El monitoreo ambiental describe los procesos y actividades que deben llevarse a cabo para caracterizar y monitorear la calidad del medio ambiente. El monitoreo ambiental se utiliza en la preparación de evaluaciones de impacto ambiental , así como en muchas circunstancias en las que las actividades humanas conllevan un riesgo de efectos nocivos sobre el medio ambiente natural . Todas las estrategias y programas de monitoreo tienen razones y justificaciones que a menudo están diseñadas para establecer el estado actual de un medio ambiente o para establecer tendencias en los parámetros ambientales. En todos los casos, los resultados del seguimiento serán revisados, analizados estadísticamentey publicado. Por tanto, el diseño de un programa de seguimiento debe tener en cuenta el uso final de los datos antes de que comience el seguimiento.
Monitoreo de la calidad del aire
Los contaminantes del aire son sustancias atmosféricas, tanto naturales como antropogénicas, que pueden tener un impacto negativo en el medio ambiente y la salud de los organismos . Con la evolución de nuevos productos químicos y procesos industriales ha venido la introducción o elevación de contaminantes en la atmósfera, así como la investigación y normativa ambiental, aumentando la demanda de monitoreo de la calidad del aire. [1]
El monitoreo de la calidad del aire es un desafío para su implementación, ya que requiere la integración efectiva de múltiples fuentes de datos ambientales, que a menudo se originan en diferentes redes e instituciones ambientales. [2] Estos desafíos requieren equipos y herramientas de observación especializados para establecer concentraciones de contaminantes atmosféricos, incluidas redes de sensores, modelos de sistemas de información geográfica (GIS) y el Servicio de observación de sensores (SOS), un servicio web para consultar datos de sensores en tiempo real. [2] Los modelos de dispersión del aire que combinan datos topográficos, de emisiones y meteorológicos para predecir las concentraciones de contaminantes del aire a menudo son útiles para interpretar los datos de monitoreo del aire. Además, la consideración de los datos del anemómetro en el área entre las fuentes y el monitor a menudo proporciona información sobre la fuente de los contaminantes del aire registrados por un monitor de contaminación del aire.
Los monitores de calidad del aire son operados por ciudadanos, [3] [4] [5] agencias reguladoras, [6] [7] e investigadores [8] para investigar la calidad del aire y los efectos de la contaminación del aire. La interpretación de los datos de seguimiento del aire ambiente a menudo implica una consideración de la representatividad espacial y temporal [9] de los datos recopilados y los efectos sobre la salud asociados con la exposición a los niveles supervisados. [10] Si la interpretación revela concentraciones de múltiples compuestos químicos, del análisis de los datos puede surgir una "huella química" única de una fuente particular de contaminación del aire. [11]
Muestreo de aire
El muestreo de aire pasivo o "difusivo" depende de las condiciones meteorológicas, como el viento, para difundir los contaminantes del aire a un medio absorbente . Los muestreadores pasivos tienen la ventaja de ser típicamente pequeños, silenciosos y fáciles de implementar, y son particularmente útiles en estudios de calidad del aire que determinan áreas clave para el monitoreo continuo futuro. [12]
La contaminación del aire también se puede evaluar mediante el biomonitoreo con organismos que bioacumulan los contaminantes del aire, como líquenes , musgos, hongos y otra biomasa. [13] [14] Uno de los beneficios de este tipo de muestreo es cómo se puede obtener información cuantitativa a través de mediciones de compuestos acumulados, representativos del medio ambiente del que provienen. Sin embargo, se deben hacer consideraciones cuidadosas al elegir el organismo en particular, cómo se dispersa y la relevancia para el contaminante. [14]
Otros métodos de muestreo incluyen el uso de un denuder , [15] [16] dispositivos de captura de agujas y técnicas de microextracción . [17]
Monitoreo de suelos
El monitoreo del suelo implica la recolección y / o análisis del suelo y su calidad asociada , constituyentes y estado físico para determinar o garantizar su aptitud para su uso. Soil enfrenta a muchas amenazas, incluyendo la compactación , contaminación , material orgánico pérdida, la biodiversidad pérdida , estabilidad de taludes cuestiones, la erosión , la salinización y acidificación . El monitoreo del suelo ayuda a caracterizar estas amenazas y otros riesgos potenciales para el suelo, el medio ambiente circundante, la salud animal y la salud humana. [18]
La evaluación de estas amenazas y otros riesgos para el suelo puede ser un desafío debido a una variedad de factores, incluida la heterogeneidad y complejidad del suelo , la escasez de datos de toxicidad , la falta de comprensión del destino de un contaminante y la variabilidad en los niveles de detección del suelo. [18] Esto requiere un enfoque de evaluación de riesgos y técnicas de análisis que prioricen la protección ambiental, la reducción de riesgos y, si es necesario, los métodos de remediación. [18] La vigilancia del suelo desempeña un papel importante en esa evaluación de riesgos, no solo ayudando a identificar las áreas en riesgo y afectadas, sino también al establecimiento de valores básicos de fondo del suelo. [18]
El monitoreo del suelo se ha centrado históricamente en condiciones y contaminantes más clásicos, incluidos elementos tóxicos (por ejemplo, mercurio , plomo y arsénico ) y contaminantes orgánicos persistentes (COP). [18] Históricamente, las pruebas para estos y otros aspectos del suelo, sin embargo, han tenido su propio conjunto de desafíos, ya que el muestreo en la mayoría de los casos es de naturaleza destructiva , requiriendo múltiples muestras a lo largo del tiempo. Además, pueden introducirse errores analíticos y de procedimiento debido a la variabilidad entre las referencias y los métodos, especialmente a lo largo del tiempo. [19] Sin embargo, a medida que evolucionen las técnicas analíticas y se difundan los nuevos conocimientos sobre los procesos ecológicos y los efectos de los contaminantes, es probable que el enfoque del seguimiento se amplíe con el tiempo y la calidad del seguimiento seguirá mejorando. [18]
Muestreo de suelo
Los dos tipos principales de muestreo de suelos son el muestreo individual y el muestreo compuesto. El muestreo individual implica la recolección de una muestra individual en un momento y lugar específicos, mientras que el muestreo compuesto implica la recolección de una mezcla homogeneizada de múltiples muestras individuales en un lugar específico en diferentes momentos o en múltiples ubicaciones en un momento específico. [20] El muestreo del suelo puede ocurrir tanto a niveles poco profundos del suelo como profundamente en el suelo, con métodos de recolección que varían según el nivel de recolección. Los muestreadores de palas, barrenas, barriles de extracción de testigos y tubos sólidos, y otras herramientas, se utilizan en niveles de suelo poco profundos, mientras que los métodos de tubo dividido, de tubo sólido o hidráulicos se pueden utilizar en suelos profundos. [21]
Programas de seguimiento
Monitoreo de la contaminación del suelo
El monitoreo de la contaminación del suelo ayuda a los investigadores a identificar patrones y tendencias en la deposición, el movimiento y el efecto de los contaminantes. Las presiones de origen humano como el turismo, la actividad industrial, la expansión urbana, los trabajos de construcción y las prácticas agrícolas / forestales inadecuadas pueden contribuir a empeorar la contaminación del suelo y hacer que el suelo se vuelva inadecuado para el uso previsto. Tanto los contaminantes inorgánicos como los orgánicos pueden llegar al suelo y tener una amplia variedad de efectos perjudiciales. Por lo tanto, el monitoreo de la contaminación del suelo es importante para identificar áreas de riesgo, establecer líneas de base e identificar zonas contaminadas para la remediación. Los esfuerzos de monitoreo pueden variar desde granjas locales hasta esfuerzos a nivel nacional, como los realizados por China a fines de la década de 2000, [18] que brindan detalles como la naturaleza de los contaminantes, su cantidad, efectos, patrones de concentración y viabilidad de remediación. [22] Idealmente, los equipos de seguimiento y análisis tendrán tiempos de respuesta elevados, altos niveles de resolución y automatización y un cierto grado de autosuficiencia. [23] Se pueden utilizar técnicas químicas para medir elementos tóxicos y COP mediante cromatografía y espectrometría , las técnicas geofísicas pueden evaluar las propiedades físicas de grandes terrenos y las técnicas biológicas pueden utilizar organismos específicos para medir no solo el nivel de contaminantes sino también los subproductos de la biodegradación de contaminantes. Estas técnicas y otras son cada vez más eficientes, y la instrumentación de laboratorio es cada vez más precisa, lo que da como resultado resultados de seguimiento más significativos. [24]
Monitoreo de la erosión del suelo
El monitoreo de la erosión del suelo ayuda a los investigadores a identificar patrones y tendencias en el movimiento del suelo y los sedimentos. Los programas de monitoreo han variado a lo largo de los años, desde investigaciones académicas a largo plazo en parcelas universitarias hasta estudios de reconocimiento de áreas biogeoclimáticas. En la mayoría de los métodos, sin embargo, el enfoque general es identificar y medir todos los procesos de erosión dominantes en un área determinada. [25] Además, el monitoreo de la erosión del suelo puede intentar cuantificar los efectos de la erosión en la productividad de los cultivos, aunque desafiante "debido a las muchas complejidades en la relación entre suelos y plantas y su manejo bajo un clima variable". [26]
Monitoreo de la salinidad del suelo
El monitoreo de la salinidad del suelo ayuda a los investigadores a identificar patrones y tendencias en el contenido de sal del suelo. Tanto el proceso natural de intrusión de agua de mar como los procesos inducidos por el hombre de gestión inadecuada del suelo y el agua pueden provocar problemas de salinidad en el suelo, con hasta mil millones de hectáreas de tierra afectadas a nivel mundial (a partir de 2013). [27] El monitoreo de la salinidad a nivel local puede observar de cerca la zona de la raíz para medir el impacto de la salinidad y desarrollar opciones de manejo, mientras que a nivel regional y nacional, el monitoreo de la salinidad puede ayudar a identificar áreas en riesgo y ayudar a los legisladores a abordar el problema antes. se propaga. [27] El proceso de seguimiento en sí puede realizarse utilizando tecnologías como la teledetección y los sistemas de información geográfica (SIG) para identificar la salinidad mediante el verdor, el brillo y la blancura a nivel de la superficie. El análisis directo del suelo de cerca, incluido el uso de técnicas de inducción electromagnética , también se puede utilizar para controlar la salinidad del suelo. [27]
Monitoreo de la calidad del agua
Diseño de programas de monitoreo ambiental
El monitoreo de la calidad del agua es de poca utilidad sin una definición clara e inequívoca de las razones del monitoreo y los objetivos que satisfará. Casi todo el monitoreo (excepto quizás la teledetección ) es en parte invasivo del medio ambiente en estudio y el monitoreo extenso y mal planificado conlleva un riesgo de daño al medio ambiente. Esta puede ser una consideración crítica en áreas silvestres o cuando se monitorean organismos muy raros o aquellos que son reacios a la presencia humana. Algunas técnicas de monitorización, tales como redes de enmalle de peces para estimar las poblaciones, puede ser muy perjudicial, al menos a la población local y también pueden degradar la confianza del público en los científicos que llevan a cabo el seguimiento.
Casi todos los proyectos de monitoreo del ambientalismo convencionales forman parte de una estrategia de monitoreo general o un campo de investigación, y estos campos y estrategias se derivan de los objetivos o aspiraciones de alto nivel de una organización. A menos que los proyectos de seguimiento individuales encajen en un marco estratégico más amplio, es poco probable que se publiquen los resultados y se perderá la comprensión ambiental generada por el seguimiento. [28] [29]
Parámetros
ver también los parámetros de calidad ambiental del agua dulce
Químico
La gama de parámetros químicos que tienen el potencial de afectar cualquier ecosistema es muy grande y en todos los programas de monitoreo es necesario apuntar a un conjunto de parámetros basados en el conocimiento local y las prácticas pasadas para una revisión inicial. La lista se puede ampliar o reducir según el conocimiento en desarrollo y el resultado de las encuestas iniciales.
Los entornos de agua dulce se han estudiado exhaustivamente durante muchos años y existe una sólida comprensión de las interacciones entre la química y el medio ambiente en gran parte del mundo. Sin embargo, a medida que se desarrollen nuevos materiales y surjan nuevas presiones, se requerirán revisiones de los programas de monitoreo. En los últimos 20 años , la lluvia ácida , los análogos de hormonas sintéticas , los hidrocarburos halogenados , los gases de efecto invernadero y muchos otros han requerido cambios en las estrategias de monitoreo.
Biológico
En el monitoreo ecológico, la estrategia y el esfuerzo de monitoreo están dirigidos a las plantas y animales en el ambiente bajo revisión y son específicos para cada estudio individual.
Sin embargo, en un monitoreo ambiental más generalizado, muchos animales actúan como indicadores sólidos de la calidad del medio ambiente que están experimentando o han experimentado en el pasado reciente. [30] Uno de los ejemplos más familiares es el seguimiento del número de peces salmónidos como la trucha marrón o el salmón del Atlántico en sistemas fluviales y lagos para detectar tendencias lentas en los efectos ambientales adversos. La abrupta disminución de las poblaciones de salmónidos fue uno de los primeros indicios del problema que más tarde se conoció como lluvia ácida .
En los últimos años se ha prestado mucha más atención a un enfoque más holístico en el que se evalúa la salud del ecosistema y se utiliza como herramienta de seguimiento en sí. [31] Es este enfoque el que sustenta los protocolos de seguimiento de la Directiva marco del agua en la Unión Europea .
Radiológico
La vigilancia de las radiaciones implica la medición de la dosis de radiación o la contaminación por radionúclidos por motivos relacionados con la evaluación o el control de la exposición a radiaciones ionizantes o sustancias radiactivas y la interpretación de los resultados. [32] La "medición" de dosis a menudo significa la medición de una cantidad equivalente de dosis como aproximación (es decir, sustituto) de una cantidad de dosis que no se puede medir directamente. Además, el muestreo puede ser un paso preliminar para medir el contenido de radionucleidos en los medios ambientales. Los detalles metodológicos y técnicas del diseño y operación de los programas de vigilancia y sistemas para diferentes radionúclidos, medios ambientales y tipos de instalaciones se dan en la IAEA Guía de seguridad RS-G-1.8 [33] y en la seguridad IAEA Informe No. 64. [34 ]
El monitoreo de la radiación a menudo se lleva a cabo utilizando redes de sensores fijos y desplegables, como Radnet de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos y la red SPEEDI en Japón. Las encuestas aéreas también son realizadas por organizaciones como el Equipo de Apoyo a Emergencias Nucleares .
Microbiológico
Las bacterias y los virus son los grupos de organismos microbiológicos más comúnmente monitoreados e incluso estos son solo de gran relevancia cuando el agua del medio acuático se utiliza posteriormente como agua potable o donde se practica la recreación en contacto con el agua, como la natación o el piragüismo .
Aunque los patógenos son el foco principal de atención, el principal esfuerzo de seguimiento casi siempre se dirige a especies indicadoras mucho más comunes, como Escherichia coli , [35] complementadas con recuentos generales de bacterias coliformes . El fundamento de esta estrategia de seguimiento es que la mayoría de los patógenos humanos se originan en otros seres humanos a través de las aguas residuales . Muchas plantas de tratamiento de aguas residuales no tienen una etapa final de esterilización y, por lo tanto, descargan un efluente que, aunque tiene un aspecto limpio, todavía contiene muchos millones de bacterias por litro, la mayoría de las cuales son bacterias coliformes relativamente inofensivas. Contar el número de bacterias de aguas residuales inofensivas (o menos dañinas) permite juzgar la probabilidad de que haya un número significativo de bacterias o virus patógenos presentes. Cuando los niveles de E. coli o coliformes superan los valores de activación preestablecidos, se inicia un seguimiento más intensivo que incluye un seguimiento específico de las especies patógenas.
Poblaciones
Las estrategias de monitoreo pueden producir respuestas engañosas cuando se relacionan con el conteo de especies o la presencia o ausencia de organismos particulares si no se tiene en cuenta el tamaño de la población. Comprender la dinámica de las poblaciones de un organismo que se está monitoreando es fundamental.
Como ejemplo, si la presencia o ausencia de un organismo en particular dentro de un cuadrado de 10 km es la medida adoptada por una estrategia de monitoreo, entonces una reducción de la población de 10,000 por cuadrado a 10 por cuadrado pasará desapercibida a pesar del impacto muy significativo experimentado por el organismo. .
Programas de seguimiento
Todo el monitoreo ambiental científicamente confiable se realiza de acuerdo con un programa publicado. El programa puede incluir los objetivos generales de la organización, referencias a las estrategias específicas que ayudan a entregar el objetivo y los detalles de proyectos o tareas específicos dentro de esas estrategias.La característica clave de cualquier programa es la lista de lo que se está monitoreando y cómo se realiza ese monitoreo. que suceda y la escala de tiempo en la que todo debería suceder. Por lo general, y a menudo como un apéndice, un programa de monitoreo proporcionará una tabla de ubicaciones, fechas y métodos de muestreo que se proponen y que, si se llevan a cabo en su totalidad, entregarán el programa de monitoreo publicado.
Hay una serie de paquetes de software comerciales que pueden ayudar con la implementación del programa, monitorear su progreso y señalar inconsistencias u omisiones, pero ninguno de ellos puede proporcionar el bloque de construcción clave que es el programa en sí.
Sistemas de gestión de datos de seguimiento ambiental
Dados los múltiples tipos y los crecientes volúmenes e importancia de los datos de monitoreo, los sistemas de gestión de datos ambientales (EDMS) de software comercial o E-MDMS son cada vez más de uso común por parte de las industrias reguladas. Proporcionan un medio para administrar todos los datos de monitoreo en un solo lugar central. La validación de la calidad, la verificación del cumplimiento, la verificación de que se han recibido todos los datos y el envío de alertas generalmente son automatizados. La funcionalidad de interrogación típica permite la comparación de conjuntos de datos tanto temporal como espacialmente. También generarán informes regulatorios y de otro tipo.
Existe un esquema de certificación formal específicamente para el software de gestión de datos ambientales . Esto es proporcionado por la Agencia de Medio Ambiente en el Reino Unido bajo su Sistema de Certificación de Monitoreo (MCERTS). [36] [37] [38]
Métodos de muestreo
Existe una amplia gama de métodos de muestreo que dependen del tipo de entorno, el material que se muestrea y el análisis posterior de la muestra.
En su forma más simple, una muestra puede llenar una botella limpia con agua de río y enviarla para un análisis químico convencional. En el extremo más complejo, los datos de muestra pueden producirse mediante dispositivos de detección electrónicos complejos que toman submuestras durante períodos de tiempo fijos o variables.
Muestreo de juicio
En el muestreo por juicio, la selección de unidades de muestreo (es decir, el número y la ubicación y / o el momento de la recolección de muestras) se basa en el conocimiento de la característica o condición bajo investigación y en el juicio profesional. El muestreo por juicio se distingue del muestreo basado en la probabilidad en que las inferencias se basan en el juicio profesional, no en la teoría científica estadística. Por tanto, las conclusiones sobre la población objetivo son limitadas y dependen enteramente de la validez y precisión del juicio profesional; no son posibles las declaraciones probabilísticas sobre los parámetros. Como se describe en los capítulos siguientes, el juicio de expertos también se puede utilizar junto con otros diseños de muestreo para producir un muestreo eficaz para decisiones defendibles. [39]
Muestreo aleatorio simple
En el muestreo aleatorio simple, las unidades de muestreo particulares (por ejemplo, ubicaciones y / o horas) se seleccionan utilizando números aleatorios, y todas las selecciones posibles de un número dado de unidades son igualmente probables. Por ejemplo, se puede tomar una muestra aleatoria simple de un conjunto de tambores numerando todos los tambores y seleccionando al azar números de esa lista o muestreando un área usando pares de coordenadas aleatorias. Este método es fácil de entender y las ecuaciones para determinar el tamaño de la muestra son relativamente sencillas. En la Figura 2-2 se muestra un ejemplo. Esta figura ilustra una posible muestra aleatoria simple para un área cuadrada de suelo. El muestreo aleatorio simple es más útil cuando la población de interés es relativamente homogénea; es decir, no se esperan patrones importantes de contaminación o "puntos calientes". Las principales ventajas de este diseño son:
- Proporciona estimaciones estadísticamente insesgadas de la media, las proporciones y la variabilidad.
- Es fácil de entender y de implementar.
- Los cálculos del tamaño de la muestra y el análisis de datos son muy sencillos.
En algunos casos, la implementación de una muestra aleatoria simple puede ser más difícil que otros tipos de diseños (por ejemplo, muestras de cuadrícula) debido a la dificultad de identificar con precisión ubicaciones geográficas aleatorias. Además, el muestreo aleatorio simple puede ser más costoso que otros planes si las dificultades para obtener muestras debido a la ubicación provocan un gasto de esfuerzo adicional. [39]
Muestreo estratificado
En el muestreo estratificado , la población objetivo se separa en estratos no superpuestos, o subpoblaciones que se sabe o se cree que son más homogéneas (en relación con el medio ambiental o el contaminante), de modo que tiende a haber menos variación entre las unidades de muestreo en la región. mismo estrato que entre las unidades de muestreo en diferentes estratos. Los estratos pueden elegirse sobre la base de la proximidad espacial o temporal de las unidades, o sobre la base de información preexistente o juicio profesional sobre el sitio o proceso. Las ventajas de este diseño de muestreo son que tiene potencial para lograr una mayor precisión en las estimaciones de la media y la varianza, y que permite el cálculo de estimaciones fiables para subgrupos de población de especial interés. Se puede obtener una mayor precisión si la medida de interés está fuertemente correlacionada con la variable utilizada para hacer los estratos. [39]
Muestreo sistemático y de cuadrícula
En el muestreo sistemático y en cuadrícula, las muestras se toman a intervalos regularmente espaciados en el espacio o el tiempo. Se elige una ubicación o tiempo inicial al azar, y luego se definen las ubicaciones de muestreo restantes de modo que todas las ubicaciones estén a intervalos regulares en un área (cuadrícula) o tiempo (sistemático). Ejemplos Muestreo de cuadrícula sistemático: cuadrícula cuadrada Muestreo de cuadrícula sistemático: cuadrículas triangulares de cuadrículas sistemáticas incluyen cuadrículas cuadradas, rectangulares, triangulares o radiales. Cressie, 1993. En el muestreo sistemático aleatorio, se elige al azar un lugar (o tiempo) de muestreo inicial y los sitios de muestreo restantes se especifican de manera que se ubiquen de acuerdo con un patrón regular. El muestreo sistemático aleatorio se utiliza para buscar puntos calientes e inferir medias, percentiles u otros parámetros y también es útil para estimar patrones espaciales o tendencias a lo largo del tiempo. Este diseño proporciona un método práctico y sencillo para designar ubicaciones de muestras y asegura una cobertura uniforme de un sitio, unidad o proceso. [39]
El muestreo de conjuntos clasificados es un diseño innovador que puede ser muy útil y rentable para obtener mejores estimaciones de los niveles medios de concentración en el suelo y otros medios ambientales al incorporar explícitamente el juicio profesional de un investigador de campo o un método de medición de selección de campo para elegir ubicaciones de muestreo específicas. en el campo. El muestreo de conjuntos clasificados utiliza un diseño de muestreo de dos fases que identifica conjuntos de ubicaciones de campo, utiliza medidas económicas para clasificar las ubicaciones dentro de cada conjunto y luego selecciona una ubicación de cada conjunto para el muestreo. En el muestreo de conjuntos clasificados, m conjuntos (cada uno de tamaño r) de ubicaciones de campo se identifican utilizando un muestreo aleatorio simple. Las ubicaciones se clasifican de forma independiente dentro de cada conjunto utilizando un criterio profesional o medidas económicas, rápidas o alternativas. Luego se selecciona una unidad de muestreo de cada conjunto (según los rangos observados) para la medición posterior utilizando un método más preciso y confiable (por lo tanto, más costoso) para el contaminante de interés. En relación con el muestreo aleatorio simple, este diseño da como resultado muestras más representativas y, por lo tanto, conduce a estimaciones más precisas de los parámetros de población. El muestreo de conjuntos clasificados es útil cuando el costo de ubicar y clasificar ubicaciones en el campo es bajo en comparación con las mediciones de laboratorio. También es apropiado cuando se dispone de una variable auxiliar económica (basada en el conocimiento o la medición de expertos) para clasificar las unidades de población con respecto a la variable de interés. Para utilizar este diseño de manera eficaz, es importante que el método de clasificación y el método analítico estén fuertemente correlacionados. [39]
Muestreo adaptativo de conglomerados
En el muestreo adaptativo de conglomerados , las muestras se toman mediante un muestreo aleatorio simple y se toman muestras adicionales en lugares donde las mediciones superan algún valor umbral. Es posible que se necesiten varias rondas adicionales de muestreo y análisis. El muestreo adaptativo por conglomerados rastrea las probabilidades de selección para las fases posteriores del muestreo, de modo que se pueda calcular una estimación no sesgada de la media de la población a pesar del sobremuestreo de ciertas áreas. Una aplicación de ejemplo del muestreo adaptativo por conglomerados es delinear los límites de una nube de contaminación. El muestreo adaptativo es útil para estimar o buscar características raras en una población y es apropiado para mediciones rápidas y económicas. Permite delinear los límites de los puntos calientes, al tiempo que utiliza todos los datos recopilados con la ponderación adecuada para proporcionar estimaciones no sesgadas de la media de la población. [39] [40]
Agarra muestras
Las muestras individuales son muestras tomadas de un material homogéneo, generalmente agua , en un solo recipiente. Llenar una botella limpia con agua de río es un ejemplo muy común. Las muestras individuales proporcionan una buena vista instantánea de la calidad del entorno muestreado en el punto de muestreo y en el momento del muestreo. Sin un seguimiento adicional, los resultados no se pueden extrapolar a otras épocas ni a otras partes del río, lago o agua subterránea. [40] : 3
Con el fin de permitir que las muestras individuales o los ríos se consideren representativos, se requieren estudios repetidos de transectos transversales y longitudinales tomados en diferentes momentos del día y épocas del año para establecer que la ubicación de la muestra individual es lo más representativa posible. En el caso de los ríos grandes, estos estudios también deben tener en cuenta la profundidad de la muestra y la mejor forma de gestionar los lugares de muestreo en épocas de inundaciones y sequías. [40] : 8–9
En los lagos, las muestras al azar son relativamente simples de tomar utilizando muestreadores de profundidad que pueden bajarse a una profundidad predeterminada y luego cerrarse atrapando un volumen fijo de agua de la profundidad requerida. En todos los lagos, excepto en los más superficiales, hay cambios importantes en la composición química del agua del lago a diferentes profundidades, especialmente durante los meses de verano, cuando muchos lagos se estratifican en una capa superior cálida y bien oxigenada ( epilimnion ) y una capa inferior fría desoxigenada. ( hipolimnion ).
En el entorno marino de mar abierto, las muestras tomadas pueden establecer una amplia gama de parámetros de referencia, como la salinidad y una gama de concentraciones de cationes y aniones. Sin embargo, donde las condiciones cambiantes son un problema, como cerca de un río o descargas de aguas residuales, cerca de los efectos del vulcanismo o cerca de áreas de entrada de agua dulce del derretimiento del hielo, una muestra al azar solo puede dar una respuesta muy parcial cuando se toma por sí sola.
Monitoreo semicontinuo y continuo
Existe una amplia gama de equipos de muestreo especializados disponibles que se pueden programar para tomar muestras a intervalos de tiempo fijos o variables o en respuesta a un disparador externo. Por ejemplo, se puede programar un muestreador para comenzar a tomar muestras de un río a intervalos de 8 minutos cuando la intensidad de la lluvia aumenta por encima de 1 mm / hora. El disparador en este caso puede ser un pluviómetro remoto que se comunica con el muestreador mediante el uso de un teléfono celular o tecnología de explosión de meteoros [41] . Los muestreadores también pueden tomar muestras individuales discretas en cada ocasión de muestreo o agrupar las muestras en un compuesto de modo que en el transcurso de un día, dicho muestreador pueda producir 12 muestras compuestas, cada una compuesta por 6 submuestras tomadas a intervalos de 20 minutos.
El monitoreo continuo o cuasi-continuo implica tener una instalación analítica automatizada cerca del entorno que se monitorea para que los resultados, si es necesario, se puedan ver en tiempo real. Dichos sistemas a menudo se establecen para proteger importantes suministros de agua, como en el sistema de regulación del río Dee, pero también pueden ser parte de una estrategia general de monitoreo en grandes ríos estratégicos donde la alerta temprana de problemas potenciales es esencial. Dichos sistemas proporcionan de forma rutinaria datos sobre parámetros como el pH , el oxígeno disuelto , la conductividad , la turbidez y el color, pero también es posible operar la cromatografía de gas líquido con tecnologías de espectrometría de masas (GLC / MS) para examinar una amplia gama de contaminantes orgánicos potenciales . En todos los ejemplos de análisis automatizados del lado de la ribera existe el requisito de que se bombee agua desde el río a la estación de monitoreo. Elegir una ubicación para la entrada de la bomba es tan importante como decidir la ubicación para una muestra de río. El diseño de la bomba y las tuberías también requiere un diseño cuidadoso para evitar la introducción de artefactos a través de la acción de bombear el agua. La concentración de oxígeno disuelto es difícil de mantener a través de un sistema de bombeo y las instalaciones de GLC / MS pueden detectar contaminantes microorgánicos de las tuberías y las glándulas .
Muestreo pasivo
El uso de muestreadores pasivos reduce en gran medida el costo y la necesidad de infraestructura en el lugar de muestreo. Los muestreadores pasivos son semi-desechables y pueden producirse a un costo relativamente bajo, por lo que pueden emplearse en grandes cantidades, lo que permite una mejor cobertura y la recopilación de más datos. Debido a que es pequeño, el muestreador pasivo también se puede ocultar y, por lo tanto, reducir el riesgo de vandalismo. Ejemplos de dispositivos de muestreo pasivo son los gradientes de difusión en películas delgadas (DGT) sampler, Chemcatcher , sampler polar orgánico química integrador (POCIS), dispositivos de membrana semipermeables (SPMDs), estabilizado dispositivos de líquidos de membrana (SLMDs), y una bomba de muestreo de aire .
Vigilancia remota
Aunque la recopilación de datos en el sitio utilizando equipos de medición electrónicos es algo común, muchos programas de monitoreo también usan vigilancia remota y acceso remoto a los datos en tiempo real. Esto requiere que el equipo de monitoreo en el sitio esté conectado a una estación base a través de una red de telemetría, línea terrestre, red de telefonía celular u otro sistema de telemetría como Meteor burst. La ventaja de la vigilancia remota es que muchas fuentes de datos pueden entrar en una sola estación base para su almacenamiento y análisis. También permite que se establezcan niveles de activación o niveles de alerta para sitios y / o parámetros de monitoreo individuales, de modo que se pueda iniciar una acción inmediata si se excede un nivel de activación. El uso de la vigilancia a distancia también permite la instalación del equipo de vigilancia muy discreta que a menudo puede ser enterrado, camuflado o atado en profundidad en un lago o río con sólo un corto látigo de antena que sobresale. El uso de dicho equipo tiende a reducir el vandalismo y el robo cuando se monitorea en lugares de fácil acceso para el público.
Sensores remotos
La teledetección ambiental utiliza aviones o satélites para monitorear el medio ambiente usando sensores multicanal.
Hay dos tipos de teledetección. Los sensores pasivos detectan la radiación natural que emite o refleja el objeto o el área circundante que se observa. La luz solar reflejada es la fuente más común de radiación medida por sensores pasivos y en la teledetección ambiental, los sensores utilizados están sintonizados a longitudes de onda específicas desde el infrarrojo lejano a través de frecuencias de luz visible hasta el ultravioleta lejano . Los volúmenes de datos que se pueden recopilar son muy grandes y requieren soporte computacional dedicado. El resultado del análisis de datos de la teledetección son imágenes en falso color que diferencian pequeñas diferencias en las características de radiación del entorno que se está monitoreando. Con un operador hábil que elige canales específicos, es posible amplificar diferencias que son imperceptibles para el ojo humano. En particular, es posible discriminar cambios sutiles en la clorofila a y la clorofila b concentraciones en plantas y muestran áreas de un entorno con ligeramente diferentes regímenes de nutrientes.
La teledetección activa emite energía y utiliza un sensor pasivo para detectar y medir la radiación que se refleja o se dispersa desde el objetivo. LIDAR se utiliza a menudo para adquirir información sobre la topografía de un área, especialmente cuando el área es grande y el levantamiento manual sería prohibitivamente costoso o difícil.
La teledetección permite recopilar datos sobre áreas peligrosas o inaccesibles. Las aplicaciones de la teledetección incluyen el monitoreo de la deforestación en áreas como la cuenca del Amazonas , los efectos del cambio climático en los glaciares y las regiones árticas y antárticas, y sondeos de profundidad de las profundidades costeras y oceánicas.
Las plataformas orbitales recopilan y transmiten datos de diferentes partes del espectro electromagnético , que junto con sensores y análisis aéreos o terrestres a mayor escala, proporcionan información para monitorear tendencias como El Niño y otros fenómenos naturales a corto y largo plazo. Otros usos incluyen diferentes áreas de las ciencias de la tierra , como la gestión de recursos naturales , la planificación del uso de la tierra y la conservación. [42]
Monitoreo biológico
El uso de organismos vivos como herramientas de seguimiento tiene muchas ventajas. Los organismos que viven en el medio en estudio están constantemente expuestos a las influencias físicas, biológicas y químicas de ese medio. Los organismos que tienen tendencia a acumular especies químicas a menudo pueden acumular cantidades significativas de material de concentraciones muy bajas en el medio ambiente. Muchos investigadores han utilizado musgos para controlar las concentraciones de metales pesados debido a su tendencia a adsorber selectivamente metales pesados. [43] [44]
De manera similar, las anguilas se han utilizado para estudiar los productos químicos orgánicos halogenados , ya que estos se adsorben en los depósitos de grasa dentro de la anguila. [45]
Otros métodos de muestreo
El muestreo ecológico requiere una planificación cuidadosa para ser representativo y lo menos invasivo posible. Para los pastizales y otros hábitats de crecimiento bajo, el uso de un cuadrante , un marco de 1 metro cuadrado, se usa a menudo con el número y los tipos de organismos que crecen dentro de cada área de cuadrante contado [46]
Los sedimentos y los suelos requieren herramientas de muestreo especializadas para garantizar que el material recuperado sea representativo. Estos muestreadores se diseñan con frecuencia para recuperar un volumen específico de material y también pueden estar diseñados para recuperar el sedimento o la biota viva del suelo [47] , como el muestreador manual Ekman .
Interpretaciones de datos
La interpretación de los datos ambientales producidos a partir de un programa de monitoreo bien diseñado es un tema amplio y complejo abordado por muchas publicaciones. Lamentablemente, a veces ocurre que los científicos abordan el análisis de resultados con un resultado preconcebido en mente y usan o abusan de las estadísticas para demostrar que su propio punto de vista particular es correcto.
Las estadísticas siguen siendo una herramienta que es igualmente fácil de usar o de usar indebidamente para demostrar las lecciones aprendidas del monitoreo ambiental.
Índices de calidad ambiental
Desde el inicio del monitoreo ambiental basado en la ciencia, se han elaborado varios índices de calidad para ayudar a clasificar y aclarar el significado de los considerables volúmenes de datos involucrados. Afirmar que un tramo de río está en "Clase B" probablemente sea mucho más informativo que afirmar que este tramo de río tiene una DBO media de 4,2, una media de oxígeno disuelto del 85%, etc. En el Reino Unido, la Agencia de Medio Ambiente empleó formalmente un sistema denominado Evaluación de calidad general (GQA) que clasifica los ríos en seis bandas de letras de calidad de la A a la F basándose en criterios químicos [48] y en criterios biológicos. [49] La Agencia de Medio Ambiente y sus socios delegados en Gales (Countryside Council for Wales, CCW) y Escocia (Agencia de Protección Ambiental de Escocia, SEPA) emplean ahora un sistema de clasificación biológica, química y física para ríos y lagos que se corresponde con la UE. Directiva marco del agua. [50]
Ver también
- Monitoreo de la biodiversidad , por ejemplo, Monitoreo de la biodiversidad Suiza
- Monitoreo de carbono
- Perfilado de carbono
- Ciencia ciudadana , proyectos de limpieza en los que la gente puede participar.
- Crowdmapping
- Vehículo aéreo no tripulado § Aplicaciones : los drones se pueden utilizar para varios tipos de monitoreo ambiental
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