxicos: como el aluminio Incrementa la movilidad de metales pesados. Provoca variaciones en la composición y estructura de la microflora y microfauna.

En el caso de un suelo ácido, el complejo organomineral está formado por Aluminio, el cual neutraliza sus cargas negativas. Cuando se produce una lluvia ácida fuerte sobre éste, en la fase líquida encontramos Aluminio (el de la fase de cambio) y Calcio, por lo que éstos reaccionan con el agua, provocando una mayor acidez del suelo. Por lo que, un suelo ácido (como el oxisol) es más susceptible (debido a que son zonas donde llueve mucho) que uno básico, debido a que sus componentes lo neutralizan (como el carbonato cálcico). GASES DE EFECTO INVERNADERO: CO2, vapor de agua, metano, NOx. GASES DE MALOS OLORES: ácido sulfírico. METALES Y METALOIDES TÓXICOS: por deposiciones secas y húmedas en el suelo. NUTRIENTES: el problema no es la toxicidad debido a que son macronutrientes  pero sí podemos intoxicarnos con determinadas formas. NITRÓGENO (nitratos y nitritos): dentro del N como nutriente, debemos saber cuáles son las formas contaminantes tiene y sus efectos en el suelo. En el suelo tenemos:  Nitratos (NO3-).  Nitritos (NO2-).  Amonio (NH4+). Estas son N inorgánicos, por lo que están en la fase líquida del suelo disueltos en el agua.  N orgánico: muy similar al N2 atmosférico  lo encontramos en sustancias húmicas, MO en descomposición.

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Todas estas formas provienen de la mineralización de la materia orgánica tras haber fijado el N2 atmosférico por bacterias o plantas fijadoras. El primer paso de mineralización es la amonificación, realizado por organismos fijadores. Este amonio puede pasar a nitritos y nitratos mediante la nitrificación. Por eso, en condiciones naturales es difícil que encontremos formas de amonio y de nitrito, pues los organismos oxidan la MO y lo pasa a nitratos. ¿Qué efectos puede causar en el suelo? En algunos suelos el amonio puede ser capturado por las arcillas, debido a su signo positivo, pero no ocurre siempre y suele quedarse en la fase líquida. Por lo que, estas formas no son tóxicas. Norg  NH4+  NO2-  NO3Los nitratos son la única fuente de N para las plantas, a excepción de las leguminososas, que viven en simbiosis con Rhizobium, que fijan N atmosférico. El problema viene cuando una gran cantidad de N se escapa de este ciclo  producto de la gran adicción de fertilizantes de la agricultura  acaban en el agua del subsuelo (acuíferos) mediante lixiviación. También puede darse una erosión por escorrentía (fuertes lluvias) que transporten este N no absorbido a ríos, lagos y mares, produciendo eutrofización (proliferación de microorganismos que interfieren con la nutrición de los peces). Otra contaminación es la contaminación de aguas de consumo humano. Cuando superan el límite (45 mg/L para nitrato y 3’3 mg/L para nitritos). Estos pueden causar metahemoplobinemia, evitando el N que el O penetre en la hemoglobina (enfermedad de los niños azules). También pueden formar nitrosaminas aquel N que haya entrado por el alimento. Pero, el N en el suelo como tal, nunca da toxicidad. También se sabe que hay un exceso de N en la atmósfera debido a la industria que emite óxidos de N, provocando cambios en la estructura de la vegetación (comprobado en Europa y en las Selvas Ecuatoriales). En las Selvas se ha visto que un exceso puede dar lugar a que las leguminosas tengan una mayor actividad que las que no pueden fijar el N, provocando cambios negativos en el funcionamiento del sistema. FOSFORO (fosfatos): sus formas naturales son inorgánico (rocas fosfatadas, minerales o depósitos de excrementos de animales prehistóricos) y orgánico (de la MO). A partir de aquí, por la mineralización pueden producirse fosfatos (PO4-3), HPO4-2 y H2PO4-. Pero, que se den una u otras formas depende del pH. En suelos básicos tenemos mayoritariamente Ca, por lo que forma un fosfato cálcico, con muy poca solubilidad, por lo que precipita (bloqueado en la fase sólida). Por lo que, en el suelo se da durante muy poco tiempo las fases solubles (HPO4-2 y H2PO4-), que son aquellas que absorben las plantas. En suelos ácidos tenemos Fe y Al, por lo que se forman fosfatos de aluminio o de hierro, que son todavía más insolubles que los de Ca, por lo que precipitan más rápidamente. 7

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Pero, en condiciones naturales, esto no se da, debido a la presencia de plantas o de microorganismos captan de manera rapidísima las formas solubles. Suelos ácidos predomina más HPO4-2 y en suelos básico, el H2PO4-. El problema viene cuando se usan grandes cantidades de fertilizantes fosfatados. Cuando reaccionan con el Ca, Fe o Al, precipitan, de tal manera que, a diferencia del N, éste sí se puede acumular en los suelos. De hecho, las isotermas de adsorción se crearon para determinar la cantidad justa de fertilizantes necesaria para que se dieran las formas solubles. En el suelo no produce toxicidad, sino que el suelo actúa como fuente de fósforo para su posterior mineralización en el ciclo. En el caso de la agricultura intensiva, actúa como sumidero y fuente, pasando a los acuíferos o quedarse en la superficie y ser transportado a aguas superficiales, y darse eutrofización. CONTAMINANTES ORGÁNICOS: ANEXO V Y VI RD 9/2005: surfactantes, hidrocarburos, PAC, productos hidrosanitarios  todos son orgánicos. Se establecen valores máximos (peligrosidad) para cada componente dependiendo del uso del suelo  mayores en los de uso industrial.

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FENOLES: provienen de la contaminación industrial o minera. También son originarios de aguas lavado de hulla, lignitos o turbas, destilerías de alquitrán, fábricas de materias plásticas, y colorantes. A dosis de 1 mg/L es tóxico para los peces. Su biodegradación presenta dificultades como consecuencia de sus propiedades bacteriostáticas y bactericidas. HIDROCARBUROS POLICÍCLICOS AROMÁTICOS (HAPS): producto de la acción de las incineradoras, las calefacciones domésticas y los vehículos de gasolina o gasoil. Las emisiones de estos productos son procedentes de las calefacciones alimentadas con carbón Son tanto cancerígenos, como teratogénicos. BIFENILOS POLICLORADOS: (PCBs): provienen de plastificantes, pinturas resistentes a agentes químicos, compuestos de sellado y unión de juntas, lubricantes, adhesivos, fluidos resistentes al fuego, fluidos de transferencia calorífica, dispersantes de insecticidas y papeles de calco sin carbón. Su combustión genera las conocidas dioxinas. Son disruptores endocrinos, debido a que se acumulan en los tejidos grasos, y cancerígenos. PRODUCTOS FITOSANITARIOS: TIPOS DE PLAGUICIDAS: INSECTICIDAS: son los organofosforados, los organoclorados (como el DDT), los de origen biológico y otros (acaricidas y repelentes). También se encuentran en este grupo los fumigantes, productos haloaromáticos de urea sustituida. Son piretroides (pesticidas artificiales desarrollados para controlar preponderantemente las poblaciones de insectos plaga) y están compuestos mayoritariamente por compuestos de azufre. HERBICIDAS: pueden ser clorofenólicos, aminofosnatos (como el glifosfato), pentaclorofenoles, nitrofenólicos y nitrocresólicos (como el tiobenzol pirazoles) y bipiridilos (como el simazina). INTERACCIÓN PLAGUICIDAS-SUELO – PROCESOS: ADSORCIÓN-DESORCIÓN: estos contaminantes pueden ser adsorbidos por distintos materiales dependiendo de su naturaleza. Los constituyentes más comunes para este proceso son las arcillas y la materia orgánica, provocando que los contaminantes sean retenidos en la fase sólida del suelo y no pasen a las aguas subterráneas de los acuíferos. DEGRADACIÓN: ABIÓTICA: comprende la transformación química y fotoquímica. Producen otros compuestos orgánicos, pero no una mineralización completa.

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La desalquilación, o dealquilación, es el proceso por el cual se suprime el radical alquilo de una molécula. El proceso inverso a la desalquilación es la alquilación, que consiste en añadir un grupo alquilo a una molécula. BIÓTICA: aquella provocada por la actividad de los microorganismos del suelo. En ella están implicados procesos metabólicos relacionados con los requerimientos nutricionales y energéticos (ciclo de los nutrientes). Generalmente son procesos enzimáticos. Los enzimas extracelulares de organismos heterótrofos como hongos y bacterias, pueden provocar la desactivación de la gran mayoría de los contaminantes orgánicos. PROBLEMAS RELACIONADOS CON LA CONTAMINACIÓN DEL SUELO - PERSISTENCIA, TOXICIDAD: estos contaminantes son muy persistentes, es decir, son muy difíciles de degradas debido a su estructura. Cuando fueron creados, esto era una ventaja, debido a que los organismos no podían digerirlo y morían, pero con el tiempo se vio que tampoco podían ser degradados por el medio, lo que implicaba su acumulación y posterior paso a la cadena trófica. Esa es su principal causa de toxicidad. Actualmente se están realizando pesticidas con estructuras “más fáciles” de romper, pero se siguen acumulando en el suelo y en las plantas. TIPOS DE PESTICIDAS SEGÚN SU TOXICIDAD:     

Supertóxicos: DL50 < 5 mg/kg. Extremadamente tóxicos: 5 > DL50 < 50 mg/kg. Muy tóxicos: 50 > DL50 < 500 mg/kg. De moderada a ligeramente tóxicos: 0,5 > DL50 < 15 g/kg. No tóxicos: DL50 > 15 g/kg.

CONTAMINANTES EMERGENTES: compuestos de origen antrópico que causan efectos tóxicos o ecotoxicológicos y que no están sometidos a legislación: productos farmacéuticos y productos higiene personal (PPCP), productos de limpieza, aditivos industriales, disruptores endocrino. Los PPCP pueden terminar en los medios acuáticos a través descargas de aguas residuales de las plantas de tratamiento de aguas residuales (EDAR) y en los suelos 10

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debido a la generación de lodos de depuradora durante el tratamiento de aguas residuales, pues se emplean como fertilizantes orgánicos. Las aguas superficiales que reciben la descarga de efluentes son vulnerables a los productos farmacéuticos y sus productos de degradación. ORIGEN Y FUENTES: FUENTES PUNTUALES: agua doméstica, efluentes industriales y lixiviados de los vertederos. FUENTES DIFUSORAS: escorrentía agrícola, recarga de los acuíferos y lavado de carreteras.

Todos estos productos van a parar al ambiente acuático: ríos y corrientes, agua del subsuelo y agu...