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CALIDAD DE AIRE EN LA CIUDAD DE BUENOS AIRES Monitoreo de líquenes como bioindicadores de contaminación Agencia de Protección Ambiental Ministerio de Ambiente y Espacio Público CALIDAD DE AIRE EN LA CIUDAD DE BUENOS AIRES Monitoreo de líquenes como bioindicadores de contaminación Índice 1. Conceptos generales de Educación Ambiental 2 1.1 Ambiente 3 1.2 Problemática ambiental 3 2. Calidad del recurso aire 4 2.1 Composición de la atmósfera 2.2 Las funciones de la atmósfera 2.3 Fuentes de emisiones naturales y antrópicas 2.4 Contaminación del aire 2.5 Efectos ambientales 2.6 Límites de concentración de contaminantes atmosféricos y reglamentación de la Ciudad 2.7 Métodos de monitorización: instrumental y bioindicación 4 6 7 8 10 13 14 3. Bioindicación 15 3.1 ¿Qué es un líquen? 3.2 Hongos. Biología y ecología 3.3 Algas y cianobacterias. Biología y ecología 3.4 Líquenes. Biología y ecología 3.5 Tipos de reproducción 3.6 Tipos morfológicos y su resultado adaptativo 3.7 ¿Cómo afecta la contaminación a los líquenes? 3.8 Los líquenes como bioindicadores de calidad de aire 3.9 Sucesión ecológica y su importancia como indicadores de contaminación 3.10 Ventajas y desventajas de la aplicación de los bioindicadores 15 15 16 16 17 18 19 20 20 21 4. Bibliografía 22 Autores Sonia Cabrera, Gabriel Giacobone Jefatura de Información y Formación Ambiental Unidad de Relaciones Institucionales, Comunicación e Información Ministerio de Ambiente y Espacio Público Agencia de Protección Ambiental CALIDAD DE AIRE EN LA CIUDAD DE BUENOS AIRES Monitoreo de líquenes como bioindicadores de contaminación 1. CONCEPTOS GENERALES DE EDUCACIÓN AMBIENTAL “La Educación Ambiental promueve procesos orientados a la construcción de valores, conocimientos y actitudes que posibiliten formar capacidades que conduzcan hacia un desarrollo sustentable basado en la equidad y justicia social, el respeto por la diversidad biológica y cultural”. (Ley Nº 1687/05) La Educación Ambiental se define como “un proceso permanente a través del cual los individuos y la comunidad toman conciencia de su medio y adquieren los conocimientos, los valores, la competencia, la experiencia y la voluntad de actuar en forma individual o colectiva en la resolución de los problemas ambientales presentes y futuros” (Tbilisi, 1977). Sus objetivos más importantes son: • Promover una clara conciencia y preocupación sobre la interdependencia económica, social, política y ecológica en áreas urbanas y rurales. • Proveer a cada persona de oportunidades para adquirir los conocimientos, valores, actitudes, compromisos y habilidades necesarios para proteger y mejorar el ambiente, y para el logro de los objetivos del desarrollo sustentable. • Crear en los individuos, grupos y la sociedad entera, nuevos patrones de comportamiento y responsabilidades éticas hacia el ambiente (Tbilisi, 1977). Principios de la Educación Ambiental1: • Considera el ambiente en su totalidad: tanto el natural como el construido por el hombre, incluyendo aspectos ecológicos, políticos, económicos, sociales, legislativos, culturales y estéticos. • Constituye un proceso continuo que dura toda la vida. • Tiene un enfoque interdisciplinario y transversal. • Enfatiza la activa participación de la gente en la prevención y resolución de problemas ambientales. • Considera las cuestiones ambientales en su dimensión presente y futura. • Estudia las cuestiones ambientales a escala global y toma en cuenta las diferencias regionales. • Analiza las cuestiones del desarrollo y crecimiento económico desde una perspectiva ambiental. • Promueve el valor de cooperar en el ámbito local, nacional e internacional. La complejidad de las temáticas ambientales requiere de un abordaje pedagógico transversal e interdisciplinario, caracterizado por un enfoque sistémico y holístico propio de las cuestiones ambientales. La educación ambiental debe ser entendida como un aprendizaje para la sostenibilidad; es un proceso basado en valores para la transformación social. 1 Damin, R. y Monteleone, A., Temas ambientales en el aula. Una mirada crítica desde las ciencias sociales., Editorial Paidós, Buenos Aires, Argentina, 2002 2 CALIDAD DE AIRE EN LA CIUDAD DE BUENOS AIRES Monitoreo de líquenes como bioindicadores de contaminación 1.1 Ambiente Es un sistema complejo que resulta de la interacción de dos sistemas menores, el natural y el sociocultural. Las relaciones que se dan entre ambas partes implican procesos de creación cultural y tecnológica, y procesos históricos y sociales de transformación del medio natural y del construido. El ambiente como definición, es una construcción social. Relación Sociedad-Naturaleza: • La naturaleza como fuente de recursos: la comunidad toma del ambiente los recursos naturales, a los que suma otro tipo de recursos (humanos, tecnológicos o financieros) para obtener los productos que le permiten satisfacer sus necesidades. • La naturaleza como receptora de desechos: en el proceso descrito, la sociedad no aprovecha la totalidad de lo que toma de la naturaleza, sino que, a lo largo de la cadena productiva y en su vida cotidiana, genera una gama de desechos que indefectiblemente retornan al ambiente en forma de residuos, emisiones y efluentes. • La naturaleza como objeto de estudio: el hombre investiga los componentes y procesos naturales para alcanzar su comprensión y poder así ejercer un uso y una gestión correcta de la naturaleza. • La naturaleza como medio de esparcimiento: los sitios naturales ofrecen al hombre espacios de recreación y contemplación para su disfrute y esparcimiento. 1.2 Problemática ambiental Según el Programa Argentina Sustentable (PAS) “en la interacción sociedad/naturaleza, existen numerosos y diversos grados de afectación mutua. Más allá de la complejidad e interdependencia de éstas relaciones, expresan diferentes modos de apropiación, uso y significado del territorio. Cuando las formas culturales de apropiación de la naturaleza implican un quiebre, agresión, amenaza o impactos negativos, en general, a los ecosistemas y a las sociedades, hay problemática ambiental” 2. También se podría definir como: “aquellas interrelaciones entre la sociedad y el medio físico (transformado o no) que generan directa o indirectamente consecuencias negativas sobre la salud de la población presente y/o futura, sobre sus actividades y relaciones sociales, sobre los componentes de la flora y la fauna, y pueden alterar las condiciones estéticas y sanitarias del ambiente” (Di Pace y Reese, 1999). 2 www.ambiente.gob.ar 3 CALIDAD DE AIRE EN LA CIUDAD DE BUENOS AIRES Monitoreo de líquenes como bioindicadores de contaminación 2. CALIDAD DEL RECURSO AIRE 2.1 Composición de la atmósfera La atmósfera es la capa de aire que rodea la Tierra. Por aire entendemos a la mezcla homogénea de gases y partículas en suspensión. Esta mezcla no posee una forma definida sino que se esparce y llena todo el espacio disponible de manera que nada está realmente vacío. Tampoco puede escapar hacia el espacio exterior de la atmósfera dado que la fuerza de gravedad evita que se aleje de la Tierra. En la actualidad el aire constituye uno de los recursos básicos de todo ser vivo. Por minuto una persona respira en promedio unas 17 veces. Inhalando y exhalando aproximadamente medio litro de aire, así por día nuestros pulmones filtran unos 720 litros (15kg) de aire3. En nuestros días la atmósfera contiene principalmente un 78% de nitrógeno (N2), un 20,9% de oxígeno (O2), 0,9% de argón (Ar2), estando presentes asimismo otros componentes naturales. TABLA 1 Composición de la atmósfera expresada como porcentaje en volumen CONCENTRACIÓN APROXIMADA %/vol. COMPONENTE Nitrógeno (N2) 78.084 Oxígeno (O2) 20.946 Dióxido de Carbono (CO2) 0.033 Argón (Ar) 0.934 Neón (Ne) 0.0018 Helio (He) 0.000524 Criptón (Kr) 0.000114 Xenón (Xe) 0.000008 Hidrógeno (H2) 0.01 Metano (CH4) 0.0002 Óxido Nitroso (N2O) 0.00005 Vapor de Agua (H2O) Variable Ozono (O3) Variable Partículas Variable Fuente: Seinfield, J.H., Atmospheric Chemistry and Physics of Air Pollution, J. Wiley & Sons, 1986 3 FARN, Calidad de Aire y Ruidos en la Ciudad de Buenos Aires, Proyecto Buenos Aires Sustentable, 2000. 4 CALIDAD DE AIRE EN LA CIUDAD DE BUENOS AIRES Monitoreo de líquenes como bioindicadores de contaminación La concentración de la mayoría de los constituyentes del aire permanece casi constante debido a los fenómenos de mezcla, las únicas excepciones son el ozono (O3), el vapor de agua y las partículas. La atmósfera no es homogénea y pueden reconocerse en ellas varias capas o estratos que se diferencian entre sí por presentar variaciones en parámetros físico-químicos tales como la temperatura y la presión. IMAGEN 1 Estructura general de la atmósfera C A PA S D E L A AT M Ó S F E R A E XOSFERA Sputnik I Auroras A Au uroras u urro ro p polares l I ON OSFERA 1000 1 000 RAYOS RAY R RA AY AY YOS OS X RAYOS GAMMA AYOS OS G OS GA AMMA A Gases N2 y H2 80 N aves a s en n Naves ór ó rrbita te rrr órbita terrestre Nubes luminiscentes 95 M ESOSFERA Inicio de la ionosfera RAYOS UV 50 5 E ST RAT OSFERA Aviones super sónicos Estrellas fugaces Nubes generadas por explosiones atómicas Globos meteorológicos 12 T R O P O S F E R A IR Monte Everest 8848 m Aviones a reacción Te m p e r a t u r a ( ° C ) Altitud kilómetros 500 60 Contaminantes Nubes de tipo nimbo Fenómenos de precipitación Globos tripulados 20 Agencia de Protección Ambiental | Basado en www.educa.madrid.org 5 CALIDAD DE AIRE EN LA CIUDAD DE BUENOS AIRES Monitoreo de líquenes como bioindicadores de contaminación 2.2 Funciones de la atmósfera Filtro protector Esta función es vital ya que en la atmósfera se absorbe la mayor parte de la radiación electromagnética nociva emitida por el Sol, en la que son importantes dos regiones: • Una de ellas es la Ionosfera que absorbe las radiaciones electromagnéticas con mayor energía y por lo tanto la que mayor daño puede provocar a la vida, como son los rayos X y Gamma por medio del hidrógeno y el nitrógeno. Gases que componen ésta capa. • La otra región preponderantemente filtradora es la Estratosfera que posee la misma cantidad de gases que la Troposfera pero dispuestos en estratos, en donde el más conspicuo es la capa de Ozono que se encuentra entre los 20 y 50Km filtrando la mayor cantidad de radiación UV. Del total de radiación solar que incide sobre la Tierra, aproximadamente sólo un 50% llega a la superficie. Del otro 50%, un 20% es absorbido por las nubes y gases atmosféricos (ejemplo de esto es el ozono estratosférico) y el otro 30% se pierde hacia el espacio (la atmósfera dispersa un 6%, las nubes reflejan un 20% y el suelo refleja el otro 4 %)4. Regulación térmica La radiación que llega a la superficie terrestre produce que ésta se caliente emitiendo rayos infrarrojos (IR). Ésta radiación devuelta por la tierra y la biosfera es reflejada por los gases de efecto invernadero (GEI) provocando que gran parte sean capturados. Este efecto amortigua la temperatura evitando los extremos térmicos. El efecto invernadero natural es un fenómeno asociado al hecho de que ciertos gases presentes en la atmósfera son capaces de reflejar radiación IR (calor); algunos de estos GEIs son: vapor de agua (H2O), dióxido de carbono (CO2), metano (CH4) y óxido nitroso (N2O); todos transparentes a la luz visible del sol, pero no a la luz infrarroja emitida por la superficie terrestre, reemitiéndola hacia la Tierra y aumentando la temperatura de ésta. La mayoría de esos gases proceden de fuentes naturales, aunque la proporción de emisiones de tipo antropogénico en los últimos 200 años no cesa de aumentar5. La cantidad de calor “atrapado” dependerá de la concentración de los GEI en la atmósfera. Gracias a la capacidad de la atmósfera de retener gran parte de la radiación infrarroja (efecto invernadero), se mantiene una temperatura media de equilibrio de 15ºC, muy superior a los –18ºC previstos de no registrarse esa absorción por los gases traza de efecto invernadero. 4 CEPIS; Curso de Autoinstrucción, Conceptos Básicos de Meteorología de la Contaminación del Aire, traducido y adaptado de “SI: 409 Basic Air Pollution Meteorology Course” (U.S. EPA). http://www.cepis.org.pe/bvsci. 5 Guggenheim, D., Gore, A., La Verdad Incómoda, ed. Pauamount Home Entertainment 2005. 6 CALIDAD DE AIRE EN LA CIUDAD DE BUENOS AIRES Monitoreo de líquenes como bioindicadores de contaminación 2.3 Fuentes de emisiones naturales y antrópicas Las fuentes de emisión de gases son diversas, la atmósfera se puede contaminar por factores naturales como incendios forestales o pastizales, erupciones volcánicas y radiaciones solares, pero el mayor índice es provocado de manera directa o indirecta, por las actividades antrópicas. Imagen 2 Incendios de pastizales en el Delta del Paraná Wikipedia Nasa Earth Observatory Las fuentes de contaminantes causados por actividades humanas se pueden clasificar en: • Fuentes fijas puntuales: son aquellas que poseen una dimensión espacial determinada puntual, o superficialmente acotada. Por ejemplo proveniente de la actividad industrial y la construcción, actividades comerciales, agropecuaria, doméstica. • Fuentes fijas lineales: definidas así porque poseen una dimensión predominante (largo) sobre la otra (ancho), por ejemplo vías de acceso (autopistas, avenidas, vías de ferrocarril o subte), cableados de alta tensión. • Fuentes móviles: fuentes que no pueden ser acotadas a un punto o superficie fija, ejemplo de esto es el transporte en general tomado como entidades discretas (aéreo y terrestre principalmente), manifestaciones móviles. Imagen 3 Fuentes de emisión de gases Agencia de Protección Ambiental Ministerio de Ambiente y Espacio Público 7 CALIDAD DE AIRE EN LA CIUDAD DE BUENOS AIRES Monitoreo de líquenes como bioindicadores de contaminación Ministerio de Ambiente y Espacio Público Agencia de Protección Ambiental 2.4 Contaminación del aire La OMS define al aire contaminado como “el aire en cuya composición existen una o varias sustancias extrañas, en cantidades y durante un período de tiempos tales, que pueden resultar nocivas para el hombre, los animales, las plantas o la tierra”6. En la legislación de la Ciudad de Buenos Aires se define como contaminante a: “cualquier agente físico, químico o biológico capaz de producir contaminación ambiental”. Y por contaminación se entiende: “la presencia en el ambiente de cualquier agente físico, químico o biológico, o de una combinación de varios agentes, en lugares, formas y concentraciones tales que sean o puedan ser nocivos para la salud, seguridad o bienestar de la población o perjudiciales para la vida animal o vegetal, o impidan el uso o goce de las propiedades y lugares de recreación”7. Clasificación de los contaminantes según su origen Si tenemos en cuenta el origen de los contaminantes químicos estos se pueden clasificar en contaminantes primarios y secundarios8. • Contaminantes primarios: son aquellos que se emiten a la atmósfera directamente de la fuente y mantiene la misma forma química. Pueden ser gaseosos o particulados. Los contaminantes primarios atmosféricos son: los óxidos de carbono (Dióxido y Monóxido de carbono, CO2 y CO respectivamente), de azufre, de nitrógeno, y los compuestos halogenados. Los compuestos orgánicos volátiles (COV) se los puede incluir dentro de los más tóxicos. • Contaminantes secundarios: son aquellos compuestos que se forman en la atmósfera a partir sus propios elementos sumados a contaminantes primarios. Entre ellos se destacan los oxidantes fotoquímicos (que son producto de gases primarios y la radiación solar) como los NOX o el ozono (O3) que es el componente principal del smog fotoquímico. También pueden tomarse como contaminantes secundarios a los ácidos nítricos y sulfúricos originados de compuestos oxidados de nitrógeno y azufre que reaccionan con la humedad ambiente. 6 Fundación Ciudad, Aire y Ruido en Buenos Aires. Guía de trabajo Foro Aire y Ruido en Buenos Aires, noviembre de 1999. 7 Ordenanza 39025/83 Código de Prevención de Contaminación Ambiental. 8 CEPIS; Curso de Autoinstrucción, Control de Contaminación del Aire, traducido y adaptado de “SI: 422 Air Pollution Orientation Course” (U.S. EPA). http://www.cepis.org.pe/bvsci 8 CALIDAD DE AIRE EN LA CIUDAD DE BUENOS AIRES Monitoreo de líquenes como bioindicadores de contaminación Imagen 4 Contaminantes primarios y secundarios Contaminantes Primarios: Aquellos procedentes directamente de las fuentes de emisión CO SOx La mayoría de los Hidrocarburos NOx Contaminantes Secundarios: O3 Aquellos originados en el aire por interacción entre dos o más contaminantes primarios, o por sus reacciones con los constituyentes normales de la atmósfera H2SO4 HNO3 Agencia de Protección Ambiental | Basado en www.educarchile.cl Los contaminantes químicos también se han clasificado como contaminantes criterio y contaminantes peligrosos9. Los contaminantes criterio: son aquellos para los cuales se han establecido normas argentinas nacionales de calidad del aire. Los contaminantes criterio se han identificado como comunes y perjudiciales para la salud y el bienestar de los seres humanos. Se les llamó contaminantes criterio porque fueron objetos de estudios de evaluación publicados en documentos de criterios de calidad del aire. En el nivel internacional los contaminantes criterio son: • Monóxido de carbono (CO) • Óxidos de azufre (SOX) • Óxidos de nitrógeno (NOX) • Ozono (O3) • Plomo (Pb) (en la actualidad el plomo de las naftas es reemplazado por Benceno) • Material particulado 9 CEPIS; Curso de Autoinstrucción, Control de Contaminacion del Aire, traducido y adaptado de “SI: 422 Air Pollution Orientation Course” (U.S. EPA). http://www.cepis.org.pe/bvsci. 9 CALIDAD DE AIRE EN LA CIUDAD DE BUENOS AIRES Monitoreo de líquenes como bioindicadores de contaminación Los contaminantes peligrosos: incluyen los compuestos orgánicos volátiles (COV), el asbesto, el cloruro de vinilo (como por ejemplo el PVC) y el mercurio. La concentración de los contaminantes atmosféricos suele expresarse en 3 tipos de unidades. La primera unidad empleada para contaminantes gaseosos, es la de partes por millón sobre volumen, y cuyo símbolo es ppm. Algunas veces, para determinar la concentración de sustancia química en un volumen se utilizan las partes por billón (ppb). La segunda unidad de concentración frecuentemente utilizada está basada en el peso por unidad de volumen de aire es ug/m³ (microgramos por metro cúbico). Se utiliza para las partículas y gases. La tercera unidad, solo utilizada en la legislación de la Ciudad de Buenos Aires, es mg/m³ (miligramos por metro cúbico) según la Ordenanza 39.025/83 en el código de prevención de la contaminación ambiental de la Ciudad de Buenos Aires. Los tres tipos son utilizados tanto por la EPA, la OMS o en Argentina y se utilizará indistintamente dependiendo del tipo de contaminante que se esté midiendo. 2.5 Efectos ambientales A nivel global los contaminantes químicos inciden en el efecto invernadero natural; así mismo varios de ellos contribuyen a la pérdida de ozono estratosférico evidenciado en el adelgazamiento de la capa en las regiones polares y pueden producir efectos nocivos como lluvia ácida en zonas alejadas a kilómetros de las fuentes de emisión por transporte eólico. Los efectos pueden verse a diferentes escalas. En una menor escala, a nivel local, las consecuencias más comunes con la vida cotidiana se demuestran como pérdida de visibilidad o tinción de los edificios por el material particulado en suspensión, producto de la gran cantidad de gases que se desprenden de la combustión de automóviles, industrias o quemas en general. Aumento del efecto invernadero El efecto invernadero se produce de manera natural y es sumamente necesario para la vida en el planeta Tierra. No obstante, desde la revolución industrial, período comprendido entre la segunda mitad del siglo XVIII y principios del XIX; la concentración de GEIs en la atmósfera ha aumentado de manera exponencial10. Según el Informe de Síntesis 2007 del IPCC sobre cambio climático: “Las concentraciones atmosféricas mundiales de dióxido de carbono (CO2), metano (CH4) y óxido nitroso (N2O) han aumentado notablemente por efecto de las actividades humanas desde 1750, y son actualmente muy superiores a los valores preindustriales”11. El CO2 es el GEI de origen antrópico más importante y sus emisiones anuales han aumentado en torno a un 80% entre 1970 y 200412. 10 Guggenheim, D., Gore, A.: “La Verdad Incómoda”; Ed. Pauamount Home Entertainment, 2005. 11 Pachauri, R. K., Reisinger, A., (directores de la publicación), Cambio climático 2007: Informe de síntesis. Contribución de los Grupos de trabajo I, II y III al Cuarto Informe de Evaluación del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático, p. 2, IPCC, Ginebra, Suiza, 2007. 12 Pachauri, R. K., Reisinger, A., (directores de la publicación), Cambio climático 2007: Informe de síntesis. Contribución de los Grupos de trabajo I, II y III al Cuarto Informe de Evaluación del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático, p. 5, IPCC, Ginebra, Suiza, 2007. 10 CALIDAD DE AIRE EN LA CIUDAD DE BUENOS AIRES Monitoreo de líquenes como bioindicadores de contaminación Imagen 5 Retroceso de los Glaciares Glaciar Upsala, Patagonia Argentina elsofista.blogspot.com Lluvia ácida Imagen 6 El pH natural de la lluvia oscila entre 5 y 5,7. Este Efecto de la lluvia ácida sobre bosques efecto se produce por el contenido de dióxido de carbono (CO2), gas que en contacto con la humedad atmosférica forma ácido carbónico. Se considera que la lluvia es ácida cuando su pH es menor a 5. Algunos contaminantes químicos atmosféricos como NOX, SOX y el aumento de éstos junto al incremento de CO2, contribuyen a que éste pH disminuya aún más, dando como consecuencia distintos tipos de deposiciones ácidas al reaccionar con el vapor de agua, precipitando de forma húmeda o seca13 en aguas, suelos, como también corroyendo por oxidación, construcciones y monumentos. Una de las consecuencias más llamativas es el impacto negativo que producen www.ucm.es en la vegetación quemando y diluyendo la capa protectora de la superficie expuesta de las hojas y metiéndose en el interior de la misma desprovista de protección. Un ejemplo importante a nivel mundial es la llamada “muerte de los bosques”, el ejemplo más conocido es el de la Selva Negra en Alemania14. Está demostrado que en ecosistemas acuáticos la acidificación puede ocasionar la desaparición de plancton y organismos autótrofos en general. 13 Puede ocurrir que la deposición ácida se produzca pero con bajo contenido de agua en comparación con el contaminante denominada “deposición ácida seca o mezclada”, con mayor cantidad de agua la precipitación se la denomina lluvia ácida, o nieve ácida. 14 Nebel, B. J., Wright, R. T.: Ciencias Ambientales. Ecología y desarrollo sostenible, p. 405, cap. 16 6ta ed. Prentice Hall, México 1999. 11 CALIDAD DE AIRE EN LA CIUDAD DE BUENOS AIRES Monitoreo de líquenes como bioindicadores de contaminación O3 troposférico Anteriormente nos referimos a la formación de O3 troposférico como el mayor componente del smog fotoquímico. Este compuesto posee una alta capacidad oxidativa provocando envejecimiento del tejido epitelial, mayormente la zona superior de las vías respiratorias donde se manifiesta como irritación faríngea o secreción nasal. Otros de los síntomas son tos, silibancia, dolores pectorales, cefálicos y fatiga. Los efectos son acumulativos aunque puede haber cierta tolerancia reduciéndose los síntomas, luego de días de exposición. Otros gases Como dijimos, los contaminantes criterio son aquellos para los cuales se han establecido normas nacionales de calidad del aire. Entre ellos encontramos el monóxido de carbono (CO), el ozono (O3), los óxidos de azufre (SO2), el material particulado, los óxidos de nitrógeno (NO2) y el plomo (Pb). En el siguiente cuadro se presenta de manera sintética los principales efectos que estos contaminantes ejercen sobre el ambiente y la salud humana: 2.6 Límites de concentración de contaminantes atmosféricos y reglamentación de la Ciudad. TABLA 2 Principales contaminantes químicos y efectos ambientales Contaminante Efectos ambientales Efectos en la salud* Ozono (O3) Daña la vegetación Lesiones pulmonares Irritación de los ojos Problemas respiratorios Dióxido de Azufre (SO2) Causa lluvia ácida Mata la vida acuática Daña los bosques Deteriora edificios y monumentos Forma smog fotoquímico Irritación de los ojos Lesiones pulmonares Infecciones en tracto respiratorio Bronco-espasmo Óxido de Nitrógeno (NOX) Forma lluvia ácida Deteriora los edificios y monumentos Daña los bosques Forma smog fotoquímico Lesiones pulmonares Irritación ocular Infección de vías respiratorias Exacerbación del asma Monóxido de Carbono (CO) Forma smog fotoquímico Partículas suspendidas totales y PM10 Reduce la visibilidad Daña los cultivos Tiñe edificios y monumentos Reduce el transporte de O2 sanguíneo Dolores de cabeza Menor claridad mental Náuseas y vómitos Fatiga Lesiones cardíacas Muerte Lesiones pulmonares Irritación de los ojos 12 Elaborado con información de: Nebel, B. J., Wright, R. T.: Ciencias Ambientales. Ecología y desarrollo sostenible, cap. 15 y 16, 6ta ed., Prentice Hall, México 1999. Parker, A.: Contaminación de aire por la industria, cap. 1 y 2, ed. Reverté S.A., España, 1983. Monóxido de Carbono (CO) Forma smog fotoquímico CALIDAD DE AIRE EN LA CIUDAD DE BUENOS AIRES Monitoreo de líquenes como bioindicadores de contaminación Partículas suspendidas totales y PM10 Plomo (Pb) COV sanguíneo Dolores de cabeza Menor claridad mental Náuseas y vómitos Fatiga Lesiones cardíacas Muerte Reduce la visibilidad Daña los cultivos Tiñe edificios y monumentos Lesiones pulmonares Irritación de los ojos Contamina los cultivos y el ganado Lesiones cerebrales y renales Daño SNC Trastorno de aprendizaje Forman lluvia ácida Mata la vida acuática Daña los bosques Deteriora edificios y monumentos Forma smog fotoquímico Cefaleas, Vértigo y Náuseas Lesiones pulmonares Irritación de vías respiratorias superiores Depresores del SNC Carcinogénico Elaborado con información de: Nebel, B. J., Wright, R. T.: Ciencias Ambientales. Ecología y desarrollo sostenible, cap. 15 y 16, 6ta ed., Prentice Hall, México 1999. Parker, A.: Contaminación de aire por la industria, cap. 1 y 2, ed. Reverté S.A., España, 1983. Miller, G. T.: Ciencia Ambiental, Preservemos la Tierra, cap. 8 y 9, 5ta ed., Ed. Thomson, 2003. Yassi, Annalee, et all. Salud Ambiental Básica, Serie de textos básicos para la formación ambiental n º 7, cap. 2 y 5, PNUMA, OMS, INHEYM-Ministerio de Salud Pública de Cuba, 2002. Chang, R., Química, cap. 17, 6ta ed. Mc Graw-Hill, 1999. CEPIS; Curso de Autoinstrucción, Control de Contaminación del Aire, lección 4, traducido y adaptado de“SI: 422 Air Pollution Orientation Course” (U.S. EPA). http://www.cepis.org.pe/bvsci. *Los efectos sobre la salud dependen de la concentración del contaminante, así como también del período de exposición del individuo. Imagen 7 Fuente: Coordinación de Gestión Ambiental, 2007 Agencia de Protección Ambiental En la Ciudad de Buenos Aires está en vigencia la Ley Nº 1356, de Calidad Atmosférica, la misma tiene por objeto la regulación en materia de preservación del recurso aire y la prevención y control de la contaminación atmosférica, para orientar las políticas y planificación urbana en salud y ejecutar acciones correctivas o de mitigación; estableciendo los límites de emisión. 13 CALIDAD DE AIRE EN LA CIUDAD DE BUENOS AIRES Monitoreo de líquenes como bioindicadores de contaminación TABLA 3 Estándares de calidad de aire ambiental (Ley Nº 1.356) para contaminantes criterio Contaminante Dióxido de azufre Material particulado en suspensión Símbolo SO2 PM10 Monóxido de Carbono CO Ozono O2 mg/m3 ppm Período Tipo de norma* 0.08 0.03 Media aritmética anual Primario 0.365 0.14 Promedio 24 h Primario 1.3 0.5 Promedio 3 h Secundario 0.050 Media aritmética anual Primario y Secundario 0.15 Promedio 24 h 0.015 Media aritmética anual 0.065 Promedio 24 h Primario y Secundario 10 9 Promedio 8 h Primario 40 35 Promedio 1 h Primario 0.157 0.08 Promedio 8 h Primario y Secundario 0.235 0.12 Promedio 1 h Primario y Secundario 0.053 Media aritmética anual Primario y Secundario Promedio trimestral Primario y Secundario Dióxido de Nitrógeno NO2 0.100 Plomo PB 0.0015 Fuente: Ley Nº 1.356 de Calidad Atmosférica, Boletín Oficial Nº 2000 * Las normas se dividen en: Primarias: se refiere a la protección de la salud de la población. Secundarias: se refiere a la protección de los recursos naturales y el ambiente. 2.7 Métodos de monitorización: instrumental (Red de monitoreo de calidad atmosférica) y bioindicación. Imagen 8 Red de monitoreo de calidad de aire de la Ciudad Para monitorear la calidad de aire existen diversos métodos; de manera general podemos clasificarlos en: instrumentales: aquellos que se realizan mediante el empleo de instrumentos y aparatos tecnológicos. Por ejemplo, Red de Monitoreo de la Calidad de Aire de la Ciudad de Buenos Aires. bioindicadores: empleando diferentes organismos como indicadores de la calidad del aire. Agencia de Protección Ambiental 14 CALIDAD DE AIRE EN LA CIUDAD DE BUENOS AIRES Monitoreo de líquenes como bioindicadores de contaminación 3 Bioindicación 3.1. ¿Qué es un líquen? Un líquen es una asociación simbiótica entre un hongo (Reino Fungi) y un organismo fotosintético como un alga (Reino Protista) o una cianobacteria (Reino Monera)15. “La simbiosis es una asociación íntima y a largo plazo entre organismos de dos especies diferentes. Las relaciones simbióticas prolongadas pueden dar como resultado cambios evolutivos profundos en los organismos que intervienen, como en el caso de los líquenes, una de las simbiosis más antiguas y ecológicamente más exitosas. Se considera generalmente que existen tres tipos de relaciones simbióticas: el parasitismo, el mutualismo y el comensalismo”16. En el caso de los líquenes el tipo simbiótico es mutualista ya que los dos organismos se ven beneficiados por la asociación. 3.2. Hongos. Biología y ecología Básicamente los hongos son organismos heterótrofos de tipo saprótrofo (descomponedores de materia orgánica). Desempeñan un papel ecológico importante como descomponedores aunque también varios son parásitos de muchos tipos de organismos. “Por otra parte, son de gran utilidad en la industria de la fabricación de vinos, quesos, pan, medicamentos, productos biotecnológicos y en el control biológico de plagas y enfermedades17. Son organismos que no poseen movilidad propia en ninguna parte de su ciclo de vida dispersándose, las esporas, por medio del viento o la lluvia. No poseen tejidos verdaderos sino que sus Talos (aparato vegetativo poco diferenciado) están formados por un conjunto de células originadas de una espora y que al dividirse forma una hifa (filamento de células fúngicas), el conjunto de hifas forman una masa denominada micelio que muchas veces hasta pueden tener distinto origen genético (provenientes de varios individuos distintos). Las hifas crecen por sus extremos y las funciones fisiológicas como absorción de nutrientes, producción de proteínas, etc., se pueden producir en todo el micelio. Varios son los hongos que forman líquenes, pero mayormente pertenecen a la clase Ascomycete (98% de los líquenes conocidos)18. Imagen 9 Hongos Hifas del hongo Aureobasidium pullalans Biology, Dimorphic Structures, Copyright © University of Sydney 15 16 17 18 blog.lindenlangdon.com/.../2008/02/fungi.jpg Raven, P. et al. Introducción a la Botánica; cap. 13 p. 211, ed Reverté 1991. Curtis y Barnes, Biología; Capítulo 53 6º Ed (Español). Curtis y Barnes, Biología; Capítulo 29 6º Ed (Español). Nash, T. and S. Volkmar Wirth, Lichens, Bryophytes and Air Quality, p. 13, ed. J. Cramer, Berlin-Stuttgart 1988. 15 CALIDAD DE AIRE EN LA CIUDAD DE BUENOS AIRES Monitoreo de líquenes como bioindicadores de contaminación 3.3. Algas y cianobacterias. Biología y ecología. Tanto las algas como las cianobacterias que se asocian con aquellos hongos que forman líquenes, son organismos autótrofos. Poseen pigmentos fotosintéticos como la clorofila, y al igual que las plantas superiores, toman nutrientes (material inorgánico) que transforman en distintos tipos de material orgánico como azúcares, aminoácidos o proteínas gracias a la energía lumínica del Sol. Imagen 10 Algas kalipedia.com 3.4. Líquenes. Biología y ecología. Un líquen es la asociación simbiótica entre un hongo específico, denominado micobionte (=simbionte micótico), y un alga verde o una cianobacteria denominada ficobionte (=simbionte autótrofo). El producto de esta combinación da un tipo de organismo muy distinto del fotosintético o del hongo independiente, y también son distintas las condiciones fisiológicas en las cuales puede sobrevivir. Los líquenes están muy difundidos en la naturaleza. Este tipo de asociación puede encontrarse en casi todo tipo de ambiente terrestre. Desde un leño caído en la selva Amazónica, hasta las estepas nórdicas donde son la pastura invernal de los renos, pasando por suelos rocosos de origen volcánico. Pueden ser colonizadores atacando a la roca desnuda por medio de enzimas o ser organismos apacibles en la corteza de los árboles sin causar el menor daño. ¿Cómo es que éstos organismos tan simples y pequeños pueden sobrevivir en condiciones tan distintas? Como vimos anteriormente el Fitobionte es un autótrofo que puede producir sus propios compuestos pero para que ello ocurra será necesario que tenga a disposición sales minerales como óxidos de silicio, carbonatos, al igual que agua para sus procesos fisiológicos. Por otro lado el hongo Micobionte tomará los productos metabólicos del alga como por ejemplo azúcares, proteínas y vitaminas, proporcionándole protección contra la radiación solar y la desecación al formar una especie de estructura gelatinosa que la rodee y reduciendo los extremos térmicos. El hongo también le provee al Fitobionte los precursores metabólicos como las sales inorgánicas, dióxido de carbono de su respiración y el agua que generalmente proviene de la lluvia o el rocío crepuscular. Imagen 11 Al no necesitar grandes cantidades de nutrientes ni Estructura de líquen agua, y ser un organismo particularmente resistente a los extremos hídricos y térmicos, ecológicamente es un importante colonizador siendo precursor y formador de suelo. Si los líquenes no tienen raíces ¿cómo es que pueden tomar o absorber tanto agua como nutrientes? La respuesta es fácil: todos los hongos son organismos que se hidratan y deshidratan fácilmente. En el caso de los Ascomycetes liquenizados, lo hacen por la superficie expuesta al aire. Los líquenes secos tienen entre un 2 a un 10 % de agua. El éxito de los líquenes dependerá de su capa- Corte de liquen lignícola Lobaria verrucosa (Curtis y Barnes, Biología; Capítulo 29. 6º Ed (Español). 16 CALIDAD DE AIRE EN LA CIUDAD DE BUENOS AIRES Monitoreo de líquenes como bioindicadores de contaminación cidad de desecación rápida ya que al hacerlo cesa la fotosíntesis y pueden estar en un estado de vida latente soportando grandes intensidades lumínicas y extremos de temperatura. Esto es posible porque el Cortex superior se compacta y oscurece protegiendo la zona inferior; por el contrario un liquen húmedo se destruye rápidamente. Al humedecerse por la lluvia o humedad ambiente, en general pueden incrementar su peso entre 3 a 35 veces. En este proceso se pegan y difunden los distintos gases y partículas. Por capilaridad pasan a la médula, las partículas orgánicas pegadas son descompuestas por las hifas del hongo. Aquellos gases necesarios para producir la fotosíntesis son absorbidos y llevados a la zona medular donde se encuentra la capa algal por difusión simple. 3.5 Tipos de reproducción Al ser los líquenes una simbiosis de dos reinos diferentes su reproducción y dispersión tiene características particulares: el hongo se reproduce asexualmente por medio de esporas o fragmentación del talo, el alga se reproduce por medio de gemación o fisión binaria. Imagen 12 Fisión binaria La fase sexual está supeditada al micobionte desarrollando estructuras generalmente en forma de copa típico de Ascomicetes. De esta manera deberá encontrar su componente fotosintético tempranamente o perecerá. Por el contrario el alga bajo condiciones óptimas puede vivir y desarrollarse libremente prescindiendo del hongo. www.iesmcervantes.es Imagen 13 Ciclo de vida de un ascomicete Curtis y Barnes, Biología; Capítulo 29. 6º Ed (Español). 17 CALIDAD DE AIRE EN LA CIUDAD DE BUENOS AIRES Monitoreo de líquenes como bioindicadores de contaminación Los primeros registros de existencia de líquenes están citados en Escocia (hace 400 millones de años) y en China (600 millones). Este tiempo ha permitido desarrollar otro tipo de reproducción asexual que incluye a los dos componentes. Estas estructuras particulares denominadas Soredios, no son más que una pequeña masa de algas rodeadas por hifas a modo de ovillo. De esta manera es posible formar nuevos líquenes a partir de estas estructuras sin depender del fortuito encuentro de los dos componentes. En épocas muy secas los talos suelen deshidratarse de tal manera que llegan a quebrarse dejando libres pedazos enteros de líquenes que pueden colonizar otros ambientes. Imagen 14 Estructuras reproductivas Soredio de Ramalina sp Tormo Molina, R. Lecciones Hipertextuales de Botánica Ramalina sp http://lichens.science.oregonstate.edu 3.6 Tipos morfológicos y su resultado adaptativo Los líquenes no son todos iguales, varían según la especie o el género en colores, tipos de sustratos donde se encuentran y en su morfología. El patrón morfológico está dado por el hongo. Así es como podemos hacer una clasificación simple según sean: Costrosos o crustáceos: (que tienen forma de costra) son aquellos líquenes que poseen la zona o cortex inferior, fuertemente adherida al sustrato y en todo o la mayoría de su superficie. Folioso: (que tienen forma de hoja) posee bordes extensos y ampliamente lobulados. Tienen una forma de hoja de papel mojada, en donde el cortex inferior está adherido solo en algunas partes al sustrato. Fruticoso o fruticuloso: son talos ramificados erguidos o pendientes con forma como de pequeños arbustillos muy largos. Su parte adherida está supeditada a unos pocos milímetros. En un corte transversal es posible que se visualice en la zona medular la capa algal y de manera concéntrica hacia fuera se disponen capas de hifas laxas y externamente capa de hifas compactas. Estos tipos morfológicos se pueden ver separados o juntos en un mismo tronco de árbol aunque depende de la calidad de aire. 18 CALIDAD DE AIRE EN LA CIUDAD DE BUENOS AIRES Monitoreo de líquenes como bioindicadores de contaminación Imagen 15 Liquen Costroso Imagen 16 Liquen Folioso Agencia de Protección Ambiental Agencia de Protección Ambiental Imagen 17 Liquen Fruticuloso Imagen 18 Tronco de palmera Pindó (Syagrus romanzoffiana) con los tres tipos liquénicos Agencia de Protección Ambiental Agencia de Protección Ambiental 3.7 ¿Cómo afecta la contaminación a los líquenes? Todos los animales tienen varios tipos de mecanismos de eliminación de toxinas (ej. sistema excretor, transpiración), ya sean estos productos tóxicos originados por el propio metabolismo o de ingestión por agentes externos. Las plantas también tienen mecanismos de excreción como transpiración, caída de hojas, etc. En el caso de los líquenes, la toma de agua y nutrientes se ve facilitada por la hidratación de su superficie foliar. La deshidratación también se da de éste modo pero eliminando solamente agua. “Es bien sabido que los líquenes son muy sensibles a los cambios en la calidad del aire y son especialmente sensibles al dióxido de azufre, fluoruros y compuestos fuertemente oxidantes, como el ozono” 19. De ésta manera si algún otro compuesto que no pueda ser degradado por el hongo como los compuestos orgánicos volátiles (COV), o aquellos compuestos que junto con el agua formen una precipitación ácida como los óxidos de nitrógeno (NOX) y de azufre (SOX), pueden dañar tanto al hongo como al alga sin tener la posibilidad el liquen, de poder deshacerse de ellos por ninguna 19 Nash, T. and S. Volkmar Wirth, Lichens, Bryophytes and Air Quality, p. 55, ed. J. Cramer, Berlin-Stuttgart 1988. 19 CALIDAD DE AIRE EN LA CIUDAD DE BUENOS AIRES Monitoreo de líquenes como bioindicadores de contaminación vía de excreción. Por ejemplo los óxidos de azufre destruyen rapidamente los contenidos de clorofila con la consecuente muerte del alga fotobionte y por falta de ésta la muerte del ficobionte20. 3.8 Los líquenes como bioindicadores de calidad de aire. Como hemos visto, la biología y ecología de los líquenes hace que éstos sean agentes formadores de suelo y uno de los primeros organismos en colonizar lugares inhóspitos para el resto. Ésta capacidad está dada porque no necesitan demasiados requerimientos del sustrato donde puedan yacer (rocas, cortezas, etc.), pero son sumamente exigentes en cuanto a las condiciones aéreas. “La capacidad de absorber y acumular diversas sustancias presentes en el ambiente ocasiona que la mayoría de los líquenes no toleren la contaminación. La acumulación de estas sustancias y su imposibilidad de excretarlas, retardan su crecimiento, dificultan su reproducción y pueden provocarles su muerte. De esta forma los líquenes se consideran indicadores naturales o bioindicadores de la contaminación atmosférica” 21. Imagen 19 Relevamiento de Líquenes Fuente: Elaboración propia, foto tomada en RECS. 2008. 3.9 Sucesión ecológica y su importancia como indicadores de contaminación Tal como vimos no todos los líquenes son iguales y por lo tanto, no todos responderán del mismo modo a la contaminación. En este caso los líquenes más sensibles a la contaminación son los cortícolas, (aquellos que usan como sustrato la corteza de los árboles), esto se da porque son los que dependerán casi exclusivamente de las condiciones aéreas para vivir. También es interesante saber que a mayor superficie expuesta, mayor será la absorción de agua y compuestos aéreos. Por lo tanto las formas fruticulosas se verán afectadas en primer lugar por tener una mayor absorción de contaminantes. 20 21 Raven, P. et al. Introducción a la Botánica; cap. 13 p. 214, ed. Reverté 1991. Rivera, M. Los Líquenes, Centro Eco-Educativo de Puerto Rico, 2 de febrero de 2002. 20 CALIDAD DE AIRE EN LA CIUDAD DE BUENOS AIRES Monitoreo de líquenes como bioindicadores de contaminación Desde ése punto de vista un trabajo realizado en Costa Rica y facilitado por uno de sus autores, Víctor Hugo Méndez Estrada, enuncia: “Normalmente, las comunidades cortícolas siguen una sucesión ecológica: a partir de algas hacia líquenes costroso, foliosos y fruticulosos; pero la secuencia puede ser revertida a causa de la contaminación, por último, volver a las algas. Esta sucesión se puede utilizar para evaluar la condición del aire, y fue fundamental en la elaboración del primer índice de calidad de aire en 1968 (DeSloover and LeBlanc 1968)” 22. 3.10 Ventajas y desventajas de la aplicación de los bioindicadores Como hemos visto, la monitorización de la calidad de aire por medio de líquenes es un método sencillo y de bajo presupuesto. Esto no quiere decir que otros métodos más caros sean innecesarios, ya que si bien la biomonitorización nos puede suministrar información rápida fácilmente, no tendremos la concentración de contaminantes ni los picos de contaminación que éstos puedan tener durante el día. “Los líquenes acumulan metales y otras impurezas químicas que se suministran a la superficie liquénica por la lluvia, nieve, polvo y gases (...) en general, a mayor contaminación en el aire, mayor será la contaminación absorbida por el liquen (...) esto ha llevado a los investigadores a utilizar los líquenes en una variedad de formas para proporcionar medidas semi-cuantitativas de niveles de contaminación del aire”23. Para ello es necesario de otros métodos de evaluación como los suministrados por la Red de Monitoreo de Calidad Atmosférica de la Ciudad. Por otra parte “Los síntomas que presentan los líquenes sólo se pueden explicar si el grado de contaminación del entorno es muy elevado, si no durante todo el año sí al menos en momentos puntuales”. “Según Arsenio Terrón, coordinador del estudio de líquenes como indicadores de la calidad del aire en zonas con centrales térmicas, no hay demasiados estudios que muestren la incidencia de enfermedades relacionadas con la contaminación en estas zonas, si bien en Ponferrada (España) un estudio determinó porcentajes de asma ligeramente superiores a lo esperado”24. Está claro que si los contaminantes atmosféricos bien pueden ser nocivos para la salud humana, los niveles de concentración de éstos deberán superar ampliamente aquellos niveles que sean mortales para los líquenes. Primeramente porque su biología y fisiología no les permite eliminar los componentes tóxicos ni deja que puedan moverse o taparse para evitar ser alcanzados por la contaminación; por otro lado las concentraciones de contaminantes en los cuerpos dependen de la cantidad de biomasa de cada organismo que en el caso de los humanos, supera varias veces a la de los líquenes. 22 Monge-Nágera, J. et al, Twenty years of lichen cover change in a tropical habitat (Costa Rica) and its relation with air pollution, p. 309, Rev. Biol. Trop. 50(1), 2002. 23 McCarthy, D. The Hamilton Lichen Survey, Departments of Earth Sciences and Biology Brock University, St. Catharines, Ontario L2S 3A1, 2004. 24 García Cano, I. Científicos Leoneses utilizan líquenes como indicadores de la calidad del aire en zonas con centrales térmicas, DICYT. http://www.dicyt.com/noticias/cientificos-leoneses-utilizan-liquenes-como-indicadores-de-lacalidad-del-aire-en-zonas-con-centrales-termicas 21 CALIDAD DE AIRE EN LA CIUDAD DE BUENOS AIRES Monitoreo de líquenes como bioindicadores de contaminación Bibliografía: Capas de la atmósfera www.educa.madrid.org.jpg CEPIS; Curso de Autoinstrucción, Conceptos Básicos de Meteorología de la Contaminación del Aire, traducido y adaptado de “SI: 409 Basic Air Pollution Meteorology Course” (U.S. EPA). http://www.cepis.org.pe/bvsci. CEPIS; Curso de Autoinstrucción, Control de Contaminación del Aire, traducido y adaptado de “SI: 422 Air Pollution Orientation Course” (U.S. EPA). http://www.cepis.org.pe/bvsci Chang, R., Química, 6ta ed. Mc Graw-Hill, 1999. FARN, Calidad de Aire y Ruidos en la Ciudad de Buenos Aires, Proyecto Buenos Aires Sustentable, 2000. 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