En el estudio de la contaminación del aire , una carga crítica se define como "una estimación cuantitativa de una exposición a uno o más contaminantes por debajo de la cual, según los conocimientos actuales, no se producen efectos nocivos significativos sobre elementos sensibles específicos del medio ambiente ". [1]
La investigación de la contaminación del aire en relación con las cargas críticas se ha centrado en los contaminantes de nitrógeno y azufre . Una vez que estos contaminantes se emiten a la atmósfera , se depositan posteriormente en los ecosistemas . Tanto la deposición de azufre como de nitrógeno pueden acidificar las aguas superficiales y los suelos . A medida que la acidez adicional reduce el pH del agua, la salud de los peces y los invertebrados se ve afectada negativamente. [2] El azufre y el nitrógeno, como agentes acidificantes, pueden cambiar el contenido de nutrientes del suelo al eliminar el calcio y liberar aluminio tóxico, lo que impacta aún más a las plantas y animales. [3] La deposición de nitrógeno también puede actuar como fertilizante.en el medio ambiente y alteran las interacciones competitivas de las plantas, lo que favorece el crecimiento de algunas especies de plantas e inhibe otras, lo que puede conducir a cambios en la composición y abundancia de las especies . La deposición de nitrógeno contribuye al enriquecimiento de nutrientes en los ecosistemas de agua dulce, costeros y estuarinos , lo que puede provocar la proliferación de algas tóxicas , la muerte de peces y la pérdida de biodiversidad . [4] [5] Los contaminantes del aire impactan en los servicios esenciales de los ecosistemas , como la purificación del aire y el agua, la descomposición y desintoxicación de materiales de desecho y la regulación del clima.
Cuando la deposición es mayor que la carga crítica de un contaminante para un lugar en particular, se considera un exceso de carga crítica, lo que significa que la biota tiene un mayor riesgo de daño ecológico. Algunos componentes de un ecosistema son más sensibles a la deposición que otros; por lo tanto, se pueden desarrollar cargas críticas para una variedad de componentes y respuestas del ecosistema, que incluyen (pero no se limitan a) cambios en las diatomeas, aumentos en las especies de gramíneas invasoras, cambios en la química del suelo, disminución de la salud del bosque, biodiversidad alterada y reducida, y lagos y acidificación de la corriente.
La historia, la terminología y el enfoque utilizados para calcular las cargas críticas difieren según la región y el país. Las diferencias entre los enfoques utilizados por los países europeos y en los EE. UU. Se analizan a continuación.
Europa
En los países europeos, las cargas críticas y el concepto similar de niveles críticos se han utilizado ampliamente dentro de la Convención de la CEPE de las Naciones Unidas sobre la contaminación atmosférica transfronteriza a larga distancia de 1979 . Como ejemplo, el protocolo de Gotemburgo de 1999 para la convención LRTAP tiene en cuenta la acidificación (de las aguas superficiales y los suelos ), la eutrofización de los suelos y el ozono a nivel del suelo y las emisiones de dióxido de azufre , amoniaco , óxido de nitrógeno y compuestos orgánicos volátiles distintos del metano ( COVNM). Para la acidificación y eutrofización se utilizó el concepto de cargas críticas, mientras que para el ozono a nivel del suelo se utilizaron en su lugar los niveles críticos.
Para calcular una carga crítica, primero se debe definir el ecosistema objetivo y en ese ecosistema (por ejemplo, un bosque ) se debe identificar un "elemento" sensible (por ejemplo, la tasa de crecimiento del bosque). El siguiente paso es vincular el estado de ese elemento a algún criterio químico (por ejemplo, la relación de catión base a aluminio , Bc / Al) y un límite crítico (por ejemplo, Bc / Al = 1) que no debe violarse. Por último, es necesario crear un modelo matemático (por ejemplo, el modelo de balance de masa simple , SMB) para poder calcular los niveles de deposición que dan como resultado que el criterio químico alcance exactamente el límite crítico. Ese nivel de deposición se llama carga crítica y la diferencia entre el nivel de deposición actual y la carga crítica se llama excedencia.
En los primeros días, las cargas críticas a menudo se calculaban como un solo valor, por ejemplo, carga crítica de acidez. Hoy en día, a menudo se calcula una función de carga crítica bidimensional, con el eje x como depósito N y el eje y como depósito S. El concepto de cargas críticas es un concepto de estado estacionario y, por lo tanto, no incluye información alguna sobre cuánto tiempo pasa antes de que los efectos sean visibles. Una ilustración simplificada de los aspectos dinámicos es la función de carga objetivo, que es la carga a la que el criterio químico se recupera antes de un año elegido, el año objetivo. Por lo tanto, para los años objetivo en el futuro cercano, la función de carga objetivo es menor que la carga crítica y para los años objetivo en el futuro lejano, la función de carga objetivo se aproxima a la función de carga crítica.
El cálculo de las funciones de carga crítica y las funciones de carga objetivo incluye varias simplificaciones y, por lo tanto, puede verse como un concepto de riesgo: cuanto mayor sea la superación, mayor será el riesgo de efectos adversos y existe un cierto riesgo de que la superación cero siga produciendo efectos adversos.
Estados Unidos
En los Estados Unidos, mientras varias entidades discutían sobre cargas críticas antes de 2000, los esfuerzos eran independientes y desarticulados. Sin embargo, en 2010, luego de una serie de talleres de cargas críticas de 2003 a 2005 y un comité ad hoc establecido en 2006, los esfuerzos nacionales se unificaron a través del desarrollo del Comité Científico de Cargas Críticas de Deposición Atmosférica ( CLAD ) como parte del Comité Nacional Atmosférico. Programa de depósito ( NADP ). CLAD es un grupo de agencias múltiples que consta de agencias gubernamentales federales y estatales, organizaciones no gubernamentales, organizaciones de investigación ambiental y universidades. Los objetivos de CLAD son: facilitar el intercambio de información técnica sobre temas de cargas críticas dentro de una amplia audiencia de múltiples agencias / entidades, llenar las brechas en el desarrollo de cargas críticas en los EE. UU., Proporcionar consistencia en el desarrollo y uso de cargas críticas en los EE. UU., Y promover la comprensión de los enfoques de cargas críticas mediante el desarrollo de materiales de divulgación y comunicación.
Los administradores de tierras federales, tales como el Servicio Nacional de Parques , Servicio Forestal de Estados Unidos , y el Servicio de Pesca y Vida Silvestre , utilice las cargas críticas para: identificar los recursos en riesgo, la investigación enfoque y los esfuerzos de monitoreo, información para la planificación y otras actividades de manejo de la tierra, evaluar los impactos potenciales de aumentos de emisiones y desarrollar estrategias de reducción de la contaminación. La Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. Está expandiendo el uso de cargas críticas para evaluaciones y desarrollo de políticas, incluida la consideración de cargas críticas al establecer los Estándares Nacionales de Calidad del Aire Ambiental .
Estados Unidos ha adoptado dos enfoques para crear cargas críticas: cargas críticas empíricas y de balance de masas en estado estable. Las cargas críticas empíricas se derivan de las observaciones de las respuestas de los ecosistemas (como los cambios en la diversidad de plantas, los niveles de nutrientes del suelo o la salud de los peces) a niveles específicos de deposición. Estas relaciones se crean mediante estudios de dosis-respuesta o midiendo las respuestas de los ecosistemas a gradientes crecientes de deposición en el espacio o el tiempo. Las cargas críticas de equilibrio de masa en estado estacionario se derivan de modelos matemáticos de equilibrio de masa en condiciones de equilibrio asumidas o modeladas. Se puede lograr una condición de estado estable en el futuro. Los modelos utilizados para determinar las cargas críticas en estado estable varían en complejidad con respecto a la representación del proceso, pero pueden incluir la química del agua y del suelo, las tasas de meteorización del suelo mineral, los datos de deposición y los datos de respuesta ecológica.
Asia
En Asia, se han utilizado enfoques de balance de masa tanto empíricos como de estado estacionario para estimar las cargas críticas. [6] [7] Las cargas críticas empíricas se determinaron simplemente como los niveles de deposición con la ocurrencia de efectos ecológicos perjudiciales en el campo. El modelo de balance de masa de estado estacionario calcula la carga crítica de un ecosistema a largo plazo mediante la definición de valores aceptables para los elementos que se filtran fuera del ecosistema.
Aunque las cargas críticas empíricas de nitrógeno se han resumido bien para Europa y Estados Unidos, [4] [5] [2] todavía existen grandes incertidumbres en Asia debido a estudios experimentales muy limitados ya corto plazo que utilizan niveles relativamente altos de aplicación de nitrógeno. [6] En regiones (por ejemplo, el este y el sur de China) donde la deposición histórica de nitrógeno ya ha sido muy alta y quizás incluso más alta que la carga crítica real, los estudios experimentales pueden no cuantificar las cargas críticas porque ya se habían producido cambios sustanciales en el ecosistema. Además, los valores de las cargas críticas pueden variar notablemente cuando se basan en diferentes respuestas biológicas o químicas de un ecosistema, como variación fisiológica, biodiversidad reducida, lixiviación elevada de nitratos y cambios en los microorganismos del suelo. Se han evaluado cargas críticas empíricas para algunos bosques y pastizales en China, [6] pero los valores para muchos otros ecosistemas siguen sin evaluarse. Con más experimentos de campo emergentes, las cargas críticas se estimarán mejor en un futuro próximo.
En el sur y el este de Asia, que comprende China, Corea, Japón, Filipinas, Indochina, Indonesia y el subcontinente indio, las cargas críticas se calcularon y mapearon por primera vez como parte del módulo de impacto de la versión asiática de la Información regional sobre contaminación del aire. y modelo de simulación (RAINS-Asia) basado en el enfoque de equilibrio de masa de estado estacionario. [8] A partir de entonces, se calcularon cargas críticas con mayor resolución en muchos países asiáticos como Japón, Rusia, Corea del Sur, India y China. [7] Aunque se aplicaron métodos similares en Asia como en Europa, el enfoque de equilibrio de masa en estado estacionario se ha mejorado al considerar la deposición de cationes base. Se han utilizado cargas críticas de equilibrio de masa en estado estacionario para designar zonas de control de lluvia ácida y zonas de control de contaminación por dióxido de azufre en China. En un futuro próximo, las cargas críticas se aplicarán más ampliamente para guiar las estrategias de reducción de emisiones.
Referencias
- ^ Nilsson, J. y P. Grennfelt. 1988. Cargas críticas de azufre y nitrógeno. Informe del taller de la CEPE / Consejo Nórdico, Skokloster, Suecia. Marzo de 1988.
- ^ a b Greaver, TL, TJ Sullivan, JD Herrick, MC Barber, JS Baron, BJ Cosby, ME Deerhake, RL Dennis, J.-JB Dubois, CL Goodale, AT Herlihy, GB Lawrence, L. Liu, JA Lynch, y KJ Novak. 2012. Efectos ecológicos de la contaminación del aire por nitrógeno y azufre en los Estados Unidos: ¿qué sabemos? Frontiers in Ecology and the Environment 10: 365-372.
- ^ Driscoll, CT, GB Lawrence, AJ Bulger, TJ Butler, CS Cronan, C. Eagar, KF Lambert, GE Likens, JL Stoddard y KC Weathers. 2001. Deposición ácida en el noreste de Estados Unidos: fuentes e insumos, efectos en el ecosistema y estrategias de gestión. BioScience 51: 180-198.
- ^ a b Bobbink, R., K. Hicks, J. Galloway, T. Spranger, R. Alkemade, M. Ashmore, M. Bustamante, S. Cinderby, E. Davidson, F. Dentener, B. Emmett, J. -W. Erisman, M. Fenn, F. Gilliam, A. Nordin, L. Pardo y W. De Vries. 2010. Evaluación global de los efectos de la deposición de nitrógeno en la diversidad de plantas terrestres: una síntesis. Aplicaciones ecológicas 20: 30-59.
- ^ a b Pardo, LH, ME Fenn, CL Goodale, LH Geiser, CT Driscoll, EB Allen, JS Baron, R. Bobbink, WD Bowman, CM Clark, B. Emmett, FS Gilliam, TL Greaver, SJ Hall, EA Lilleskov , L. Liu, JA Lynch, KJ Nadelhoffer, SS Perakis, MJ Robin-Abbott, JL Stoddard, KC Weathers y RL Dennis. 2011. Efectos de la deposición de nitrógeno y cargas críticas empíricas de nitrógeno para las ecorregiones de los Estados Unidos. Aplicaciones ecológicas 21: 3049-3082.
- ^ a b c Liu, XJ, L. Duan, JM Mo, EZ Du, JL Shen, XK Lu, Y. Zhang, XB Zhou, CE He y FS Zhang. 2011. La deposición de nitrógeno y su impacto ecológico en China: una descripción general. Contaminación ambiental 159: 2251-2264.
- ^ a b Duan, L., Q. Yu, Q. Zhang, Z. Wang, Y. Pan, T. Larssen, J. Tang y J. Mulder. 2016. Deposición ácida en Asia: emisiones, deposición y efectos sobre el ecosistema. Ambiente atmosférico 146: 55-69.
- ^ Hettelingh, JP, H. Sverdrup y D. Zhao. 1995. Derivando cargas críticas para Asia. Contaminación del agua, el aire y el suelo 85 (4): 2565-2570.
enlaces externos
- http://www.mnp.nl/cce/
- http://nadp.slh.wisc.edu/committees/clad/