Ejercicios: La contaminación de las capas fluidas

Distinguí entre contaminante primario y contaminante secundario, y poné un ejemplo de cada uno en la atmósfera.

El esquema resume el proceso de la lluvia ácida. Identificá los gases marcados como 1 y 2 que la originan, explicá cómo se forma a partir de ellos y describí sus efectos sobre las rocas calizas y los ecosistemas acuáticos.

Citá tres fuentes de contaminación de las aguas continentales y clasificalas en puntuales o difusas.

¿Qué es el smog y qué diferencias hay entre el smog clásico, ligado al carbón y a la niebla, y el smog fotoquímico de las grandes ciudades actuales?

Citá tres efectos de la contaminación atmosférica sobre la salud humana y asociá a cada uno un contaminante responsable.

¿Qué es la eutrofización de un lago o de un estuario y qué nutrientes la desencadenan?

¿Qué son los metales pesados, como el plomo, el mercurio o el cadmio, y por qué preocupan aunque se viertan en concentraciones bajas? Considerá su persistencia y su bioacumulación.

¿Qué función cumple la capa de ozono estratosférica y qué gases artificiales la destruyeron? ¿Qué acuerdo internacional los prohibió?

El ozono troposférico es un contaminante secundario que se forma por reacciones fotoquímicas entre los óxidos de nitrógeno ($\text{NO}_x$) y los compuestos orgánicos volátiles. Explicá por qué sus máximos se registran en verano y a sotavento de las grandes ciudades.

La demanda bioquímica de oxígeno (DBO) mide la materia orgánica presente en el agua. Un vertido de purines eleva bruscamente la DBO de un río: describí la cadena de efectos sobre el oxígeno disuelto y sobre la vida acuática.

Los nitratos de origen agrícola contaminan numerosos acuíferos del país. Explicá por qué la contaminación difusa es más difícil de controlar que un vertido industrial puntual y proponé dos medidas de gestión.

¿Qué es la huella de carbono y qué gases de efecto invernadero, además del $\text{CO}_2$, contabiliza? Poné un ejemplo de actividad cotidiana con huella alta y otro con huella baja.

La lluvia ácida de Escandinavia procedía en parte de emisiones de otros países europeos. Explicá el transporte a larga distancia de los contaminantes atmosféricos y sus implicaciones para la cooperación internacional.

Compará los tratamientos primario, secundario y terciario de una planta depuradora: qué elimina cada uno (sólidos, materia orgánica, nutrientes) y qué calidad de agua se obtiene tras cada fase.

¿Qué es la biomagnificación? Trazá la concentración de mercurio a lo largo de una cadena trófica marina (fitoplancton, peces pequeños, atún, ser humano) y explicá su riesgo.

Podés hacerlo en papel y enviar una foto con tu respuesta.

¿Qué miden los índices de calidad del aire y cómo se usan sus umbrales de alerta? Explicá qué actuaciones se activan en una ciudad cuando se superan (limitación del tráfico, avisos a la población sensible).

Un artículo de divulgación afirma: «Dado que el vapor de agua representa más del 60 % del efecto invernadero natural, las emisiones antrópicas de $\text{CO}_2$ y $\text{CH}_4$ carecen de relevancia geoclimática; además, el metano se degrada en poco más de una década, por lo que su control no es prioritario».

1. a) Rebatí este argumento justificando por qué el vapor de agua actúa como una retroalimentación interna del sistema climático y no como un forzamiento radiativo inicial, a diferencia del $\text{CO}_2$.
2. b) Compará el potencial de calentamiento global (PCG) y el tiempo medio de residencia en la atmósfera del $\text{CH}_4$ y del $\text{CO}_2$. Predecí las consecuencias climáticas a corto plazo (20 años) frente al largo plazo (100 años) si se priorizara exclusivamente la mitigación del metano.
3. c) Seleccioná una consecuencia geológica observable en la actualidad ligada al ascenso térmico global (en la criosfera o en la dinámica litoral), explicá su mecanismo físico y señalá qué indicador de campo permite medirla.

En una cuenca intramontana donde se asienta una ciudad industrial, se registran los siguientes datos de temperatura del aire a las 07:00 h en un día despejado de invierno:

• Nivel del suelo (600 m): 1,0 °C

• 800 m: -1,0 °C

• 1 000 m: 6,0 °C

• 1 300 m: 3,5 °C

• 1 600 m: 0,5 °C

Una chimenea industrial situada a 600 m emite humos a 1 050 m de altitud con una temperatura de salida de 4,0 °C.

1. a) Identificá el tramo altitudinal exacto donde existe inversión térmica, calculá el gradiente térmico vertical en ese intervalo y explicá el mecanismo meteorológico y topográfico que lo ha generado durante la noche.
2. b) Predecí razonadamente el comportamiento dinámico del penacho emitido a 1 050 m: ¿ascenderá libremente, descenderá hacia el fondo del valle o quedará atrapado en flotación neutra? Justificalo comparando la densidad y temperatura del penacho con las del aire circundante.
3. c) Si a partir de mediodía la insolación eleva la temperatura del suelo a 12,0 °C, predecí qué ocurrirá con la estructura vertical de la atmósfera y cómo evolucionará la concentración de contaminantes a nivel de calle durante la ruptura de la inversión.

Se han hallado concentraciones elevadas de microfibras sintéticas (poliéster, densidad media $\approx 1,38\text{ g/cm}^3$) tanto en sedimentos de fosas oceánicas ultraprofundas (> 8 000 m) como flotando en la película superficial marina (microlayer).

1. a) Resuelve la aparente paradoja física: si el poliéster es sensiblemente más denso que el agua de mar superficial ($\approx 1,025\text{ g/cm}^3$), ¿qué procesos hidrodinámicos y biológicos (como la tensión superficial, el biofouling y la «nieve marina») explican tanto su flotabilidad inicial prolongada como su transporte acelerado hacia los fondos abisales?
2. b) Si una estación depuradora de aguas residuales (EDAR) convencional retiene en sus fangos primarios y secundarios hasta el 95 % de estas microfibras procedentes del lavado textil, justifica por qué esto no soluciona el problema ambiental si dichos lodos se reutilizan como fertilizante agrícola.
3. c) Diseña dos barreras preventivas o correctoras viables: una tecnológica aplicable en el ciclo hidrológico urbano y otra a nivel de ciencia de materiales textiles, evaluando sus posibles limitaciones técnicas.

Considerá el sistema de equilibrio del carbono inorgánico en agua de mar:

(1) $\text{CO}_2\text{ (g)} \rightleftharpoons \text{CO}_2\text{ (aq)}$

(2) $\text{CO}_2\text{ (aq)} + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{H}_2\text{CO}_3 \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{HCO}_3^-$

(3) $\text{H}^+ + \text{CO}_3^{2-} \rightleftharpoons \text{HCO}_3^-$

(4) $\text{Ca}^{2+} + \text{CO}_3^{2-} \rightleftharpoons \text{CaCO}_3\text{ (s)}$

1. a) Si la quema de combustibles fósiles inyecta $\text{CO}_2$ masivamente a la atmósfera, aplicá el principio de Le Chatelier para predecir cómo se desplaza cada equilibrio. Justificá por qué disminuye la concentración del ion carbonato ($\text{CO}_3^{2-}$), a pesar de que la cantidad total de carbono disuelto en el océano aumenta.
2. b) Relacioná la reducción de $\text{CO}_3^{2-}$ con el producto de solubilidad del carbonato de calcio y el estado de saturación ($\Omega$) de la calcita y el aragonito. Predecí las consecuencias para la profundidad de compensación de la calcita (CCD) y para la preservación de los fósiles y conchas bentónicas.
3. c) Para combatir este problema, se ha propuesto la geoingeniería de «meteorización acelerada» mediante el vertido controlado de minerales básicos (como olivino finamente molido) en zonas costeras. Justificá geoquímicamente su fundamento y señalá dos riesgos ecológicos asociados.

Tras un episodio de lluvias torrenciales asociadas a un sistema de baja presión aislado en niveles altos sobre una cuenca agrícola, entran en una laguna costera somera millones de metros cúbicos de agua dulce cargada de nitratos y fosfatos. A las tres semanas se registra una caída del oxígeno disuelto en el fondo hasta 0,1 mg/L, con anoxia casi total y mortandad masiva de peces y bivalvos, mientras que en los primeros 30 cm de la columna de agua el oxígeno se sitúa en 8,0 mg/L.

1. a) Justificá la formación de una picnoclina (gradiente combinado de salinidad y temperatura) tras la crecida torrencial y explicá físicamente por qué impide la reoxigenación de los fondos por difusión atmosférica o mezcla mecánica por viento moderado.
2. b) Describí la cascada biogeoquímica que desencadena la proliferación y posterior colapso de fitoplancton, detallando la degradación bacteriana de la biomasa en el fondo y la liberación masiva de fósforo desde los sedimentos en condiciones de anoxia (bucle de retroalimentación positiva).
3. c) Evaluá de forma crítica dos intervenciones alternativas: ensanchar y dragar los canales de conexión con el mar abierto frente a construir un cinturón perimetral de humedales artificiales y biorreactores de astillas de madera para tratar el agua freática y de escorrentía. Justificá cuál es ambientalmente sostenible y cuál podría alterar irreversiblemente la naturaleza ecológica de la laguna.

En los modelos de balance global de carbono se asume que los océanos y las masas forestales continuarán absorbiendo en torno al 50 % de las emisiones antropogénicas netas. Sin embargo, diversos biogeoquímicos advierten de la inestabilidad de estos sumideros frente al cambio global.

1. a) Utilizando la ley de Henry y los cambios en la estratificación oceánica, predecí cómo afectarán el calentamiento térmico superficial y la ralentización de la circulación termohalina (AMOC) a la bomba de solubilidad y a la bomba biológica marina.
2. b) En los ecosistemas forestales boreales y templados, analizá cómo interactúan el aumento de las temperaturas estivales y el estrés hídrico sobre el cociente entre fotosíntesis neta y respiración heterótrofa edáfica. ¿Bajo qué circunstancias un bosque maduro puede transformarse de sumidero en fuente neta de $\text{CO}_2$?
3. c) Una compañía aérea comercial ofrece pasajes «neutros en carbono» invirtiendo parte del pasaje en plantaciones monoespecíficas de árboles de crecimiento rápido en zonas de pastizal. Demostrá la asimetría geológica y temporal de esta compensación, rebatiendo que un depósito biológico lábil equivalga al confinamiento geológico permanente de los combustibles fósiles extraídos.

Una central térmica convencional vierte su agua de refrigeración a un río cuyo caudal en estiaje es de 15,0 m³/s. El vertido incrementa la temperatura media del tramo receptor de 18,0 °C a 28,0 °C. Aguas arriba del vertido, el río recibe además el efluente secundario de una planta depuradora urbana con una DBO₅ residual de 20,0 mg/L.

1. a) Explicá el impacto letal conjunto sobre la ictiofauna autóctona mediante dos factores contrapuestos: la termodinámica del gas disuelto (curva de saturación de $\text{O}_2$ en agua) y la ley metabólica del $Q_{10}$ (según la cual el metabolismo basal y la demanda de oxígeno de los organismos poiquilotermos se duplica por cada 10 °C de incremento térmico).
2. b) Dibujá mentalmente o describí de forma razonada la curva de caída y recuperación de oxígeno disuelto (curva de Streeter-Phelps) aguas abajo del vertido térmico en comparación con la que se observaría a 18,0 °C. Especificá qué ocurre con la velocidad de degradación biológica de la materia orgánica y con la posición del punto crítico de déficit de oxígeno.
3. c) Compará técnica y ambientalmente dos medidas mitigadoras en la central: instalar torres de refrigeración de circuito cerrado evaporativo frente a construir balsas someras de retención y enfriamiento natural previo al vertido fluvial. Evaluá el consumo consuntivo de agua y el impacto en el microclima local de ambas.

Los contaminantes orgánicos persistentes (COP), como el hexaclorobenceno (HCB) y los bifenilos policlorados (PCB), muestran concentraciones mil veces más altas en el tejido adiposo de osos polares y cetáceos árticos que en el fitoplancton de los mares polares, a pesar de que en esas latitudes no existen fuentes industriales que los emitan.

1. a) Explicá el proceso de destilación global fraccionada («efecto saltamontes»): justificá cómo las variaciones latitudinales de temperatura, junto con la presión de vapor y la hidrofobicidad de cada sustancia, determinan qué contaminantes alcanzan las zonas polares y cuáles se depositan en latitudes templadas.
2. b) Justificá a través de las propiedades fisicoquímicas del compuesto (en particular el coeficiente de reparto octanol-agua, $\log K_{ow} > 5$) y la estructura de las cadenas tróficas árticas por qué estos compuestos se biomagnifican de forma tan acusada en los niveles tróficos superiores, diferenciando claramente biomagnificación de bioconcentración.
3. c) En las últimas décadas se ha constatado que el deshielo del permafrost y la reducción de la banquisa ártica estival están provocando aumentos locales de concentración de DDT y lindano en el agua superficial polar, décadas después de su prohibición por el Convenio de Estocolmo. Planteá dos hipótesis geoquímicas que expliquen cómo el calentamiento global convierte a los reservorios criosféricos árticos de sumideros secundarios en nuevas fuentes activas de COP.

Reto del tema. Diagnóstico ambiental de un episodio de dispersión atmosférica e hidrológica.

Imaginá que asesorás al departamento de medioambiente de tu municipio. Analizá cómo la dinámica atmosférica reciente ha condicionado la calidad del aire y del agua en tu entorno:

1. Captura de datos: Consultá en la Dirección de Meteorología e Hidrología (DMH) de la DINAC y en el Ministerio del Ambiente y Desarrollo Sostenible (MADES) los registros de tu estación más cercana de los últimos 5 días: presión superficial ($hPa$), velocidad del viento ($m/s$), precipitación ($mm$) y niveles de $PM_{10}$ o $NO_2$ ($\mu g/m^3$).

2. Dinámica y dispersión: Elaborá una tabla comparativa y razoná si el predominio anticiclónico o una inversión térmica en la troposfera ha favorecido el confinamiento de contaminantes frente a situaciones ciclónicas de mayor mezcla convectiva.

3. Interacción con la hidrosfera: Evaluá cómo el lavado atmosférico por precipitaciones (con posible $pH < 5,6$) o la escorrentía urbana transfiere dicha carga contaminante a un río o acuífero cercano, alterando parámetros como la turbidez o el oxígeno disuelto.

4. Propuesta de acción: Diseñá un informe ejecutivo de una página con dos medidas de contingencia basadas en la predicción meteorológica para mitigar picos de emisión.

Se valorará:

• Precisión conceptual al integrar la dinámica troposférica con el transporte de contaminantes.

• Coherencia en la explicación de la transferencia de masa entre atmósfera e hidrosfera.

• Uso riguroso y tratamiento gráfico de los datos oficiales obtenidos.