Lluvia Ácida


1. Lluvia ácida

2. Efectos sobre el suelo

3. Concepto de carga crítica de acidez. Evaluación

 

1. Lluvia ácida

La lluvia ácida se conoce desde hace tiempo, pero se asociaban a emanaciones volcánicas.

En el siglo XX, en Sudbury (Ontario, Canadá) existía la minería de sulfuros más grande del mundo (NiS, CuS, ZnS, CoS...). Se empezó a explotar con métodos tradicionales como la tostación, con la que se emitían gran cantidad de SO2 a la atmósfera. Masas enormes de material empezaron a tostarse y hacia 1920, el entorno de esa ciudad se volvió extraño: "los árboles desaparecen y el suelo se queda desnudo". Las aguas del río Sudbury empezaron a llevar importantes cantidades de metales pesados, sulfuros, Al, Fe, SH2 (tóxico en disolución). El ecosistema quedó gravemente dañado. Se perdieron grandes masas de vegetación, el medio se volvió abiótico y el suelo sufrió fuertes erosiones. La superficie afectada superó el medio millón de hectáreas. Se intentó su recuperación, pero los costos de recuperación fueron mayores que los beneficios de la mina (¡la más grande del mundo!).

En Europa también se empezaron a notar efectos similares, así en Noruega en la década de los 70, los lagos empezaron a enfermar, especies de peces morían. Lo mismo ocurrió en Finlandia donde también se vieron afectados los suelos, así como un debilitamiento forestal que afectó sobre todo a las coníferas cuyas hojas amarilleaban y caían.

En Suecia se dieron cuenta que Alemania emitía gran cantidad de SO2 a la atmósfera:

SO2 + oxidante =====> SO3 + H2O <====> H2SO4

con lo cual se acidifica el suelo. No obstante los efectos perjudiciales de esta lluvia ácida se manifestaron en Noruega, sometida a emisiones de S bastante bajas <3,7Kg/ha de S; sin embargo en Alemania se producían valores muy superiores (de 30 a 60Kg/ha) y los daños aparentes eran menores o inexistentes.

Todo ello nos habla de diferentes sensibilidades de los suelos para un mismo contaminante. En los Países Nórdicos los suelos tienen bajo poder amortiguador frente a la acidez. El pH de los suelos bajaba rápidamente, se liberaban grandes cantidades de Al tóxico, que iba a parar a los ríos. Por el contrario, en los países mediterráneos los suelos se encuentran fuertemente tamponados frente a la acidez, dada la abundancia de materiales carbonatados, y son capaces de neutralizar el impacto de las lluvias ácidas.

Tras estos acontecimientos, los países europeos se concienciaron de que se encontraban ante un amplio problema medioambiental, que no respetaba fronteras.

Las intensidades de las lluvias ácidas actuales se relacionan con las actividades industriales, principalmente con las emisiones de las centrales térmicas y con las producidas por la combustión de hidrocarburos que llevan S, N, Cl, etc. También tienen cierta importancia los procesos de desnitrificación de fertilizantes añadidos a los suelos en dosis excesiva y los procesos naturales similares que se producen en las zonas de manglares, arrozales, volcanes, etc. Actualmente se concentran en los países de mayor desarrollo económico, pero progresivamente se están extendiendo a otras áreas.

A continuación se muestra como puede ir evolucionando las emisiones de SO2 y NOx hasta el año 2010.

El estado de acidificación del suelo en los bosques de Europa se reproduce en la siguiente figura.

Y a continuación se ilustra como se extendería la acidificación de suelos de bosque en Europa en un futuro, incluso si se emplearan plantas correctoras de la acidificación.

2.  Efectos sobre el suelo

Las deposiciones ácidas están constituidas por compuestos de N y S que en una fase posterior pueden formar ácido nítrico o sulfúrico. Aunque en la propia atmósfera se puede producir una parcial neutralización por NH3, lo normal es que éstos compuestos se transmitan a los suelos, de tal forma que provocan un aumento en la acidez de los mismos.

La acidez no neutralizada por las copas de los árboles, entra en el suelo vía infiltración y escorrentía.

La acidificación de los suelos tienen los siguientes efectos:

Reduce los nutrientes al variar su ciclo.

Provoca la movilización de elementos tóxicos como el aluminio (soluble a pH<4.2).

Incrementa de la movilidad de metales pesados.

Provoca variaciones en la composición y estructura de la microflora y microfauna.

Conceptualmente la acidificación equivale a :

Disminución del pH.

Disminución de la saturación en bases.

Aumento en la proporción de H+ y Al+3 en el complejo de cambio.

3. Concepto de carga crítica de acidez (CCA). Evaluación

Se define la carga crítica de acidez de un ecosistema como "nivel máximo de compuestos acidificantes aportados, que no causan cambios químicos que perjudiquen a largo plazo la estructura y funcionamiento del mismo".

Representa un nuevo "concepto" inventado para calcular cuanta acidificación puede recibir un ecosistema sin que se produzcan daños ecológicos.

La determinación de las cargas críticas de modo cartográfico permite delimitar las zonas con exceso de contaminación, evaluar su origen y tomar decisiones que corrijan los daños.

Además de los factores de tipo atmosférico, de localización y tecnológicos que influyen en la distribución de la cantidad de lluvia ácida recibida, los suelos presentan importantes diferencias de sensibilidad a este tipo de impactos según los mecanismos de amortiguación que presenten.

El suelo tiene una capacidad de amortiguación, que está directamente relacionada, con su capacidad del cambio. Así McFee (1980) utilizaba la CCC (capacidad de cambio catiónico) como principal criterio de diagnóstico de la sensibilidad de los suelos frente a agentes ácidos estableciendo una escala de sensibilidad:

sensibles a aquellos suelos con una CCC menor de 6,2 cmol(+)/kg en los 25 cm superficiales

ligeramente sensibles los de CCC entre 6,2 y 15,4

no sensibles aquellos con CCC superior a 15,4

Este criterio aunque es muy simplista fue ampliamente utilizado, lo que llevó a la idea de que el único mecanismo neutralizante de la acidez eran los cationes cambiables. Posteriormente otros investigadores como Reuss y Johnson (1986) diferenciaron tres tipos de sensibilidad:

a la pérdida de bases

al descenso del pH

a la solubilización de Al

Unos años más tarde, apareció el primer Mapa Europeo de la Sensibilidad de los Suelos frente a la Acidificación realizado por los investigadores suecos del SEI en 1990. En este sistema, los tipos de suelos se asignan a cinco clases de acuerdo con la mineralogía de la roca y respuesta a la alteración.

 

 Grados de acidez en función del tipo de material original y de los minerales presentes en el suelo.

 Clase  Minerales  Tipo de roca

 Acidez total

kmolH+/Km2/año

 S

Kg/ha/año

 1  Q, Fp  Granitos, cuarcitas

 <20

 <3

 2  M,Pl,B(5%) Granitos, gneis

 20-50

 3-8

 3  B,A(5%)  Dioritas, grauvacas, esquistos, gabros

500-100

 8-16

 4  Pi, E, O(<5%)  Gabros, basaltos

100-200

16-32

 5  Carbonatos  Calizas, margas

 >200

 >32

Q=Cuarzo, Fp=Feldespato potásico, M=Moscovita, Pl=Plagioclasa, B=Biotita, A=Anfíboles, Pi=Piroxenos, E=Epidota, O=Olivino.

La carga crítica viene dada como la acidez total expresada en kilomol de H+ por kilómetro cuadrado año. En la tabla anterior se aprecian dos rangos de valores, los cuales se han establecido en función de los factores que se indican en la siguiente tabla . Cuando la combinación de los mismos aumenta la sensibilidad del suelo a la acidez, se utiliza el valor más bajo, por el contrario si las condiciones la disminuyen, se debe utilizar el más alto.

 
 Factor

 Condición que decrece CCA

 Condición que aumenta CCA

 Precipitación

 Alta

 Baja

 Vegetación

 Coníferas

 Caducifolias

 Altitud/Pendiente

 Alta

 Baja

 Textura

 Arenosa gruesa

 Fina

 Espesor efectivo

 Somero

 Espeso

 Adsorción SO4=

 Baja

 Alta

 Aportes catiónicos

 Baja

 Alta

El mapa de Europa elaborado por el SEI, "Mapa de Sensibilidad Relativa frente a la Deposición Acida de los Suelos de Europa" o "Mapa de Nivel 0" pone de manifiesto que el factor esencial es la litología, destacando como zonas más sensibles las que presentan materiales graníticos y/o cuarcíticos. La idea básica es que el mecanismo fundamental de la capacidad de amortiguación de la acidez lo constituyen los minerales primarios procedentes de la roca..

El método de elaboración de este mapa tiene algunos errores por el sistema de extrapolación de unos conocimientos obtenidos en países fríos, con suelos jóvenes y escasa velocidad de los procesos de alteración y edafogénesis, a la Europa templada y mediterránea. Nunca podemos pensar que la velocidad de amortiguación de ácidos por mecanismos de hidrólisis de los minerales primarios de los suelos derivados de un mismo tipo de roca (por ejemplo granito) sea la misma en Noruega, Extremadura o Córcega.

Según Macias (1993) estos errores son:

No se tiene en cuenta la influencia de factores clave en la velocidad de alteración como la temperatura, drenaje, y los efectos de superficies reactivas capaces de neutralizar ácidos. Tampoco se tiene en cuenta la influencia del clima excepto por los modificadores de altitud y precipitación (generalización de los suelos del norte de Europa a los del sur).

Otro riesgo es que la capacidad de neutralización de ácidos no es homogénea.

Como conclusión podemos decir que dado que en la cinética de todos los mecanismos de amortiguación interviene la temperatura, estos procesos deben ser más eficientes hacia el sur y, por el contrario, en el norte las áreas de suelos incipientes, de escasa profundidad, con climas fríos y abundancia de masas de agua cerradas (lagos) serán las que pueden verse afectadas incluso con pequeñas aportaciones acidificantes.

Otro procedimiento para determinación de cargas críticas es el seguido por UN/ECE/LRTAP, lleva consigo los siguientes pasos:

Selección de los receptores. Estos serán, en primer lugar, los suelos forestales y, en aquellos países en los que existen gran cantidad de masas de agua cerradas, las aguas superficiales (lagos y ríos). Otros receptores sensibles serán las aguas freáticas.

Determinar unos criterios químicos críticos de control.

En la siguiente tabla se muestran los umbrales elegidos para las cargas críticas de los contaminantes SOx, NOx y NHx en los diversos países europeos.

Los criterios químicos críticos pueden convertirse en sus correspondientes límites de CNA (capacidad de neutralización de ácidos) por aplicación de procedimientos de cálculo y teniendo en cuenta diferentes modelos de simulación del sistema real.

Como modelo de cálculo el más utilizado es el conocido como "balance de masas simple" que considera una situación de equilibrio estacionario. Se trata de conservar el estado ácido-base del suelo manteniendo el pH y grado de saturación de bases dentro de un rango que no sea tóxico para las raíces y permita un adecuado aporte nutritivo (pH>4,0 ó 4,4, <85% de insaturación en el CCC y una relación Al/Ca en la disolución <1,5 expresada en miliequivalentes).

Problemas metodológicos en la determinación de cargas críticas en Europa:

Se ha utilizado un modelo estacionario.

Incertidumbre en la validez de los niveles críticos.

Algunos de los sistemas utilizados son demasiado simplistas.

Problemas de mala calidad de los datos iniciales o insuficiencia de la información básica.

Así se ha utilizado como base cartográfica la carta Europea de Suelo (FAO, 1:1.000.000) a partir de la cual se deduce (¡!) la composición mineralógica (incluso a veces se ha utilizado la litología sustituyendo a los suelos). En este sistema las unidades cartográficas con la misma denominación (por ejemplo, cambisoles húmicos) pueden tener propiedades y por tanto respuestas frente a la acidificación muy diferentes, según el material de partida, condiciones climáticas....

En definitiva, el concepto de carga crítica representa un valioso elemento para la evaluación del grado máximo de contaminación del suelo, pero su cálculo es complejo y todavía se ha de avanzar mucho en su metodología.

La carga crítica considerada en este tema se ha limitado al aspecto de la acidez, pero el concepto de carga crítica puede ser aplicado a cualquier contaminante, y de hecho así se está aplicando actualmente con notables éxitos, para la mayoría de los contaminantes más frecuentes en los suelos.


 
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