La contaminación térmica , a veces llamada "enriquecimiento térmico", es la degradación de la calidad del agua por cualquier proceso que cambie la temperatura ambiente del agua . Una causa común de contaminación térmica es el uso de agua como refrigerante por las centrales eléctricas y los fabricantes industriales. Cuando el agua utilizada como refrigerante se devuelve al entorno natural a una temperatura más alta, el cambio repentino de temperatura disminuye el suministro de oxígeno y afecta el ecosistema.composición. Los peces y otros organismos adaptados a un rango de temperatura particular pueden morir por un cambio abrupto en la temperatura del agua (ya sea un rápido aumento o disminución) conocido como "choque térmico". El agua refrigerante tibia también puede tener efectos a largo plazo sobre la temperatura del agua, aumentando la temperatura general de los cuerpos de agua, incluidas las aguas profundas. La estacionalidad afecta la forma en que estos aumentos de temperatura se distribuyen a lo largo de la columna de agua.
La escorrentía urbana ( aguas pluviales descargadas a las aguas superficiales desde carreteras y estacionamientos) y embalses también pueden ser una fuente de contaminación térmica.
Efectos biogeoquímicos
Los efectos del calentamiento del agua, a diferencia de los efectos del enfriamiento del agua, han sido los más estudiados con respecto a los efectos biogeoquímicos . Gran parte de esta investigación se centra en los efectos a largo plazo de las plantas de energía nuclear en los lagos después de que se haya eliminado una planta de energía nuclear. En general, existe apoyo para la contaminación térmica que conduce a un aumento de la temperatura del agua. [3] [4] Cuando las plantas de energía están activas, los aumentos de temperatura del agua a corto plazo se correlacionan con las necesidades eléctricas, con una mayor liberación de agua de enfriamiento durante los meses de invierno. [3] También se ha observado que el calentamiento del agua persiste en los sistemas durante largos períodos de tiempo, incluso después de que se hayan eliminado las plantas. [3] Cuando el agua caliente procedente de las exportaciones de refrigeración de centrales eléctricas entra en los sistemas, a menudo se mezcla, lo que provoca un aumento general de la temperatura del agua en todo el cuerpo de agua, incluidas las aguas más frías. [3] Específicamente en lagos y masas de agua similares, la estratificación produce efectos diferentes según la estación. En el verano, se ha visto que la contaminación térmica aumenta la temperatura del agua más profunda de manera más dramática que el agua superficial, aunque la estratificación todavía existe, mientras que en el invierno la temperatura del agua superficial experimenta un aumento mayor. [3] La estratificación se reduce en los meses de invierno debido a la contaminación térmica, a menudo eliminando la termoclina. [3] Un estudio que analizó el efecto de la remoción de una planta de energía nuclear en el lago Stechlin, Alemania, encontró que persistió un aumento de 2,33 ° C en las aguas superficiales durante el invierno y un aumento de 2,04 ° C en aguas profundas durante el verano, con incrementos marginales a lo largo de la columna de agua tanto en invierno como en verano. [3] La estratificación y las diferencias de temperatura del agua debidas a la contaminación térmica parecen correlacionarse con el ciclo de nutrientes del fósforo y el nitrógeno, ya que a menudo los cuerpos de agua que reciben exportaciones de refrigeración cambiarán hacia la eutrofización . Sin embargo, no se han obtenido datos claros al respecto, ya que es difícil diferenciar las influencias de otras industrias y agricultura. [5] [6]
De manera similar a los efectos observados en los sistemas acuáticos debido al calentamiento climático del agua en algunas partes del mundo, también se ha observado que la contaminación térmica aumenta las temperaturas de la superficie en el verano. [3] Esto puede provocar temperaturas del agua superficial que conduzcan a la liberación de aire caliente a la atmósfera, aumentando la temperatura del aire. [3] Por lo tanto, puede verse como un contribuyente al calentamiento global. [7] Muchos efectos ecológicos también se verán agravados por el cambio climático, a medida que aumente la temperatura ambiente de las masas de agua. [8]
Los factores espaciales y climáticos pueden afectar la severidad del calentamiento del agua debido a la contaminación térmica. Las altas velocidades del viento tienden a aumentar el impacto de la contaminación térmica. [4] Los ríos y grandes masas de agua también tienden a perder los efectos de la contaminación térmica a medida que avanzan desde la fuente. [9] [4]
Los ríos presentan un problema único de contaminación térmica. A medida que las temperaturas del agua se elevan río arriba, las plantas de energía río abajo reciben aguas más cálidas. Se ha observado evidencia de este efecto a lo largo del río Mississippi, ya que las centrales eléctricas se ven obligadas a utilizar aguas más cálidas como refrigerantes. [10] Esto reduce la eficiencia de las plantas y obliga a las plantas a utilizar más agua y producir más contaminación térmica.
Efectos ecologicos
Efectos de agua tibia
La temperatura elevada normalmente disminuye el nivel de oxígeno disuelto y de agua, ya que los gases son menos solubles en líquidos más calientes. Esto puede dañar a animales acuáticos como peces, anfibios y otros organismos acuáticos. La contaminación térmica también puede aumentar la tasa metabólica de los animales acuáticos, como actividad enzimática , lo que hace que estos organismos consuman más alimentos en menos tiempo que si no cambiaran su entorno. [13] : 179 Un aumento de la tasa metabólica puede resultar en menos recursos; los organismos más adaptados que se mueven pueden tener una ventaja sobre los organismos que no están acostumbrados a la temperatura más cálida. Como resultado, las cadenas alimentarias de los entornos antiguo y nuevo pueden verse comprometidas. Algunas especies de peces evitarán segmentos de arroyos o áreas costeras adyacentes a una descarga térmica. Como resultado, la biodiversidad puede disminuir. [14] : 415–17 [15] : 340
Las altas temperaturas limitan la dispersión del oxígeno en aguas más profundas, lo que contribuye a las condiciones anaeróbicas . Esto puede conducir a un aumento de los niveles de bacterias cuando hay suficiente suministro de alimentos. Muchas especies acuáticas no se reproducirán a temperaturas elevadas. [13] : 179–80
Los productores primarios (por ejemplo, plantas, cianobacterias ) se ven afectados por el agua caliente porque una temperatura más alta del agua aumenta las tasas de crecimiento de las plantas, lo que resulta en una vida útil más corta y una superpoblación de especies . El aumento de temperatura también puede cambiar el equilibrio del crecimiento microbiano , incluida la tasa de proliferación de algas que reducen las concentraciones de oxígeno disuelto. [dieciséis]
Los cambios de temperatura de incluso uno o dos grados Celsius pueden causar cambios significativos en el metabolismo del organismo y otros efectos adversos de la biología celular . Los principales cambios adversos pueden incluir hacer que las paredes celulares sean menos permeables a la ósmosis necesaria , coagulación de proteínas celulares y alteración del metabolismo enzimático . Estos efectos a nivel celular pueden afectar negativamente a la mortalidad y la reproducción .
Un gran aumento de temperatura puede provocar la desnaturalización de las enzimas que sustentan la vida al romper los enlaces de hidrógeno y disulfuro dentro de la estructura cuaternaria de las enzimas. La disminución de la actividad enzimática en los organismos acuáticos puede causar problemas como la incapacidad de descomponer los lípidos , lo que conduce a la desnutrición . El aumento de la temperatura del agua también puede aumentar la solubilidad y la cinética de los metales, lo que puede aumentar la absorción de metales pesados por los organismos acuáticos. Esto puede conducir a resultados tóxicos para estas especies, así como a la acumulación de metales pesados en niveles tróficos más altos en la cadena alimentaria , aumentando la exposición humana a través de la ingestión dietética. [dieciséis]
En casos limitados, el agua tibia tiene poco efecto deletéreo e incluso puede conducir a una mejor función del ecosistema acuático receptor. Este fenómeno se ve especialmente en aguas estacionales. Un caso extremo se deriva de los hábitos de agregación del manatí , que a menudo utiliza los sitios de descarga de las centrales eléctricas durante el invierno. Las proyecciones sugieren que las poblaciones de manatíes disminuirían con la remoción de estas descargas. [17]
Agua fría
Las descargas de agua anormalmente fría de los embalses pueden cambiar drásticamente la fauna de peces y macroinvertebrados de los ríos y reducir la productividad de los ríos. [18] En Australia , donde muchos ríos tienen regímenes de temperatura más cálidos, se han eliminado las especies de peces nativos y se ha alterado drásticamente la fauna de macroinvertebrados. Las tasas de supervivencia de los peces se han reducido hasta en un 75%. [19]
Choque termal
Cuando una planta de energía se abre o se apaga por primera vez para reparación u otras causas, los peces y otros organismos adaptados a un rango de temperatura particular pueden morir por el cambio abrupto en la temperatura del agua, ya sea un aumento o una disminución, conocido como "choque térmico". [15] : 208 [20] : 478
Fuentes y control de la contaminación térmica
Aguas residuales industriales
En los Estados Unidos , alrededor del 75 al 82 por ciento de la contaminación térmica es generada por plantas de energía. [15] : 335 El resto proviene de fuentes industriales como refinerías de petróleo , fábricas de pulpa y papel , plantas químicas , acerías y fundiciones . [21] : 4–2 [22]
El agua caliente de estas fuentes se puede controlar con:
- Estanques de enfriamiento , cuerpos de agua artificiales diseñados para enfriarse por evaporación , convección y radiación.
- torres de enfriamiento , que transfieren el calor residual a la atmósfera a través de la evaporación y / o transferencia de calor
- cogeneración , un proceso en el que el calor residual se recicla para fines de calefacción doméstica y / o industrial. [23]
Uno de los mayores contribuyentes a la contaminación térmica son los sistemas de enfriamiento de un solo paso (OTC) que no reducen la temperatura con tanta eficacia como los sistemas anteriores. Una gran planta de energía puede extraer y exportar hasta 500 millones de galones por día. [24] Estos sistemas producen agua 10 ° C más caliente en promedio. [25] Por ejemplo, la estación generadora Potrero en San Francisco (cerrada en 2011), usó OTC y descargó agua a la Bahía de San Francisco aproximadamente 10 ° C (20 ° F) por encima de la temperatura ambiente de la bahía. [26] Más de 1200 instalaciones en los Estados Unidos utilizan sistemas OTC en 2014. [21] : 4–4
Las temperaturas se pueden medir mediante técnicas de teledetección para monitorear continuamente la contaminación de las plantas. [27] Esto ayuda a cuantificar los efectos específicos de cada planta y permite una regulación más estricta de la contaminación térmica.
La conversión de las instalaciones de sistemas de refrigeración de un solo paso a sistemas de circuito cerrado puede reducir significativamente la contaminación térmica emitida. [24] Estos sistemas liberan agua a una temperatura más comparable a la del medio ambiente natural.
Embalses
A medida que el agua se estratifica dentro de las presas artificiales, la temperatura en el fondo desciende drásticamente. Se construyen muchas presas para liberar esta agua fría del fondo a los sistemas naturales. [19] Esto puede mitigarse diseñando la presa para liberar aguas superficiales más cálidas en lugar del agua más fría en el fondo del embalse. [28]
Escorrentía urbana
Durante el clima cálido, la escorrentía urbana puede tener importantes impactos térmicos en pequeños arroyos. A medida que el agua de lluvia pasa sobre estacionamientos, carreteras y aceras calientes, absorbe parte del calor, un efecto de la isla de calor urbano . Las instalaciones de gestión de aguas pluviales que absorben la escorrentía o la dirigen al agua subterránea , como los sistemas de biorretención y las cuencas de infiltración , reducen estos efectos térmicos al permitir que el agua tenga más tiempo para liberar el exceso de calor antes de ingresar al medio acuático. Estos sistemas relacionados para la gestión de la escorrentía son componentes de un enfoque de diseño urbano en expansión , comúnmente llamado infraestructura verde . [29]
Las cuencas de retención (estanques de aguas pluviales) tienden a ser menos efectivas para reducir la temperatura de la escorrentía, ya que el sol puede calentar el agua antes de descargarla en un arroyo receptor. [30]
Ver también
- Refrigeración por agua
- La contaminación del agua
Referencias
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