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Muchos productos químicos diferentes se consideran contaminantes, desde simples iones inorgánicos hasta moléculas orgánicas complejas.
Los contaminantes del agua se dividen en varias clases. Cada clase de contaminantes tiene sus propias formas específicas de ingresar al medio ambiente y sus propios peligros específicos. Todas las clases contienen contaminantes importantes que son conocidos por muchas personas, debido a los diversos efectos sobre la salud.
Contaminantes orgánicos
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Los compuestos orgánicos son compuestos que consisten en enlaces largos, generalmente compuestos de carbono. Muchos compuestos orgánicos son tejidos básicos de organismos vivos. Las moléculas construidas de carbono y de carbono e hidrógeno no son polair y tienen poca o ninguna solubilidad en agua. Tienen poca o ninguna carga eléctrica.
El comportamiento de los compuestos orgánicos depende de su estructura molecular, tamaño y forma y de la presencia de grupos funcionales que son determinantes importantes de la toxicidad.
Es importante conocer la estructura de los compuestos orgánicos para predecir su destino en los organismos vivos y el medio ambiente. Los compuestos orgánicos que son peligrosos para el medio ambiente son todos creados por el hombre y solo han existido durante el último siglo.
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Organic pollutant: oil
(environmental disaster in Spain)
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Hay muchos tipos diferentes de contaminantes orgánicos, algunos ejemplos son:
- Hidrocarburos. Estos son enlaces carbono-hidrógeno. Se pueden dividir en dos clases, siendo la primera los alcanos de enlace simple, los alquenos de enlace doble y los alquinos de enlace triple (gases o líquidos) y la segunda los hidrocarburos aromáticos, que contienen estructuras de anillo (líquidos o sólidos). Los hidrocarburos aromáticos como los PAH son mucho más reactivos que cualquiera de los tipos de hidrocarburos de primera clase.
- Los PCB son fluidos estables y no reactivos que se utilizan como fluidos hidráulicos, fluidos refrigerantes / aislantes en transformadores y plastificantes en pinturas. Hay muchas placas de circuito impreso diferentes. Ninguno de ellos es soluble en agua. En muchos países, los PCB están restringidos.
- Los insecticidas como el DDT son muy peligrosos porque se acumulan en los tejidos grasos de los animales inferiores y luego entran en la cadena alimentaria. Han estado restringidos durante décadas.
- Detergentes. Estos pueden ser tanto polair como no polair.
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Fertilizantes inorgánicos
Algunos contaminantes inorgánicos no son particularmente tóxicos, pero siguen siendo un peligro para el medio ambiente debido a que se usan de manera tan extensa. Estos incluyen fertilizantes, como nitrates y phosphates. Los nitratos y fosfatos provocan la proliferación de algas en el agua superficial, lo que hace que disminuya el nivel de oxígeno del agua. Esto provoca la falta de oxígeno debido a la absorción de oxígeno por los microorganismos que descomponen las algas. A esto se le llama eutrofización.
Rieles
La primera clase a la que nos referiremos aquí son los metales. Los metales son buenos conductores de electricidad y generalmente entran en reacciones químicas como iones positivos, conocidos como cationes. Los metales son sustancias naturales que se han formado a través de la meteorización de los cuerpos de mineral, donde fueron depositados durante la acción volcánica. Pueden reubicarse en situaciones en las que puedan causar daños ambientales graves. Ejemplos de metales son: lead, zinc, manganese, calcium y potassium. Se pueden encontrar en aguas superficiales en sus formas iónicas estables. Los metales no naturales pueden ser muy peligrosos, porque a menudo provienen de reacciones nucleares provocadas por el hombre y pueden ser fuertemente radiactivos.
Los metales pueden reaccionar a productos peligrosos con otros iones. A menudo están involucrados en reacciones de transferencia de electrones que involucran oxígeno. Esto puede conducir a la formación de oxirradicales tóxicos.
Los metales pueden formar metaloides y luego unirse a compuestos orgánicos para formar sustancias lipofílicas que a menudo son altamente tóxicas y pueden almacenarse en el suministro de grasa de animales y humanos. Los metales también pueden unirse a macromoléculas celulares en el cuerpo humano.
Los metales pesados son los metales más peligrosos. Tienen una densidad superior a 5 y, por lo tanto, se denominan pesados.
Los metales no se pueden descomponer en componentes menos dañinos, ya que no son biodegradables. La única posibilidad que tienen los organismos contra los metales es almacenarlos en los tejidos corporales donde no pueden causar ningún daño.
Los organismos necesitan metales, ya que son esenciales para su salud y suelen ser componentes esenciales de las enzimas.
Isótopos radioactivos
Las vidas medias y las formas de descomposición de los isótopos radiactivos determinan qué tan peligrosos son para los humanos. Los seres humanos crean todos los isótopos radiactivos en la industria nuclear. Todavía hay debates sobre si los beneficios de la energía nuclear superan los peligros de la radiación radiactiva. Cuando un átomo de una sustancia radiactiva se desintegra, puede producir cuatro tipos de partículas: alfa, beta, gamma y neutrones.
Las partículas alfa solo pueden viajar una distancia corta a través del aire y los tejidos humanos, pero pueden ser muy dañinas si chocan con las células debido a su gran masa. Están cargados positivamente.
Las partículas beta son más penetrantes, pero hacen mucho menos daño que las partículas alfa. Están cargados negativamente.
Los rayos gamma son muy penetrantes. Su daño es similar al de los rayos beta.
Los neutrones se liberan por radiación y reaccionan con otros elementos por colisión. Son la base de la fisión nuclear en un reactor.
La radiactividad de una sustancia se mide en legados, pero esto no expresa la cantidad de daño tisular que causa la radiación. Es por eso que la cantidad de radiación que hace que 1 kg de tejido absorba 1 julio de energía ahora se expresa en grises. Los diferentes tipos de radiación pueden causar diferentes tipos de daño, porque la energía se imparte a los tejidos de diferentes maneras. Esto se expresa en sieverts. Una cantidad de radiación alfa puede causar veinte veces más daño que la misma cantidad de radiación beta. La materia radiactiva debe almacenarse durante diferentes períodos de tiempo para eliminar el peligro. El tiempo que debe almacenarse depende de la vida media de los isótopos; el tiempo que tarda la mitad de los átomos de un isótopo radiactivo en desintegrarse
La descarga de aguas residuales representa una de las principales fuentes de contaminación a nivel mundial. Los desechos domésticos e industriales se descargan en aguas superficiales a través de sistemas de alcantarillado. En algunos casos, los desechos industriales se vierten directamente a las aguas superficiales. La calidad de las aguas residuales que ingresan a las aguas superficiales depende de los contaminantes presentes en las aguas residuales y de la extensión a la que se tratan antes de que entren en contacto con las aguas superficiales.
Las aguas residuales domésticas se componen principalmente de papel, jabón, orina, heces y detergentes. Los desechos industriales son variados y dependen de los procesos específicos de las plantas de donde proceden.
Los metales pesados están asociados con las operaciones de minería y fundición, clorofenoles y fungicidas con las plantas de celulosa, insecticidas con las fábricas de antipolillas, varios productos químicos orgánicos diferentes con la industria química y sustancias radiactivas con las plantas de energía nuclear.
En tierra, las emisiones de desechos industriales están estrechamente controladas, pero la extracción de petróleo y manganeso en alta mar conduce a la descarga directa de contaminantes en los mares. Los desechos radiactivos se vierten al mar en grandes barriles de hormigón para que se descompongan, pero a menudo los barriles comienzan a tener defectos después de un tiempo. Los representantes de las fábricas a menudo envían desechos al mar para verterlos ilegalmente, porque es muy costoso purificar el agua.
El petróleo se libera al mar a través de los petroleros y los naufragios y se aplican pesticidas al agua para controlar las plagas acuáticas. Las pinturas de los barcos se deterioran durante los viajes largos por el océano y, finalmente, terminan en el agua.
Durante el período de crecimiento de los cultivos, las plantas absorben nitratos y fosfatos, pero cuando las plantas mueren, se liberan del material vegetal muerto al suelo y, a menudo, terminan en el agua superficial.
Excepto por las causas deliberadas de la contaminación de las aguas superficiales, los contaminantes también pueden entrar accidentalmente en el medio acuático, por ejemplo, a través de la deposición atmosférica. Los pesticidas pueden ingresar fácilmente al agua superficial de esta manera, porque se aplican en forma de gotitas o aerosoles. Los contaminantes presentes en la tierra pueden ingresar al agua superficial a través de fuertes lluvias o infiltrarse en el suelo y entrar en las aguas superficiales a través del agua subterránea.
Los efectos de los contaminantes se notan principalmente en pequeños mares y lagos interiores. Esto se debe a que los océanos tienen un sistema de dilución natural para los contaminantes entrantes, mientras que los lagos no tienen una salida efectiva. Debido a esto, mucho depende de la tasa de degradación y precipitación que eliminará los contaminantes del agua.
Los contaminantes pueden existir en el agua en diferentes estados. Pueden estar disueltos o en suspensión, lo que significa que existen en forma de gotitas o partículas. Los contaminantes también pueden disolverse en gotitas o absorberse mediante partículas. Todos los estados de contaminantes pueden viajar grandes distancias a través del agua de muchas formas diferentes.
El material particulado puede caer al fondo de arroyos y lagos o subir a la superficie, dependiendo de su densidad. Esto significa que la mayoría de las veces permanece en el mismo lugar cuando el agua no fluye muy rápido. En los ríos, los contaminantes suelen viajar grandes distancias. La distancia que recorren depende de la estabilidad y el estado físico del contaminante y de la velocidad del flujo del río. Los contaminantes pueden viajar más lejos cuando están en solución en un río que fluye rápido. Las concentraciones en un sitio son entonces generalmente bajas, pero el contaminante se puede detectar en muchos más sitios que cuando no se habría transportado tan fácilmente.
En los lagos y océanos, los contaminantes se transportan a través de las corrientes. Hay muchas corrientes en los océanos impulsadas por el viento. Esto permite que un contaminante viaje de un continente a otro.
Por lo general, contamos con la capacidad de los océanos para reducir la concentración de contaminantes, la llamada "capacidad de autolimpieza" de los océanos. Pero esto no siempre funciona, porque el movimiento de las corrientes en los océanos no es uniforme. Esto hace que las aguas costeras a menudo tengan niveles de contaminación sustancialmente más altos que el mar abierto.
Cuando los contaminantes persistentes se acumulan en peces o aves marinas, no solo pueden convertirse en un peligro tóxico para las cadenas alimentarias acuáticas, también pueden viajar grandes distancias dentro de estos animales y terminar en las cadenas alimentarias de áreas no contaminadas.
Los procesos físicos determinan el movimiento de sustancias químicas dentro del agua; el movimiento depende de las propiedades de los propios productos químicos y de las propiedades del agua. Estos procesos serán resumidos aquí.
El agua es un líquido polar. Esto significa que el átomo de oxígeno en una molécula de agua atrae los electrones del hydrogen átomos, de modo que estos desarrollen cargas positivas parciales. El átomo de oxígeno recibe una carga negativa parcial, a través de la cual puede atraer átomos de otras moléculas de agua para formar enlaces de hidrógeno. En compuestos no polares, como los hidrocarburos, apenas hay separación de cargas y por tanto no se disuelven en agua.
El agua tiende a formar agregados en los que otras cuatro moléculas rodean cada molécula de agua. Los cationes y aniones tienen afinidad por las partes del agua que llevan una carga opuesta, de modo que los agregados de agua se rompen y los iones se disuelven. Muchas sales orgánicas y compuestos orgánicos polares son solubles en agua, pero los líquidos orgánicos no polares no lo son.
De esto podemos concluir que las moléculas que pueden realizar la separación de cargas pueden disolverse fácilmente en agua, mientras que las moléculas que no tienen cargas no son muy solubles en agua.
Una consecuencia de la polaridad es el efecto hidrofóbico. En el proceso de formación de agregados con moléculas cargadas, el agua excluye activamente las sustancias no polares. Esto conduce a la formación de bicapas de fosfolípidos, que contribuyen al movimiento de contaminantes hidrófobos a través de las membranas.
El nivel de hidrofobicidad está determinado por el coeficiente de reparto agua / octanol. La concentración de un compuesto en octanol se divide entre la concentración en agua. Cuanto mayor sea el número que resulte de este cálculo, más hidrófobo será el compuesto en cuestión.
Si un compuesto permanece en el agua también está determinado por su presión de vapor. La presión de vapor significa la tendencia de un líquido o un sólido a volatilizarse. La presión de vapor aumenta cuando las temperaturas aumentan, ya que las moléculas de la superficie aumentan en energía cinética. Entonces, más moléculas en una solución acuosa tienden a vaporizarse, lo que significa que ya no están en solución.
La partición de la sustancia química entre diferentes compartimentos ambientales, aire, agua y suelo, es otro factor importante. La tendencia a escapar o "fugacidad" de una sustancia determina el movimiento de un compartimento a otro.
Cuando la contaminación ingresa al cuerpo de un organismo, provoca una variedad de cambios. Estos cambios pueden servir para proteger al organismo de efectos nocivos o no.
La primera respuesta de un organismo a los contaminantes es poner en acción un mecanismo de protección. En la mayoría de los casos estos mecanismos mantienen la desintoxicación de los contaminantes, pero en algunos casos producen sustancias activas que pueden causar más daño a la célula que el contaminante original.
Otra respuesta es reducir la disponibilidad de contaminantes uniéndolos a otra molécula, para excretarlos o almacenarlos.
Además de los mecanismos de protección, un organismo también puede poner en acción un mecanismo que repara el daño causado por los contaminantes.
Responde a la toxicidad y la absorción de contaminantes no solo depende del contaminante que ingresa al organismo del organismo, sino también del tipo de organismo en cuestión.
Los contaminantes del agua pueden tener muchos efectos diferentes en los organismos, siempre dependiendo del contaminante y del organismo en cuestión. Aquí se discuten los efectos generales que puede tener un contaminante.
Genotoxicidad
Se sabe que muchos compuestos que ingresan al cuerpo de un organismo causan daño al ADN. Estos compuestos se denominan genotoxinas, debido a su efecto genotóxico.
Por lo general, cuando los contaminantes dañan el ADN, un sistema de reparación natural en un organismo lo devolverá a su estado habitual, pero cuando esto sale mal por alguna razón en particular, las células con ADN dañado pueden dividirse. Luego se producen células mutantes y el defecto puede extenderse, provocando que la descendencia del organismo en cuestión tenga defectos graves que a menudo son muy perjudiciales para su salud.
Ejemplos de genotoxinas son PAH, aflatoxinas y cloruro de vinilo.
En todas estas genotoxinas, no es el compuesto original el que reacciona con el ADN, ya que éste es relativamente estable. Los productos de corta duración altamente reactivos producidos a partir del compuesto original por enzimas generalmente causan las reacciones.
Carcinogenicidad
Varios contaminantes son cancerígenos, lo que significa que pueden inducir cáncer en el cuerpo de humanos y animales. Los contaminantes cancerígenos son contaminantes que juegan un papel en una o más de las etapas del desarrollo del cáncer en un organismo.
Los contaminantes pueden ser inductores; esto significa que introducen propiedades cancerígenas en las células de un organismo. También pueden ser promotores, lo que significa que promueven el crecimiento de células que tienen propiedades cancerígenas. Finalmente, pueden ser progresores, lo que significa que estimulan la división y diseminación desenfrenadas de las células cancerosas. Cuando una de estas sustancias está ausente, no se puede inducir el cáncer.
Cuando las células cancerosas son malignas, pueden diseminarse rápidamente por el cuerpo humano, provocando defectos en las células sanas y en los mecanismos de inmunidad. Destruirán las células normales del cuerpo y causarán cáncer en órganos y sistemas.
Neurotoxicidad
El sistema nervioso de los organismos es muy sensible a los efectos tóxicos de las sustancias químicas, tanto naturales como artificiales. Las sustancias químicas que causan efectos neurológicos se denominan neurotoxinas. Ejemplos de neurotoxinas peligrosas son los insecticidas.
Todas las neurotoxinas perturban de alguna manera la transmisión normal de impulsos a lo largo de los nervios o a través de las sinapsis.
Las consecuencias de la neurotoxicidad son variadas. Pueden ser temblores musculares descoordinados y convulsiones, mal funcionamiento de los nervios y transmisiones, mareos y depresión, o incluso mal funcionamiento total de partes del cuerpo. La neurotoxicidad puede ser tan grave que bloquean las sinapsis. El bloqueo sináptico causa la muerte como resultado de la parálisis de los músculos del diafragma y la insuficiencia respiratoria.
Perturbación de la transferencia de energía
La transformación de energía en los organismos se realiza a través de los sistemas de mitocondrias en las células. En la mitocondria se producen moléculas de ATP, que transfieren energía a través del cuerpo de un organismo. Cuando se altera la producción de ATP, la transferencia de energía cesará. Esto hará que un organismo se sienta cansado y sin vida y que no pueda funcionar normalmente.
Insuficiencia reproductiva
Pollutants that cause reproductive failure due to damage to the reproductive organs are called endocrine disruptors. There are several ways in which a pollutant can act as an endocrine disruptor.
The first is an oestrogenic chemical. This is a chemical that can imitate an oestrogen by binding to the oestrogen receptor. This results in the induction of oestrogenic processes, causing an organism to experience reproductive failure due to a disturbance in the reproductive system.
An oestrogenic chemical can also block the effects of endogenous oestrogens by binding to the oestrogenic receptor. This causes masculization of female organisms.
It is also possible that female reproductive chemicals are found in male organisms. This causes hermaphrodites. Imposex has been widely reported in marine organisms, for instance with dog whelks by tributyl tin.
Another series of problems is caused when chemicals block the hormone receptor sites. In this case, the normal action of the hormone is inhibited, as it cannot react with the receptor. This can cause infertility when it occurs over a longer period of time.
Efectos conductuales
Todos los comportamientos son vulnerables a la alteración por contaminantes. Los niveles de forrajeo pueden agotarse, resultando en una reducción de la producción. La vulnerabilidad a los depredadores puede aumentar debido al agotamiento de la vigilancia. De esta manera, los efectos de los contaminantes en el comportamiento dan como resultado una menor producción y mayores tasas de mortalidad.
Un resultado común de la contaminación es la pérdida de apetito y, por lo tanto, una menor absorción de alimentos. La búsqueda de presas también puede verse afectada, debido a los efectos de los contaminantes en el aprendizaje, la estrategia de búsqueda y los sistemas sensoriales.
Estos efectos conductuales provocan menores posibilidades de supervivencia de organismos, principalmente animales.
Una propiedad de los contaminantes que siempre debe tenerse en cuenta es su posibilidad de interactuar entre sí. Las reacciones químicas que hacen que los contaminantes se combinen pueden reducir su efecto químico general, pero también pueden aumentarlo, haciendo que un contaminante sea aún más peligroso para los organismos.
La toxicidad de los productos químicos en el agua se puede probar con animales acuáticos como indicadores. Las pruebas de toxicidad con animales acuáticos se refieren principalmente a la absorción directa del agua. Los productos químicos pueden estar en solución, en suspensión o ambos.
Para determinar los valores de concentraciones letales, los organismos se exponen a diferentes concentraciones. Cuando ocurre un efecto, se anota el efecto-concentración de la sustancia química. Cuando el animal de prueba muere, se nota la concentración letal. De esta forma se determina la toxicidad de una sustancia química en un laboratory. Cuando muchos de los animales de prueba mueren a bajas concentraciones de una sustancia química, significa que la sustancia química en cuestión es muy tóxica. Cuando sabemos qué tan tóxico es un químico, también conocemos los efectos de este químico cuando una determinada concentración está presente en un lugar.
La toxicidad de un químico para ciertos organismos acuáticos depende de la concentración actual del químico y del tiempo de exposición al químico. El tiempo de exposición a una sustancia química durante una prueba de toxicidad depende de los animales de prueba que se estén utilizando. Las dafnias se utilizan a menudo para determinadas pruebas de toxicidad. Por lo general, estas pruebas solo toman de 24 a 48 horas. Por el contrario, las pruebas de toxicidad de los peces toman más tiempo, generalmente de cuatro días a una semana.
Los datos de tales pruebas de toxicidad química no solo muestran cuán tóxico es un determinado químico, también dan una indicación de la toxicidad de un químico en relación con otros químicos. No todas las pruebas de toxicidad dan resultados letales; a veces, un cambio en el comportamiento de un animal acuático es un indicador de la toxicidad de una determinada sustancia química.
Las pruebas de toxicidad están influenciadas tanto por las propiedades de la sustancia química como por las propiedades del organismo de prueba. La disponibilidad de la sustancia química para el organismo de prueba es siempre un factor importante, porque la toxicidad de una sustancia química disminuye cuando no está fácilmente disponible para un organismo de prueba.
Los laboratorios también pueden realizar pruebas de toxicidad para sustancias químicas presentes en los sedimentos de agua en la actualidad.
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Un sistema de prueba de toxicidad para peces.
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Peligro de iones tóxicos del agua de riego.
Para la terminología del agua echa un vistazo a nuestro Glosario de agua o vuelve a descripción general de las preguntas frecuentes sobre el agua
Para pruebas de toxicidad y respuestas de toxicidad de la vida acuática, consulte toxicidad para los organismos acuáticos
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