Acidificación del agua dulce

La expresión acidificación del agua dulce designa los fenómenos de acidificación de aguas no marinas, cuando esta acidificación es de origen antropogénico .

Se trata de lagos de agua , estanques , estanques , manantiales , arroyos y ríos , y la escorrentía de agua o incluso aguas subterráneas . Por extensión, el agua salobre a veces se incluye en esta lista.

Para el químico, la acidificación es una disminución del pH del agua dulce. Cuando se debe a compuestos nitrogenados, la acidificación suele ir acompañada de fenómenos de eutrofización .

Cuando es antropogénico y tiene efectos adversos sobre los ecosistemas , es una forma de contaminación del agua  ; difuso y "transfronterizo".

Tipologías (según el origen de la salinización)

Los fenómenos de acidificación del agua dulce se pueden clasificar en tres categorías principales según su origen:

Los principales contaminantes acidificantes del agua.

Estos contaminantes son principalmente:

  1. el dióxido de azufre y otros compuestos de azufre; provienen principalmente del uso de combustibles fósiles , en calderas y motores industriales y privados; los compuestos de azufre emitida por el uso de combustibles fósiles ( petróleo , carbón , gas natural , condensado de gas natural ). El azufre, durante la combustión, se transforma en dióxido de azufre , una fuente de ácido sulfuroso y ácido sulfúrico .
  2. los compuestos nitrogenados antropogénicos (producidos directa o indirectamente por fotoquímica , opcionalmente a partir de gases precursores emitidos por la industria, el tráfico motorizado, la agricultura industrial y la calefacción por combustibles, todos los cuales producen óxidos de nitrógeno , una fuente de ácido nitroso y ácido nítrico que contamina el el aire y la lluvia , la niebla , el rocío ...
    Su papel ha sido subestimado durante mucho tiempo en términos de contribución a la acidificación del medio, pero ha sido confirmado por numerosos estudios, en particular basados ​​en análisis isotópicos que permitieron demostrar que el nitrógeno de hecho, el ácido que interactúa con los cationes de la cuenca se originó en gran medida a partir de fertilizantes nitrogenados (incluso en Francia);
  3. el dióxido de carbono atmosférico antropogénico).

Estos acidificantes a menudo pueden actuar solos o combinar y multiplicar sus efectos (efecto sinérgico de cócteles contaminantes).

El proceso de acidificación

Para los principales acidificantes, la transición de los desechos antropogénicos a la acidificación del agua o del suelo se realiza en varias etapas:

  1. La emisión al agua, al aire o al suelo de gases o aerosoles que contengan ácidos o precursores de ácidos;
  2. una oxidación que conduce a la formación de iones (por ejemplo, iones sulfato, cloruros y nitratos ...);
  3. la disolución más o menos completa en lluvia o agua dulce de estos iones;

es decir, la formación de estos iones corresponde a la formación de ácido ( ácido sulfúrico , ácido nítrico y ácido clorhídrico en solución, con respecto a los tres iones citados como ejemplo anterior), con formación simultánea de cationes básicos asociados ( principalmente calcio , magnesio , potasio , etc.). Siempre que estos cationes estén disponibles en el medio ambiente (que es más probable en una gran cuenca hidrográfica, cuya naturaleza geológica es predominantemente caliza, áreas que a menudo corresponden a la ubicación de captaciones y captaciones de agua potable en áreas de piedra caliza, mientras que en arcilla o zonas graníticas , por falta de nivel freático , las captaciones se realizan en ríos o lagos y más bien en las cuencas altas donde el agua suele ser menos turbia y menos contaminada, pero donde puede estar más acidificada porque el ácido que contiene tuvo menos tiempo ser neutralizado por los cationes en el medio Cualquiera que sea el contexto, si faltan los cationes en las soluciones, el agua se vuelve "  químicamente agresiva  " para muchas especies vivas;

  1. circulación en el entorno del exceso de iones de hidrógeno en el agua ( agua líquida , vapor , spray, etc.).

Factores que influyen en la acidificación

Varios factores interactúan, entre ellos:

Consecuencias para la salud

Excepto en el caso del "drenaje ácido de las minas" que puede justificar una prohibición total de la natación y la actividad de recreación acuática , la acidificación suele ser demasiado leve para que exista un riesgo directo de quemar la piel humana al nadar, por ejemplo.

Los riesgos son principalmente indirectos:

Consecuencias geofísicas

El agua ácida es más agresiva con los sustratos con los que está en contacto. Por tanto, la acidificación de las aguas superficiales parece ser capaz de agravar ciertos fenómenos de profundización de los cursos de agua (en rocas calizas blandas y especialmente en los llamados cursos de agua de “  alta energía  ”) y en contextos kársticos . La acidificación también puede reducir la capacidad de nanofiltración o microfiltración de determinadas rocas del yacimiento sensibles a los ácidos (calizas, permeables pero no muy defectuosas, en particular).

A la inversa, más arriba, los minerales solubilizados en estos sustratos o en otros lugares pueden cristalizar o alimentar fenómenos de biomineralización de algas o microbios que pueden explicar ciertos bloqueos incrustados en el fondo de los cursos de agua . Este fenómeno resulta de la conjunción de al menos 3 mecanismos (adhesión bacteriana y formación de biopelículas , formación de precipitados y filtración-sedimentación de partículas y necromasa). A veces se observa una obstrucción biomineral a veces llena del fondo del río, que luego puede tener efectos graves en el ecosistema, particularmente en los macroinvertebrados y otras especies de bentos e hyporheos . Este tipo de obstrucción se ha estudiado, por ejemplo, en Francia con el fondo Loue . Puede ser muy eficaz y muy resistente, por ejemplo en caso de comataje férrico (precipitación de hierro y en ocasiones de otros metales localmente abundantes en el suelo)
Este tipo de obstrucción afecta el funcionamiento ecológico del curso de agua, pudiendo en ciertos casos también contexto:

Consecuencias ecologicas

La acidificación del agua induce cambios en la química y bioquímica de los ambientes acuáticos , desde la fuente hasta (en última instancia ) el océano. Todas las aguas marinas superficiales vieron su pH disminuir significativamente de 1751 a 2004 (de un promedio de 8.25 a 8.14).

Más allá de ciertos umbrales (también hablamos de “  cargas críticas  ”, aparecen efectos deletéreos para especies y ecosistemas , debido a un doble efecto:

  1. el efecto inhibidor de la calcificación (ver francamente corrosivo) que puede afectar a priori a todas las especies acuáticas que deben fijar carbonatos para producir su caparazón, rádula o esqueleto (alrededor de seis teramoles de nitrógeno activo y dos teramoles de azufre se inyectarían cada año en la Tierra 's atmósfera . Esto es mucho menos que los 700 teramoles de CO 2, Pero suficiente para tener ecotóxicos efectos en ciertas eco paisaje contextos );
  2. la acidez del agua o del suelo húmedo permite o favorece en gran medida la suspensión y solubilización y consecuentemente la movilidad y biodisponibilidad de numerosos elementos tóxicos e indeseables ( metales pesados , metaloides , radionucleidos, etc.).

Pocas especies animales sobreviven a un pH inferior a 5 y solo unas pocas bacterias extremófilas sobreviven a un pH muy bajo (incluso en el agua de drenaje ácida de las minas).

Además, el nitrógeno también es una poderosa eutrofización, especialmente en forma de amoníaco (tóxico y ecotóxico más allá de ciertos umbrales), amonio e incluso más NO3 , que es particularmente soluble en agua dulce. El nitrógeno antropogénico es una de las principales causas de eutrofización o distrofización de estanques, lagos, marismas y ríos y de determinados suelos. El gas amonio atmosférico procede en particular de fertilizantes de origen animal y fertilizantes nitrogenados  ; cuando se vuelve a depositar en suelo húmedo o se disuelve en agua, este nitrógeno puede producir ácido nítrico e iones de hidrógeno libres. El fósforo de las aguas residuales estuvo o sigue participando a veces en ciertos fenómenos de eutrofización de lagos y otras masas de agua, pero la eutrofización del agua dulce y pobremente mineralizada también tiene efectos adversos. Modificaciones florísticas. (pérdida de biodiversidad y / o diversidad genética ) inducida por la acidificación del agua a menudo resulta de los efectos combinados de la acidificación y la eutrofización inducida por la lluvia ácida de origen industrial, agrícola, vial y urbano.

Las regiones montañosas y premontanas no se libran de la acidificación (especialmente en áreas de granito naturalmente ácidas), con, por ejemplo, lagos subalpinos contaminados por sulfato de amonio . Cualquier sistema o ecosistema de agua muy dulce y naturalmente ácida es vulnerable a él. Los estudios llevados a cabo en Italia y los Países Bajos han demostrado para los sitios estudiados que “en todos estos casos el efecto de la acidificación debido a las transformaciones bioquímicas del amonio, y en particular a la oxidación del amonio, está bien demostrado al bajar el pH a valores por debajo de 4 ” .

Efectos sobre los peces

Más allá de ciertos umbrales de acidificación (y contenido de elementos indeseables en el agua), ciertas especies, luego todas las especies de peces desaparecen. Esto se ha demostrado en particular en el norte de Europa en lagos y ríos afectados por la “lluvia ácida”, tratados con aportes de calcio (tiza, cal). Cabe señalar que, sin embargo, los complejos arcillo-húmicos , cuando y donde existen, pueden limitar los efectos negativos de la acidificación.

Se han demostrado efectos neurológicos y de comportamiento preocupantes en peces expuestos a agua acidificada (in situ y en el laboratorio).
El sentido del olfato de los peces es vital para ellos, para reconocer la firma bioquímica y olfativa de su hábitat, su propia especie y la de las especies competidoras o depredadoras. Sin embargo, recientemente se ha demostrado que en peces marinos, por encima de un umbral (ya alcanzado en ciertas áreas volcánicas donde el CO 2se desgasifica naturalmente desde el fondo), la acidificación del agua altera gravemente el comportamiento de determinadas especies de peces que parecen volverse insensibles a los olores o percibirlos de manera diferente, incluidos los olores que utilizan los peces para orientarse y los de sus depredadores o los que permiten los alevines para detectar zonas de cría y no dejarse llevar por la corriente. Más grave: a un pH de 7,8 (que será el de los mares cálidos alrededor del 2100 según estudios prospectivos ) se atraen las larvas del pez payaso ( Amphiprion percula ) en lugar de huir de los estímulos olfativos que normalmente las repelen (olor a depredador) a este olor; y por encima de un pH de 7,6, las larvas de esta especie ya no parecen percibir ningún estímulo olfativo, lo que aumenta considerablemente el riesgo de que sean depredadas (muy bien demostrado en un documental australiano emitido sobre Arte en 2014). Los peces carnívoros parecen verse más afectados por este fenómeno que los peces herbívoros. No se sabe con certeza si se trata de la acidificación en sí o de un efecto aún incomprendido del CO 2.como molécula en el pescado que está en cuestión, pero los investigadores concluyeron en 2012 un estudio en el que la función de neurotransmisión del sistema olfativo del pescado se ve afectada por la acidificación.
Además, otro estudio mostró en 2011 que la audición del pez payaso también se degrada (desde la etapa juvenil) en agua acidificada, lo que podría alterar su capacidad para escapar u orientarse. Se desconoce si y en cuánto tiempo estos comportamientos anormales y nocivos podrían ser corregidos por los mecanismos de selección natural o si pueden provocar la desaparición de las especies víctimas de los mismos.

No parece que se haya investigado todavía la posibilidad de que existan efectos similares en peces de agua dulce expuestos a agua acidificada.

Efectos en animales con conchas calcáreas o teca

Más allá de ciertos umbrales de acidificación del agua, los animales con caparazón calcáreo o teca (y especialmente sus larvas) tienen dificultades para sintetizar su teca , su esqueleto planctónico o su caparazón .

Se ha demostrado que en el medio marino, cuanto mayor es la acidificación, más dificultades tienen estas especies, incluido el plancton microscópico que se encuentra en la base de la cadena alimentaria, para biosintetizar el carbonato cálcico. Este fenómeno se ha estudiado en particular para las ostras debido a su interés económico, pero sigue estando mal evaluado en agua dulce donde los umbrales son ciertamente diferentes.

Efectos sobre los servicios de los ecosistemas

Cuando la acidificación comienza a afectar a los animales con caparazón de animales que se alimentan por filtración como los mejillones de agua dulce o los "raspadores" como los caracoles acuáticos, contribuye a la degradación de la calidad del agua y los sedimentos (como también ocurre en los océanos con los mejillones y las ostras para ejemplo que filtran y limpian grandes volúmenes de agua diariamente).

Y aunque los filtros son menos efectivos o desaparecen, el agua ácida disuelve una mayor cantidad de metales pesados ​​y otros tóxicos (metaloides, radionúclidos, etc.)

Tendencias y evolución esperada de la "acidez" del agua dulce

Los pronósticos del IPCC (o IPCC en inglés) sugieren un aumento en la tasa de CO 2 en la atmósfera, que por lo tanto debería inducir una disminución del pH del agua, como en los mares.

Un informe del PNUMA prevé una disminución del pH de 0,3 para 2100, mientras que un comunicado de prensa del CNRS sugiere una disminución de 0,4.

Investigar

Uno de los desafíos para la investigación es comprender mejor los efectos sinérgicos , muy complejos, que existen o podrían existir entre la acidificación, la eutrofización, el calentamiento del agua, los fenómenos de anoxia local y otros. Los cambios antropogénicos en el agua dulce, ya que tales sinergias pueden empeorar y / o acelerar. cambios globales.

En Francia: Según datos de Ademe o de diversos programas universitarios, o de la red Renecofor , los cálculos de carga crítica realizados en Francia señalan como regiones vulnerables a la acidificación: las Ardenas, los Vosgos, Alsacia, el Mosela, el este del Macizo Central. , las Landas, el suroeste de Île-de-France, Bretaña, Normandía y ocasionalmente Champagne, el borde occidental del Macizo Central, los Pirineos, debido a que ya son naturalmente ácidos debido a la presencia de un Sótano geológico de granito. Sin embargo, incluso en las regiones predominantemente de piedra caliza, los montículos terciarios o ciertas turberas (turberas de sphagnum) presentes en entornos de los que se han lixiviado los iones básicos a lo largo de las edades también pueden ser muy vulnerables a la acidificación del agua. La eutrofización, que puede agravar los efectos de la acidificación y que a menudo se asocia con ella, afecta a "casi toda Francia: los mapas de cargas críticas de nitrógeno eutrófico sugieren que más del 90% de la superficie de Francia está sujeta a depósitos que conducen o conducirá a la eutrofización de los ecosistemas ” .

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Ver también

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Bibliografía