CONTAMINANTES Y SU DISTRIBUCIÓN EN EL AMBIENTE

DRA. NELLY LIDIA JORGE 2017

ESFERAS AMBIENTALES 

El estudio de la química ambiental debe definir primero lo que se entiende por medio ambiente. La química ambiental debe tener en cuenta cinco compartimentos o esferas del ambiente que interactúan y se solapan o enciman entre sí, se afectan unas a las otras y experimentan intercambios continuos de materia y de energía. Tradicionalmente, la ciencia ambiental ha considerado el agua, el aire, la tierra y la vida, es decir la hidroesfera, la atmósfera, la geoesfera y la bioesfera.

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Consideradas en su conjunto, generalmente las actividades humanas se percibían como perturbaciones indeseables en esas otras esferas, causando contaminación y efectos adversos. Por eso se debe incluir una quinta esfera la antroposfera, que involucra a todas las actividades que los humanos hacen. La figura 1 muestra las cinco esferas del medio ambiente, incluyendo la antroposfera y algunos de los intercambios de materia entre ellas.

Figura 1. Las cinco esferas del ambiente. La materia y energía se mueven constantemente entre estas esferas, añadiendo complejidad a la química ambiental.

ATMOSFERA 

Es una capa muy delgada comparada con el tamaño de la Tierra. La mayoría de los gases atmosféricos se encuentran a unos pocos kilómetros sobre el nivel del mar. Además de proporcionar oxigeno para los organismos vivientes , la atmósfera proporciona el dióxido de carbono requerido para la fotosíntesis de las plantas y el nitrógeno que los organismos usan para hacer las proteínas. Juega una función protectora vital, pues absorbe la radiación ultravioleta mas energética del sol, que acabaría con los organismos vivientes expuestos a ella.

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La capa estratosférica de ozono es la que participa en ello. Debido a su capacidad de absorber la radiación infrarroja por la que la Tierra pierde la energía que absorbe del sol, la atmosfera estabiliza la temperatura de la superficie de la Tierra. La atmosfera sirve como el sustrato, mediante el cual, la energía solar que incide con mas intensidad en las regiones ecuatoriales, se redistribuye a partir del Ecuador hacia otras partes del planeta. Es el medio en el que el vapor de agua, evaporado de los océanos como el primer paso en el ciclo hidrológico, se transporta sobre la masa de tierra para precipitarse como lluvia, granizo o nieve sobre ella.

HIDROSFERA 

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En ella esta contenida el agua de la Tierra. El 97% de esta es el agua de mar de los océanos. El agua dulce esta en los ríos, lagunas, arroyos, aguas subterráneas y como hielo en las capas de hielo polares y en los glaciares. Una pequeña fracción esta como vapor de agua en la atmósfera. En la figura 2, se muestra el ciclo hidrológico. Cubre el 70% de la superficie terrestre, los océanos son el factor predominante a la hora de definir la naturaleza física y química de la superficie terrestre, ya que, por ej., el clima se modifica debido a la capacidad de estos para absorber la energía solar y transportarla alrededor del planeta. Asimismo, juegan un papel preponderante en la regulación de los contenidos de oxigeno y dióxido de carbono involucrados en los procesos vitales

Figura 2. Ciclo hidrológico y cantidades de agua en sus diversos entornos.

GEOESFERA 

El crecimiento de las plantas, base del alimento para todos los organismos vivientes. La litosfera es una capa solida relativamente delgada que se extiende sobre la superficie de la Tierra hasta profundidades de 50-100 Km. Su capa exterior, mas delgada es conocida como corteza terrestre, esta compuesta de minerales basado en silicatos, relativamente mas ligeros. Es la parte de la geoesfera que esta disponible para interactuar con las otras esferas ambientales y que es accesible a los seres humanos.

BIOESFERA 

Esta compuesta por los organismos vivientes. Estos viven en la superficie de la geoesfera, en el suelo o justamente debajo de la superficie del suelo. Los océanos y otros sistemas acuosos sostienen grandes poblaciones de organismos. La bioesfera es una capa muy delgada en la interfase entre la geoesfera y la atmosfera. Esta involucrada con la geoesfera, la hidroesfera y la atmósfera por medio de ciclos biogeoquímicos a través de los cuales circulan elementos como el nitrógeno y el carbono.

LA QUÍMICA AMBIENTAL, ES LA DISCIPLINA QUE TRATA DE LOS PROCESOS QUÍMICOS QUE OCURREN EN EL MEDIO AMBIENTE, TANTO LOS NATURALES COMO LOS PROPICIADOS POR LA INTERVENCIÓN DEL HOMBRE.

SE

LA PUEDE DEFINIR COMO EL ESTUDIO DE LAS FUENTES, REACCIONES, EL TRASPORTE, LOS EFECTOS Y DESTINO DE LAS ESPECIES QUÍMICAS EN EL AGUA, EL AIRE Y EN LOS AMBIENTES VIVOS, ASÍ COMO LOS CONSIGUIENTES EFECTOS DE LA

TECNOLOGÍA SOBRE ELLOS. EL PAPEL DE LA QUÍMICA Y DEL QUÍMICO ES RELEVANTE, NO SOLAMENTE PARA COMPRENDER EL COMPORTAMIENTO DE LOS CONTAMINANTES Y SU DESTINO FINAL EN EL MEDIO AMBIENTE , SINO TAMBIÉN PARA PREVENIR DESEQUILIBRIOS EN EL MEDIO A CAUSA DE LA CONTAMINACIÓN O DE PRÁCTICAS ABUSIVAS. ADEMÁS SIRVE PARA PROPONER Y DISEÑAR PROCEDIMIENTOS QUÍMICOS DE REMEDIACIÓN DEL MEDIO AFECTADO.

Figura 3. Ilustración de la definición de química ambiental con un contaminante típico.

BIOQUIMICA

AMBIENTAL

ESTUDIA

TODOS

LOS

ASPECTOS BIOQUÍMICOS METABÓLICOS EN LOS SERES VIVOS Y LA INTERACCIÓN QUE PUEDAN PRODUCIRSE ENTRE LAS SUSTANCIAS XENIOBIOTICAS DISPERSAS EN EL MEDIO (CONTAMINANTES AMBIENTALES) Y LOS ORGANISMOS QUE EN ÉL HABITAN. ESTA RELACIONADA CON OTRAS CIENCIAS BIOLOGÍA CELULAR Y MOLECULAR, ECOLOGÍA, GENÉTICA, QUÍMICA Y BIOQUÍMICA, TOXICOLOGÍA.

Xenobiótico es todo compuesto químico que no forma parte de la composición de los organismos vivos. Suelen ser contaminantes (concentración en exceso) de determinados ambientes y generalmente ejercen algún tipo de efecto sobre los seres vivos, aunque no tengan toxicidad aguda.

LA MATERIA Y SUS CICLOS Los ciclos globales geoquímicos pueden considerarse desde el punto de vista de varios depósitos o reservorios, como océanos, sedimentos y atmosfera, unidos por “conductos” a través de los cuales la materia se mueve continuamente. El movimiento de un tipo especifico de materia entre dos depósitos particulares puede ser reversible o irreversible  Los ciclos de la materia ocurrirían incluso en ausencia de vida en la Tierra, pero están fuertemente influenciados por la forma de vida, particularmente plantas y micro-organismos . Los organismos participan en ciclos biogeoquímicos , los cuales describen la circulación de la materia, particularmente nutrientes a través de los ecosistemas. 

Como parte del ciclo de carbono, el C atmosférico en forma de CO2 se fija como biomasa; como parte del ciclo de nitrógeno, el N2 atmosférico se fija en la materia orgánica. El proceso inverso es la mineralización, en la cual los elementos enlazados biológicamente se devuelven a estados inorgánicos. La fuerza impulsora de los ciclos biogeoquímicos es la energía solar. En la figura 1 puede observarse, que los intercambios de materia entre las esferas el ciclo de la materia.  Ejemplos de materiales entre las esferas ambientales incluyen el oxígeno emitido a la atmósfera por las plantas en la bioesfera, el nitrógeno elemental de la atmósfera incorporado en el amoníaco por procesos de síntesis química en la antroposfera. 

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El calcio disuelto a partir de minerales en la geoesfera que entra en la hidroesfera como ión calcio disuelto. Los ciclos de la materia están muy relacionados con el destino químico y el transporte de contaminantes. La mayoría de los ciclos biogeoquímicos puede describirse como ciclos elementales que involucran elementos nutritivos como el carbono, el nitrógeno, el oxígeno, el fósforo y el azufre. Muchos son ciclos exógenos en los que el elemento en cuestión pasa parte del ciclo en la atmósfera (O2,N2,CO2). Otros principalmente el ciclo del fósforo, no tienen un componente gaseoso y son ciclos endógenos.

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Figura 4. Ciclo del Carbono. El C mineral se mantiene en un depósito de calcita, CaCO3, del que puede lixiviarse a una disolución mineral en forma de ion bicarbonato disuelto, HCO3-, que se forma cuando el CO2(acuoso) reacciona con el CaCO3. En la atmósfera el C esta como CO2. Este es fijado como materia orgánica por la fotosíntesis y el C orgánico se libera con CO2 por la descomposición microbiana de la materia orgánica.

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Figura 5. Ciclo del Nitrógeno. Este se encuentra en todas las esferas del ambiente. La atmósfera tiene el 78%N2 y es un depósito inagotable del mismo. Es un constituyente esencial de las proteínas. Su incorporación a formas químicas orgánicas e inorgánicas es un paso limitante del ciclo del nitrógeno.

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Figura 6. Ciclo del Oxígeno. Este ciclo se encuentra enlazado a los demás pero particularmente con el de C.

IMPACTO HUMANO Y CONTAMINACION 

Las demandas de una población creciente, unidas con el deseo de la mayoría de las personas a un estándar de vida material superior, traen como resultado la contaminación en una escala masiva. Las cinco esferas ambientales pueden padecer contaminación, además de estar todas ellas vinculadas a los fenómenos de polución. Por ejemplo, algunos gases emitidos a la atmósfera pueden convertirse en ácidos fuertes por procesos químicos atmosféricos, precipitar a la superficie terrestre como lluvia ácida y contaminar el agua con su acidez. Los residuos dañinos que se desechan inadecuadamente, pueden lixiviarse al agua subterránea, que se libera como agua contaminada en arroyos.

ALGUNAS DEFINICIONES DE LA CONTAMINACION Los residuos tóxicos de solventes organo-clorados que se lixivian al agua de suministro, desde vertederos de residuos químicos peligrosos, son contaminantes desde todos los puntos de vista. Sin embargo, la música rock fuerte, amplificada a un nivel de altos decibelios, es agradable a algunas personas, mientras que es una forma muy definida de contaminación sonora para otras.  Frecuentemente, el tiempo y el lugar determinan lo que se entiende como contaminante.  El fosfato que se debe eliminar de las aguas residuales es, químicamente, el mismo fosfato que el granjero a pocos km tiene que comprar a precios altos como fertilizante. 

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La mayoría de los contaminantes son, de hecho recursos que han terminado como residuos. Una definición razonable considera contaminante a una sustancia presente en una concentración mayor que la natural como resultado de la actividad humana, que tiene un efecto perjudicial neto en el medio ambiente o sobre algo de valor en ese ambiente. Cada contaminante se origina en una fuente. La fuente es importante porque generalmente es el lugar lógico para eliminar la contaminación. Después que el contaminante es liberado por la fuente puede actuar sobre un receptor. El receptor es aquello que es afectado por un contaminante. Los seres humanos, a quienes les arden los ojos cuando están expuestos a componentes oxidantes en la atmósfera son receptores.

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CONTAMINANTE: es un concepto muy amplio y se considera como tal cualquier agente que tiende a modificar el equilibrio natural del medio ambiente (ecosfera) y además puede incidir sobre la biosfera. Los xenobióticos son, por lo tanto, contaminantes de naturaleza química y que suelen producir efectos tóxicos, o al menos alteraciones en el normal funcionamiento de las células vivas. Entre los contaminantes más abundantes en el medio y perjudiciales para los sistemas biológicos se pueden destacar los metales pesados y las sustancias orgánicas: plaguicidas, hidrocarburos halogenados y no halogenados, PCBs, DBF y DBD,residuos químicos tóxicos, junto con las radiaciones nucleares, etc..

CLASIFICACION DE CONTAMINANTES Se puede abordar desde diferentes puntos de vista:  I- Por su ORIGEN: - intencionado o casual. Deshechos urbanos, deshechos industriales, mixtos, explotaciones mineras, explotaciones agrícolas. De procedencia variada: tabaco, conservantes, plaguicidas, estabilizantes, plastificantes, aditivos, inductores del crecimiento, toxinas bacterianas. Accidentes industriales: factorías, transporte, etc.  II.-Por sus APLICACIONES: medicamentos, productos de uso doméstico, usos industriales, usos agrícolas, locomoción 

III- Por su ACCION INTRINSECA: Fármacos: antibióticos, antineoplásicos (metotrexato, agentes quimioterapeúticos y citostáticos, agentes alquilantes, vinblastina, etc.), plaguicidas, sustancias de abuso o drogas, etc. Tóxicos de acción local: caústicos, corrosivos o vesicantes: ácidos, lejias, NO2, SO3, disolventes, cromatos, alquitranes. Destruyen células de la piel, mucosas, árbol respiratorio.Dermatitis, bronquitis, conjuntivitis, quemaduras, reacciones alérgicas. Tóxicos de acción sistémica: Aditivos, Edulcorantes, Conservantes, Plaguicidas.

IV.- Por su ACCION BIOLOGICA o BIOQUIMICA: biocidas, mutagénicos, carcinogénicos, teratogénicos; inhibidores, activadores e inductores de enzimas, agentes desacoplantes, etc. V.-Por su REACTIVIDAD METABOLICA: biodegradables o persistentes: bioacumulativos, bioactivables. VI- Por su NATURALEZA: física, química y biológica.

VI- POR SU NATURALEZA: FÍSICA, QUÍMICA Y BIOLÓGICA 

1.DE NATURALEZA FÍSICA: (se consideran contaminantes) -Color tintes (naturaleza química) -Turbidez minas e industria -Calor centrales nucleares y térmicas. -Radiaciones en la naturaleza (rocas y cósmica), uso de la energía nuclear (investigación, medicina, industria). -Ruido o Contaminación por olores.- Sustancias volátiles olorosas: alcanfor, almizcle, floral, mentolado, éter, ágrios, fétidos.

2.- DE NATURALEZA BIOLÓGICA: (se consideran contaminantes) Seres vivos o compuestos procedentes de ellos: bacterias, virus, hongos, protozoos, materia orgánica, residuos: vegetales, urbanos, fecales, de mataderos,etc. 3.- DE NATURALEZA QUÍMICA: 3A.- ORGANICOS: plaguicidas y compuestos industriales. 3B.- CONTAMINANTES INORGÁNICOS

3. DE NATURALEZA QUIMICA 3.A.ORGANICO 3.A.1.PLAGUICIDAS a) Según su actividad biológica  Insecticidas. Tóxicos para insectos.  Acaricidas. Tóxicos para ácaros.  Nematicidas. Tóxicos para los nematodos.  Fungicidas. Tóxicos para hongos.  Antibióticos. Inhiben el crecimiento de microorganismos.  Herbicidas. Atacan las malas hierbas.  Rodenticidas. Causan la muerte a ratones y otros roedores.  Avicidas. Causan la muerte a las aves.  Molusquicidas. Eliminan los moluscos.  Atrayentes y repelentes de insectos. Repelen a los insectos o los atraen para provocar su destrucción. 

b) Por su naturaleza química Organoclorados. Son insecticidas, herbicidas, fungicidas. Organofosforados. Insecticidas. Carbamatos. Insecticidas, herbicidas. Derivados de la urea. Herbicidas.

Compuestos heterocíclicos. Herbicidas. Compuestos inorgánicos. Acciones diversas.

c) Por su toxicidad Supertóxicos. DL50 < 5mg/Kg Extremadamente tóxicos. DL50 5-50mg/kg Muy tóxicos. DL50 50-500 mg/kg Moderadamente tóxicos. DL50 500 5000mg/kg Ligeramente tóxicos. DL50 5 - 15gr/Kg Prácticamente no tóxicos. DL50 > 15 gr/Kg.

d) Por su persistencia (propiedad relacionada con su pervivencia en el medio), pueden ser: Muy persistentes: organoclorados Moderadamente persistentes: derivados triazínicos y de fenilurea. No persistentes: organofosforados, carbamatos y derivados de piretrina.

3A.2.- COMPUESTOS INDUSTRIALES 

Reunen una gran diversidad de compuestos, con muy variadas aplicaciones: plastificantes y aislantes: PCBs y PCTs (que contienen Cldibenzofuranos, Cl-dibenzodioxinas); disolventes: formaldehido, acetaldehído, tolueno; hidrocarburos: polinucleares o policíclicos: benzopireno, dibenzofuranos y dibenzodioxinas; detergentes; ésteres de fósforo, órganometales; hidrocarburos sulfonados, nitrosaminas, etc. CFC: cloro-fluoro-carbonados, destruyen la capa de O3, que nos protege de los rayos UV (260-290 nm).

3B.- CONTAMINANTES INORGÁNICOS ácidos, alcalis, nitratos, nitritos, sulfatos, fosfatos, halógenos (Fl, I), óxidos de nitrógeno, óxidos de carbono, óxidos de azufre, ozono y radicales libres, silicatos, iones en general, amoniaco, metales pesados: Mn, Co, Pb, Zn, Fe, Cd, Cr, As, Ni, Se, Hg, Be.

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

* Enfermedad de Minamata, Hg+ en pescado y de ITAI-ITAI, Cd2+ y derivados en arroz.  *Pb en sangre, efectos y recomendaciones  *Contaminantes atmosféricos: CO, SO2, SO3, NO2, NO.

CONTAMINACION EN LAS DIFERENTES ESFERAS TRANSPORTE Y DESTINO El movimiento y el destino de los contaminantes ambientales son tratados por la disciplina transporte y destino químico. En la figura 7 se ilustra las vías principales involucradas en el transporte y destino químico. Las sustancias consideradas como contaminantes casi siempre se originan en la antroposfera. Pueden pasar al aire, la tierra, el agua, a los sedimentos y a la biota. El lugar donde tales sustancias va a parar y lo que hacen, depende de sus propiedades y de las condiciones del medio ambiente en que son introducidas. Como regla general el transporte y destino, esta controlado por su transporte físico y su reactividad, que incluye reacciones químicas o bioquímicas.

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También interacciones físicas con otras fases. Es conveniente ver el transporte y destino ambiental en función de tres compartimientos ambientales principales: (1) atmósfera,(2) las aguas superficiales y (3) la superficie terrestre y el subsuelo, los estratos minerales y las aguas subterráneas. Figura 8

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Figura 7. Intercambio de contaminantes liberados por la antroposfera entre varios segmentos de las otras esferas ambientales mostrando las vías involucradas en el trasporte y destino químico.

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Figura 8. Los tres compartimientos principales considerados en el transporte y destino ambiental.

TRANSPORTE FISICO 

Si bien existen numerosos procesos de transporte físico, dependiendo del medio en que se encuentres los contaminantes, pueden dividirse en dos categorías. La primera es la advección, que se debe al movimiento de masa de fluidos que simplemente llevan los contaminantes con ellos. La advección vertical de aire o agua se denomina convección. El segundo movimiento de las especies químicas es el transporte por difusión o transporte de Fick, mas comúnmente considerado como difusión molecular, que consiste en la tendencia natural de las moléculas a moverse desde las regiones de alta concentración a las regiones de mas baja concentración por el movimiento aleatorio de las moléculas.

REACTIVIDAD La reactividad incluye reacciones químicas, procesos bióticos, la unión a superficies y la liberación de estas. Los procesos de reactividad incluye el intercambio entre fases. En el agua esta ultima puede incluir la unión de especies soluble a partículas suspendidas en el agua y, en el aire, podría incluir la evaporación y condensación de las especies. Los procesos bióticos entran en la amplia categoría de intercambio entre fases, pero cualquiera de las reacciones bioquímicas que sufren los contaminantes incorporados por los organismos, son obviamente cambios químicos.

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CARACTERÍSTICAS FÍSICO-QUÍMICAS DE CONTAMINANTES 

Para entender como se comporta un contaminante en el ambiente se necesita conocer cierta información sobre las propiedades físico-químicas de la molécula y su mecanismo de transporte, así como las características medio ambientales y la geografía del lugar en el que se le encuentra. Con la gran complejidad y cantidad de datos requeridos, los científicos no siempre pueden predecir exactamente lo que ocurrirá con una partícula de contaminante cuando éste ha entrado en el ambiente .

A este problema, se suma el hecho de que los datos de las investigaciones son obtenidos bajo condiciones controladas de laboratorio y con cantidades conocidas de contaminante, lo cual no ocurre en la naturaleza. A pesar de lo complejo del problema, los científicos han logrado determinar ciertas características físico-químicas cuantificables para los contaminantes, como es la solubilidad, presión de vapor, Constante de la Ley de Henry, el Coeficiente de Carbono orgánico (Koc) y el Coeficiente de Partición Octanol-Agua (Kow). Con esta información pueden predecir el lugar donde pudiera encontrarse un plaguicida en altas concentraciones.  .

Por otra parte, la molécula de plaguicida no permanece intacta por tiempo indefinido en el medio ambiente, ya que con el tiempo sufre una degradación influenciada por microorganismos, actividad química, pH, clima, y contenido de materia orgánica del suelo, entre otros.

VOLATILIZACION Todas las sustancias orgánicas son volátiles en algún grado dependiendo de su presión de vapor, del estado físico en que se encuentren y de la temperatura ambiente. La volatilidad se mide a partir de la constante de Henry que depende de la presión de vapor en estado líquido y de la solubilidad en agua.

PRESION DE VAPOR Es una medida de la capacidad de una sustancia para volatilizarse (plaguicida). Es un determinante importante de la velocidad de volatilización al aire desde suelos o cuerpos de agua superficiales contaminados. La presión de vapor es una magnitud termodinámica que corresponde a la presión que ejerce un gas en equilibrio con su fase pura condensada mas estable a la temperatura indicada. La exigencia de equilibrio en esta definición exige que el sistema considerado sea cerrado, que es precisamente una situación que no ocurre en la naturaleza, donde todos los sistemas ambientales son abiertos.

A pesar de ello, la presión de vapor es una magnitud que puede relacionarse con la tendencia de un contaminante a escapar hacia la fase gas. El hecho de que muchos contaminantes orgánicos tengan presiones de vapor muy bajas no significa que las pérdidas en el suelo por volatilización sean despreciables. Hay que tener en cuenta que normalmente la presión parcial del contaminante, excepto en la microcapa justo en contacto con el suelo, es prácticamente cero, con lo cual la tendencia termodinámica a la volatilización es grande..

La presión de vapor varía; se incrementa la presión cuando se incrementa la temperatura y disminuye cuando disminuye la temperatura. La presión de vapor se expresa usando una variedad de unidades, incluyendo los pascales (Pa), milímetros de mercurio (mm Hg equivalente a Torr), libras por pulgada cuadrada (lb/pulg) y atmósferas (atm)

PRESION DE VAPOR DEL PLAGUICIDA (Pa)

AFINIDAD DEL PLAGUICIDA AL SUELO O AGUA

< 1,0 10-6

ALTA

PLAGUICIDA

BAJO POTENCIAL PARA VOLATILIZARSE Se puede solubilizar en agua o ser retenido por el suelo

> 1,0 x 10-2

BAJA

ALTO POTENCIAL PARA VOLATILIZARSE

CONSTANTE DE LA LEY DE HENRY (H) Describe la tendencia de un plaguicida a volatilizarse del agua o suelo húmedo. El valor se calcula usando la presión de vapor, solubilidad en agua y peso molecular de un plaguicida . El Coeficiente de partición aire-agua (Hc) tiene la siguiente expresión:

H C =pc

Donde: p = presión de vapor del plaguicida (Pa) c = solubilidad en agua (mol m-3) Siendo las unidades de Hc = Pa m3/mol

Tabla constante de la Ley de Henry VOLATILIDAD DEL PLAGUICIDA

No volátil

El plaguicida puede disolverse en agua

RANGOS DEL VALOR (Pa m3/mol)

Constante (H) BAJA

Menor a 3 x 10-2



3 x 10-2 a 1

Baja volatilidad



Presión de vapor baja Alta solubilidad



Volatilidad moderada

El plaguicida puede evaporarse

Constante (H) ALTA

1 a 101,3

   Alta volatilidad

Mayor a 101,3

Tiene potencial para lixiviarse

Presión de vapor alta

Solubilidad baja Tiene potencial alto para volatilizarse del suelo húmedo

PERSISTENCIA

Se define como la capacidad de cualquier plaguicida para retener sus características físicas, químicas y funcionales en el medio en el cual es transportado o distribuido, durante un período limitado después de su emisión. Los plaguicidas que persisten más tiempo en el ambiente, tienen mayor probabilidad de interactuar con los diversos elementos que conforman los ecosistemas . Si su vida media y su persistencia es mayor a la frecuencia con la que se aplican, los plaguicidas tienden a acumularse tanto en los suelos como en la biota y con el tiempo, la mayoría de los plaguicidas sufren una degradación como resultado de reacciones químicas y microbiológicas en suelo o agua.

Clasificación de los plaguicidas de acuerdo a su persistencia

PERSISTENCIA

TIEMPO

Ligeramente persistente

Menor de 4 semanas

Poco persistentes

De 4 a 26 semanas

Moderadamente persistentes

De 27 a 52 semanas

Altamente persistentes

De 1 a 20 años

Permanentes

Mayor de 20 años

VIDA MEDIA La vida media está definida como el tiempo (en días, semanas o años) requerido para que la mitad del plaguicida presente después de una aplicación se descomponga en productos de degradación. La descomposición depende de varios factores incluidos la temperatura, el pH del suelo, los microorganismos presentes en el suelo, clima, exposición del plaguicida a la luz, agua y oxígeno. Es importante señalar que muchas sustancias resultantes de la descomposición de un plaguicida pueden ser también tóxicas y tener vidas medias significativas. Existen diferentes modos de clasificar a la vida media de un plaguicida, como son:

Vida media en suelo: Es el tiempo requerido para que un plaguicida se degrade en el suelo. La vida media está determinada por el tipo de organismos presentes en el suelo, el tipo de suelo (arena, arcilla, limo), pH y temperatura, entre otros. El Departamento de Regulación de Plaguicidas en California, E.U., determinó que un plaguicida que tiene una vida media mayor a 9 días en un suelo aeróbico puede tener potencial para contaminar agua subterránea. Vida media por Fotólisis: Es el tiempo requerido para que la mitad de un plaguicida aplicado se degrade a la luz del sol. Vida media por Hidrólisis: Es el tiempo requerido para que la mitad de un plaguicida aplicado se degrade por la acción del agua

SOLUBILIDAD EN AGUA La solubilidad en agua de un plaguicida determina la máxima concentración a disolverse en un litro de agua y por lo general tiene un rango de 1 a 100.000 mg/L. Las unidades de concentración son: mg por litro (mg/L), que es aproximadamente igual a una parte por millón (ppm) o un microgramo por litro (μg/L), que es aproximadamente igual a una parte por billón (ppb). Si bien los valores estudiados en el laboratorio se realizaron a temperaturas de 20 a 25 °C, estos se adaptan bien al ambiente.

Los plaguicidas muy solubles en agua se adsorben con baja afinidad a los suelos y por lo tanto, son fácilmente transportados del lugar de la aplicación por una fuerte lluvia, riego o escurrimiento, hasta los cuerpos de agua superficial y/o subterránea. El departamento de Regulación de Plaguicidas en California, E.U. determinó que los plaguicidas con una solubilidad mayor a 3 mg/L tiene potencial para contaminar agua subterránea. Sin embargo en E.U., plaguicidas con solubilidad en agua menor de 3 mg/L se han encontrado en agua subterránea, lo cual indica que el parámetro antes mencionado no es una garantía.

Solubilidad de un plaguicida en agua PLAGUICIDA

AGUA Y SUELO

 Baja solubilidad



 Alta solubilidad

 

El plaguicida puede tener afinidad por el suelo y acumularse en este El plaguicida puede sedimentarse en el suelo en la base de los acuíferos

El plaguicida puede tener afinidad por el agua y puede solubilizarse El plaguicida se puede transportar a mantos acuíferos Puede facilitarse la biodegradación del plaguicida

COEFICIENTE DE ADSORCIÓN DE CARBONO ORGÁNICO (KOC).

A este valor también se le conoce como Coeficiente de adsorción (o partición) suelo-agua o simplemente Coeficiente de adsorción. Es una medida de la tendencia de un compuesto orgánico a ser adsorbido (retenido) por los suelos o sedimentos. KD y fOC = mMO /mS K OC = f OC Donde: fOC es la fracción de carbono orgánico (g C/g sólido) mMO es la masa de materia orgánica mS es la masa de suelo KD es el coeficiente de distribución del contaminante o compuesto orgánico (mL/g)

La unidad de KOC es mL/g. El Koc es específico para cada plaguicida en un intervalo amplio de sedimentos y suelos. Los valores del Koc van de 1 a 1 x 107 mL/g. Un Koc elevado indica que el plaguicida orgánico se fija con firmeza en la materia orgánica del suelo, por lo que poca cantidad del compuesto se mueve a las aguas superficiales o a los acuíferos. C

KD =

S

CW

Donde Cs es la concentración de equilibrio del contaminante en el sólido y Cw es la concentración de equilibrio del contaminante en agua

Rangos del Koc (mL/g carbono orgánico) ADSORCIÓN DEL PLAGUICIDA AL SUELO

VALORES DEL COEFICIENTE



Muy débil

El plaguicida puede ser volátil

Menor a 10

 

Débil

10 a 100

Moderada

100 a 1.000



De moderada a fuerte

El plaguicida puede ser soluble en grasas

1.000 a 10.000

 

Fuerte

10.000 a 100.000

Muy fuerte

Mayores a 100.000

Koc BAJO El plaguicida puede distribuirse en cuerpos de agua o aire El plaguicida puede no ser fijado a la materia orgánica del suelo La vía de exposición al plaguicida puede ser inhalatoria

Koc ALTO El plaguicida puede fijar en suelo, sedimento, biota y materia orgánica El plaguicida puede moverse en aguas superficiales La vía de exposición al plaguicida puede ser por la cadena alimentaria

COEFICIENTE DE PARTICIÓN OCTANOL/AGUA (KOW)

El coeficiente de partición Octanol-agua, Kow, es una medida de cómo una sustancia química puede distribuirse entre dos solventes inmiscibles, agua (es un solvente polar) y octanol (es un solvente relativamente no polar, que representa a las grasas). El Kow proporciona un valor de la polaridad de un plaguicida, que es frecuentemente utilizado en modelos para determinar cómo un plaguicida puede distribuirse en tejido de grasa animal C oc tan ol K OW = C agua

Donde: C = la concentración molar

pK OW = − log K OW Los plaguicidas con una vida media y un Kow altos pueden acumularse en tejido graso y bioacumularse a lo largo de la cadena alimenticia . Rangos de Kow de un plaguicida ACUMULACION DE PLAGUICIDAS EN GRASA (Kow)

Alto

PLAGUICIDA    

Bajo

 

El plaguicida puede fijarse con firmeza a materia orgánica, sedimento y biota El plaguicida puede bioacumularse en grasa corporal de animales La via de exposición al plaguicida puede ser por la cadena alimenticia El plaguicida puede no fijarse en materia orgánica El plaguicida puede moverse en aguas superficiales, acuíferos y aire La vía de exposición al plaguicida puede ser la inhalatoria

POTENCIAL DE CONTAMINACIÓN

DE

AGUA SUBTERRÁNEA Las propiedades anteriormente descritas son de gran utilidad para los investigadores ya que permiten estimar el potencial de afectación de los plaguicidas si entran en contacto con el agua. La Agencia de Protección Ambiental (EPA), de los Estados Unidos, realizó estudios de laboratorio durante 10 años, asociando ciertas propiedades de los plaguicidas con la lixiviación; en el Tabla se muestran los valores de potencial de contaminación de agua subterránea.

Valores de potencial de contaminación de agua subterránea PROPIEDADES QUÍMICAS O FÍSICAS DE LOS PLAGUICIDAS

VALORES DETERMINADOS

Solubilidad en agua

> 30 ppm

Constante De la Ley de Henry

< 10-2 atm m-3/mol

Koc

< de 300 a 500

Vida media por Hidrólisis

> 25 semanas

Vida media por Fotólisis

> de una semana

Fuente US. Enviromental protection Agency, 1986. Pesticides in Groundwater Background Document

CONVENCIÓN SOBRE ARMAS QUÍMICAS La Convención sobre armas químicas es un tratado internacional de control de armamento que ilegaliza la producción, almacenamiento y uso de armas químicas. Su nombre completo es Convención sobre la Prohibición del Desarrollo, Producción, Almacenaje y Uso de Armas Químicas y sobre su destrucción. El tratado fue firmado en 1993 y entró en vigencia el 29 de abril de 1997, pasando a aumentar el Protocolo de Ginebra de 1925 sobre las armas químicas. Incluye medidas de verificación extensas tales como inspecciones en el sitio; sin embargo, no cubre las armas biológicas.

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Este acuerdo en vigencia es administrado por la Organización para la Prohibición de Armas Químicas (OPCW, por sus siglas en inglés), que es una organización independiente, aunque a menudo es incorrectamente tomada como un departamento al interior de las Naciones Unidas. Esta organización conduce inspecciones a plantas militares e industriales en todos los países miembros. La Convención distingue tres tipos de sustancias controladas, químicos que pueden bien ser usados como armas en sí mismos o usados en la elaboración de armas.

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Cada clase esta separada en una Parte A, que son químicos que pueden ser usados directamente como armas, y en una Parte B, que son químicos que pueden ser utilizados en la manufactura de armas químicas.

DIRECTRICES PARA LAS LISTAS DE SUSTANCIAS QUIMICAS Directrices para la Lista 1 1. Al examinar si se debe incluir en la Lista 1 una sustancia química tóxica o un precursor, se tendrán en cuenta los siguientes criterios: a) Se ha desarrollado, producido, almacenado o empleado como arma química según la definición del artículo II; b) Plantea de otro modo un peligro grave para el objeto y propósito de la presente Convención debido a su elevado potencial de empleo en actividades prohibidas por ella al cumplirse una o más de las condiciones siguientes:

i) Posee una estructura química estrechamente relacionada con la de otras sustancias químicas tóxicas enumeradas en la Lista 1 y tiene propiedades comparables, o cabe prever que las tenga; ii) Posee tal toxicidad letal o incapacitante y otras propiedades que podrían permitir su empleo como arma química; iii) Puede emplearse como precursor en la fase tecnológica final única de producción de una sustancia química tóxica enumerada en la Lista 1, con independencia de que esa fase ocurra en instalaciones, en municiones o en otra parte; c) Tiene escasa o nula utilidad para fines no prohibidos por la presente Convención.

Directrices para la Lista 2 2. Al examinar si se debe incluir en la Lista 2 una sustancia química tóxica no enumerada en la Lista 1 o un precursor de una sustancia química de la Lista 1 o de una sustancia química de la parte A de la Lista 2, se tendrán en cuenta los siguientes criterios: a) Plantea un peligro considerable para el objeto y propósito de la presente Convención porque posee tal toxicidad letal o incapacitante y otras propiedades que podrían permitir su empleo como arma química; b) Puede emplearse como precursor en una de las reacciones químicas de la fase final de formación de una sustancia química enumerada en la Lista 1 o en la parte A de la Lista 2; c) Plantea un peligro considerable para el objeto y propósito de la presente Convención debido a su importancia en la producción de una sustancia química enumerada en la Lista 1 o en la parte A de la Lista 2; d) No se produce en grandes cantidades comerciales para fines no prohibidos por la presente Convención.

Directrices para la Lista 3 3. Al examinar si se debe incluir en la Lista 3 una sustancia química tóxica o un precursor que no esté enumerado en otras Listas, se tendrán en cuenta los siguientes criterios: a) Se ha producido, almacenado o empleado como arma química; b) Plantea de otro modo un peligro para el objeto y propósito de la presente Convención porque posee tal toxicidad letal o incapacitante y otras propiedades que podrían permitir su empleo como arma química; c) Plantea un peligro para el objeto y propósito de la presente Convención debido a su importancia en la producción de una o más sustancias químicas enumeradas en la Lista 1 o en la parte B de la Lista 2; d) Puede producirse en grandes cantidades comerciales para fines no prohibidos por la presente Convención. .

Lista 1 A. Sustancias químicas tóxicas 1. Alkil (metil, etil, propil (normal o isopropil)) fosfonofluoridatos de 0-alkilo (