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UNIVERSIDAD DE JAÉN
Facultad de Ciencias Experimentales
Trabajo Fin de Grado
Impacto geoquímico de la contaminación en ambientes urbanos:
origen, procesos, efecto y remediación
Alumna: Anahi Geosuli Cruz Aguilar
Julio, 2017
1
Universidad de Jaén
Facultad de Ciencias Experimentales
Grado en Ciencias Ambientales
Trabajo de Fin de Grado
“IMPACTO GEOQUÍMICO DE LA
CONTAMINACIÓN EN
AMBIENTES URBANOS:
ORIGEN, PROCESOS, EFECTO
Y REMEDIACIÓN”
Anahi Geosuli Cruz Aguilar
Jaén, 2017
2
«La tierra proporciona lo suficiente para satisfacer las necesidades de cada
hombre, pero no la codicia de cada hombre» Mahatma Gandhi
3
Agradecimientos
En primer lugar, agradezco a la Universidad de Jaén, quien hizo posible completar mi
formación académica, otorgándome la oportunidad de realizar un intercambio
académico y poder realizar el Trabajo de Fin de Grado en esta universidad.
A mis tutores Juan Jiménez Millán y María Isabel Abad Martínez, quienes dirigieron
mi trabajo, los cuales me brindaron las herramientas para completar la investigación.
A mis padres por estar presentes en todo momento, que, gracias a su esfuerzo, cariño
y su apoyo constante pude superar esta etapa tan importante, a mis hermanos, por
enseñarme a superarme día con día. Gracias por su apoyo, confianza y paciencia.
Además de ello, agradezco a los académicos de la Universidad Autónoma de
Aguascalientes, quienes con su formación entregaron los conocimientos necesarios
en el área de las Ciencias Ambientales, brindándome herramientas, valores,
conocimientos, disciplina y oportunidades para mejorar nuestro entorno y la relación
entre el medio ambiente y los seres humanos.
Gracias a todos mis amigos y personas que me rodean, por apoyarme y estar conmigo
cuando más los necesitaba.
4
Índice
1. Resumen
2. Abstract
3. Introducción
3.1. Dinámica temporal y espacial de la geoquímica urbana
6
7
8-11
10-11
4. Fuentes de contaminación en el medio urbano
4.1. Fuentes de contaminación en la hidrosfera huma
4.2. Fuentes de contaminación en el suelo urbano
4.3. Fuentes de contaminación en la atmósfera urbana
11-15
13
13-14
14-14
5. Procesos de la geoquímica urbana
5.1. Procesos geoquímicos urbanos en el agua
5.2. Procesos producidos en el suelo urbano
5.3. Procesos ocurridos en la atmósfera urbana
5.4. Efecto halo urbano
15-26
16-20
21-22
22-24
24-26
6. Remediación 26-29
7. Discusión 29-34
8. Conclusión 34-35
9. Bibliografía 35-39
Índice de Tablas
Tabla 1. Impactos hidrológicos resultantes del aumento de
superficies impermeables en zonas urbanizadas 17
Tabla 2. Impactos urbanos sobre la calidad del agua 19
Índice de Figuras
Figura 1. Dinámica espacial y temporal de la geoquímica urbana.
Evolución de la cultura humana a través del tiempo y su interacción
con el medio ambiente y los recursos naturales
11
Figura 2. Clasificación de procesos que contribuyen de manera
directa o indirecta a la contaminación del medio ambiente urbano. 12
Figura 3. Clasificación de la contaminación atmosférica urbana.
Muestra la clasificación de las fuentes provenientes de actividades
antropogénicas, las cuales son las acciones que generan más
15
5
contaminación en el medio ambiente urbano, no solo por su emisión
directa sino por las reacciones fotolíticas que se generan con otros
contaminantes.
Figura 4. Diagrama conceptual de los aspectos que afectan el ciclo
hidrológico urbano. 16
Figura 5. Comparación del movimiento de agua entrante sobre un
paisaje natural cubierto por vegetación (A) con la de un paisaje
urbano (B) con la vegetación limitada y superficies abundantes
impermeables.
21
Figura 6. Modelo esquemático del problema medio ambiental del
smog fotoquímico, observado en las grandes ciudades. Muestra las
reacciones que ocurren en la atmósfera, dando lugar a un ambiente
irritante, tóxico y nocivo.
24
Figura 7. Modelo esquemático del metabolismo lineal urbano. En el
cual las materias primas son desechas como recursos, esté es un
modelo completamente insostenible.
26
Figura 8. Modelo esquemático del metabolismo circular urbano. En el
cual las materias primas son recicladas o reutilizadas, modelo
esperado de una ciudad urbana en el futuro.
26
Figura 9. Ciudades más contaminadas del mundo según estudió
elaborado en el 2014 con partículas menores a 2.5 micrómetros. 31
Figura 10. Ciudades menos contaminadas del mundo según estudió
elaborado en el 2014 con partículas menores a 2.5 micrómetros. 33
6
1. Resumen
Este trabajo pretende determinar la importancia de la geoquímica urbana en nuestro
contexto actual. Observando la influencia de la urbanización sobre el medio ambiente,
dichas acciones pueden llegar a ser positivas o negativas para nuestro entorno. Los
antecedentes que llevaron a realizar la investigación son que las ciudades modernas
se encuentran afectadas por diversos procesos de contaminación como la exposición
a metales tóxicos, el smog fotoquímico, la lluvia ácida, así como la alteración de los
diversos ciclos biogeoquímicos que rigen la vida en el planeta.
La investigación tiene como hipótesis que, en un período muy corto de tiempo, la
mayoría de la población humana se ha vuelto urbana, y en 2050 dos de cada tres
personas en el mundo vivirá en ciudades. Las zonas urbanas son de suma importancia
social, económica y cultural, pero también tienen un profundo impacto en el medio
ambiente. Por este motivo, es necesario profundizar en el conocimiento de la
geoquímica de las ciudades y algunos de los desafíos a los que se enfrentan.
En la primera parte del trabajo de fin de grado, se muestran estadísticas sobre como
en el medio ambiente urbano la población aumenta cada vez, mostrando un panorama
histórico sobre como las actividades antropogénicas han utilizado los recursos
naturales a lo largo de la historia. Se presenta así mismo el concepto de geoquímica,
geoquímica ambiental y geoquímica urbana.
Posteriormente se muestran las principales fuentes de contaminación urbana en los
diferentes espacios del medio ambiente como lo son el agua, el suelo y el aire urbano;
para así poder explicar algunos de los procesos de contaminación que más afectan a
estas zonas en el medio ambiente urbano. A lo largo de estos apartados se logró
validar la hipótesis de la investigación planteada, comprobando que las múltiples
fuentes de contaminación causan efectos que se solapan en el espacio y en el tiempo.
Finalmente, se brindan soluciones de remediación en el tema político y de gestión
urbano de las ciudades, concluyendo que el estudio de la geoquímica urbana brinda
herramientas para la toma de decisiones y ofrece soluciones a los problemas
ambientales actuales de las ciudades para que con esto poco a poco se comiencen a
crear poblaciones realmente sostenibles.
Palabras clave: geoquímica urbana, medio urbano, fuentes de contaminación urbana,
procesos en medio ambiente urbano.
7
2. Abstract
This work determines the importance of the urban geochemistry in our context.
Observing the influence of the urbanization on the environment, this actions can be
positive or negative on our environment. The precedents that led to realizing the
research are that the modern cities are affected by diverse processes of pollution as
the exhibition to toxic metals, the photochemical smog, the acid rain, as well as the
alteration of the diverse cycles biogeochemical that govern the life in the planet.
The research has as hypothesis that, in a very short period of time, the majority of the
population has become urban, and in 2050 two of three persons in the world will live
in cities. The urban zones are social, economic and cultural importance, but also they
have a deep impact in the environment. For this motive, it is necessary to deepen into
the knowledge of the geochemical of the cities and some of the challenges which they
face.
In the first part of the work purpose, they prove statistics in the urban environment that
proves that the population increases every time, showing a historical panorama that
how the humans activities have use the natural resources along the history. Its shows
the concept of geochemistry, environmental geochemistry and urban geochemistry.
Later are presented the principal sources of urban pollution in the different spaces of
the environment like the water, the soil and the urban air; to be able that explain some
of the processes of pollution that concern in the urban environment. Along these
paragraphs it could be possible to validate the hypothesis of the investigation, verifying
that the multiple pollution sources cause effects that are overlapped in the space and
in the time.
Finally, are offered solutions of remediation in the political topic and of management
urban of the cities, concluding that the study of the urban geochemistry offers tools to
take decisions and offers solutions to the environmental current problems of the cities
and then gradually convert in a sustainable population.
Key words: geochemistry, urban geochemistry, sources of urban pollution, processes
in urban environment.
8
3. Introducción
El desarrollo de las ciudades se extiende a hace más de 4000 años, pero la
urbanización de alta densidad es un fenómeno relativamente nuevo y una
problemática actual (Bettencourt et al., 2007). A partir de la Revolución Industrial la
mayor parte de la población mundial comenzó a migrar hacia las ciudades. Sobre el
siglo XX, la población urbana aumentó más de un décuplo, de 220 millones a 2.8
billones. Las Naciones Unidas han marcado un crecimiento anual urbano del 1.7%,
por lo que esperan que para el 2050 se añadan 2, 500 millones a la población del
medio urbano aproximadamente, siendo así, el 67% de la población mundial habitará
en asentamientos urbanos; actualmente el 54% de las personas viven en el medio
urbano (Naciones Unidas, 2012). Este proceso de urbanización ha cambiado
drásticamente en los países desarrollados, a partir de la Revolución Industrial. Sin
embargo, el enorme crecimiento urbano en este siglo ocurrirá en países en vía de
desarrollo, generando como consecuencia, que muchos de los nuevos ciudadanos
estén en la miseria (Lyons y Harmon, 2012).
Las áreas urbanas son socialmente, económicamente y culturalmente muy
importantes, sin embargo, la gran concentración de personas en estas áreas está
asociada a una alta tasa de explotación y consumo de recursos minerales, alimentos,
agua y energía. La fabricación de productos y servicios no solo genera el consumo de
recursos, sino que también produce residuos y contaminación, creando así entornos
contaminados que afectan a la salud humana y que al mismo tiempo perjudican la
integridad ecológica y la diversidad (Lyons y Harmon, 2012). Típicamente el aumento
de urbanización va acompañado de un aumento en la huella ecológica per cápita, que
es una herramienta que permita estimar los requerimientos en términos de consumo
de recursos y asimilación de desechos de una determinada población, expresados en
áreas de tierra productiva. Por ejemplo, un residente de Beijing tiene una huella
ecológica tres veces más alta que la de una persona media china (Hubacek el al.,
2009). A escala mundial, los centros urbanos comprenden sólo el 2% del suelo del
planeta, pero generan el 80% del producto interno bruto mundial, los habitantes
urbanos son los responsables del 70% de consumo de energía global y del 80% de
las emisiones de CO2 relacionadas con la quema de combustibles fósiles. Pero este
no tiene que ser el caso, ya que las ciudades con la infraestructura bien planificada
pueden reducir en general las emisiones con el transporte público, como el caso de
9
Nueva York, donde las emisiones son menores al 30% comparando con el resto de
los Estados Unidos (Dodman, 2009).
La carga total que las ciudades generan sobre la Tierra en términos de agricultura,
minería, uso de agua, y contaminación pueden ser fundamentales. Por ejemplo, la
calidad del aire ambiental se ha degradado a tal punto de causar efectos nocivos sobre
la salud en 20 de 24 de las grandes ciudades. En 2007, 9 de los 10 lugares más
contaminados en el mundo eran ciudades industriales, sobre todo localizadas en
países en vías de desarrollo (Mage et al.,1996).
Ante este panorama, la geoquímica, es la ciencia que se ocupa del estudio de la
composición química de la Tierra, los procesos y reacciones químicas que rigen la
composición de las rocas y los suelos, el transporte de productos químicos en el
tiempo y el espacio, así como las interacciones de estos productos con la hidrosfera
y la atmósfera, siendo así una disciplina que brinda solución a problemas de diversas
áreas de la actividad humana (Fyfe, 1981). Por su parte la geoquímica ambiental
estudia los efectos de los procesos químicos naturales o antrópicos sobre el medio
ambiente. Y así a su vez la geoquímica urbana estudia los impactos medioambientales
que la urbanización genera sobre la integridad de los ecosistemas y la salud humana
(Lyons y Harmon, 2012).
El término de geoquímica urbana fue usado por primera vez por Iain Thornton a
principios de los años 1990. Él vio esta subdisciplina como “el interfaz de la
geoquímica ambiental y la contaminación urbana”; un campo de estudio el cual dirige
el impacto de la dispersión química que proviene de la urbanización sobre la integridad
de los ecosistemas y de la salud humana. Los fenómenos geoquímicos dentro del
entorno urbano afectan al comportamiento, la distribución y la dispersión de metales,
compuestos tóxicos orgánicos, y desechos humanos. Kaye et al. (2006) fueron de los
primeros en usar la biogeoquímica urbana, observando que los modelos de
ecosistemas no incluían el impacto humano sobre el agua, el reemplazamiento de
vegetación autóctona, el cambio de rural a urbano y la creación de nuevas superficies
urbanas. Por lo tanto, la gran cantidad de flujos geoquímicos y la manipulación
humana del paisaje, crean notables cambios en el transporte y en los procesos de
retención haciendo que las áreas urbanas tengan una configuración ambiental
10
diferente, que hace que deban ser estudiadas de manera específica (Jartun y Ottesen,
2011).
3.1. Dinámica temporal y espacial de geoquímica urbana
Mucho antes de la creación de nuestras grandes y modernas ciudades, las antiguas
poblaciones debieron de mantener un equilibrio ambiental en términos del agua, el
aire, y el alimento.
Desde que el hombre apareció en el Holoceno ha tenido un efecto profundo sobre el
medio ambiente y sobre la explotación de los recursos, desde la caza nómada,
pasando por pequeñas ciudades hasta las grandes ciudades que se conocen en la
actualidad (Figura 1). Los historiadores han argumentado que la urbanización es un
tema clave en la historia mundial, llamando a esta etapa el Antropoceno, este término
fue utilizado por primera vez en el 2000 por el ganador del Premio Nobel Paul Crutzen
el cual considera que la influencia de las actividades antropogénicas sobre la Tierra
ha sido significativa, llegando incluso a construir una nueva era geológica (Crutzen,
2002).
El flujo de energía y materiales, dentro y fuera de las áreas urbanas ha ido aumentado
a través de la historia con la organización de la sociedad humana. Conforme las
poblaciones urbanas crecen, se necesitan más recursos, y estos deben de ser
explotados y transportados desde distancias cada vez mayores aumentando no solo
la cantidad de desechos sino las emisiones de gases contaminantes a la atmósfera.
Esto cambia enormemente los ciclos biogeoquímicos. Por ejemplo, los productos
agrícolas son cosechados lejos de las ciudades, posteriormente son envueltos o
envasados en papel o aluminio para su transporte a las urbes y esto, genera así no
solo emisiones a la atmósfera sino residuos urbanos. Así mismo como se necesita
una gran cantidad de alimento para la población las tierras deben ser fértiles, lo que
lleva a la adición de fitosanitarios al suelo; generando grandes consecuencias en los
ciclos biogeoquímicos y alteraciones en el agua, suelo y aire (Lyons y Harmon, 2012).
Las áreas urbanas son muy dinámicas en el tiempo y en el espacio, tanto en los
problemas como en los procesos geoquímicos. El aumento de población, el desarrollo
económico y tecnológico, el crecimiento urbano, la industrialización y la degradación
ambiental, son factores influyentes en el dinamismo de las áreas metropolitanas.
11
Tomando en cuenta estos elementos la urbanización a lo largo del mundo se ha dado
en diferentes épocas de la historia, por ejemplo, en Gran Bretaña a mediados del siglo
XVIII con la Revolución Industrial y, sin embargo, en Norteamérica entre el siglo XIX
y el XX (Lyons y Harmon, 2012).
4. Fuentes de contaminación en el medio urbano
El medio ambiente urbano representa, en la actualidad, el sistema más complejo
de interacciones antropogénicas con el entorno. La variabilidad de las fuentes y de
los contaminantes, la complejidad, las interacciones y, los cambios en el medio,
entre otros aspectos, hacen verdaderamente difícil evaluar el papel que cada
fenómeno ha tenido sobre la calidad de vida de las poblaciones (Albanese y
Cicchella, 2012).
El medio ambiente urbano puede tener una inmensa variedad de fuentes
contaminantes o de impactos geoquímicos derivados de diversos posesos (Figura 2).
Todo proceso de contaminación urbana reconoce tres estados fundamentales:
Prehistoria: aparición del hombre, organización de
la sociedad humana, caza-agricultura,
fabricación de materiales (piedra, hierro, bronce).
Edad antigua: impacto global sobre el
ecosistema en la Tierra, concentración de la
gente en las ciudades, cuestionamientos de fenómenos naturales. Inicio de la explotación de recursos naturales.
Edad media: creación de espacios urbanos, donde se hacía distinción entre
industria y actividad agrícola.
Edad moderna: colonización,
descubrimientos científicos, conocimiento y explotación de nuevas
especies.
Edad contemporanea: Revolución Industrial-pauta de urbanización, extracción
exagerada de recursos energéticos. Ciudades
modernas, grandes ciudades-componentes urbanos, suburbanos y
exurbanos.
Figura 1. Dinámica espacial y temporal de la geoquímica urbana.
Evolución de la cultura humana a través del tiempo y su interacción con el
medio ambiente y los recursos naturales. Modificado de Lyons y Harmon,
(2012).
12
Origen: puede ser variado, emisión de humos industriales, combustión
vehicular, emisión de sonidos, fugas gaseosas etc.
Vector: es el elemento encargado de transportar el contaminante desde el
origen hasta el destinatario. Los vectores son: aire, aguas superficiales, aguas
subterráneas y suelo.
Destinatario: está constituido por los seres vivos y esencialmente el hombre.
Uno de los aspectos más sorprendentes de la dinámica de urbanización es como las
actividades humanas han perturbado fuertemente cada uno de los ciclos globales de
la mayor parte de los elementos como el ciclo de los metales alcalinos, los
alcalinotérreos y los halógenos (Klee y Graedel, 2004). Un ejemplo es la utilización del
nitrógeno en la vegetación cuando, las plantas podrían captar su propio nitrógeno para
sus reacciones y síntesis. Este hecho aumenta las concentraciones de este elemento
en la atmósfera y es motivado porque las personas prefieren agregar fertilizantes a
las plantas para acelerar su crecimiento. Pasa lo mismo con muchos de los nutrientes
como el dióxido de carbono, el fósforo, el magnesio y con los metales de la industria.
El hecho clave radica en que la población urbana está sobreexplotando y haciendo un
uso abusivo de los recursos naturales, nutrientes y elementos naturales que nos
PROCESOS
Procesos naturales
Geológicos: como las erupciones volcánicas, derrumbes, terremotos.
Climáticos: huracanes, tsunamis, tormenta.
Procesos ligados a la actividad humana
Desastres derivados de la construcción: colapsos de
edificios, fuegos, reacciones químicas, derrumbes,
sedimentos, entre otros. De la industria química: derrames,
explosiones, reacciones.
Figura 2. Clasificación de procesos que contribuyen de manera directa o indirecta a la
contaminación del medio ambiente urbano. Modificado de Plumme (2012), Wisner y
Adams (2002) y Young, et al (2004).
13
rodean, lo que conllevará a una suma de daños medioambientales en el futuro y
efectos significativos en las áreas urbanas (Bain et al., 2012).
Existen diversas fuentes de contaminación urbana, dependiendo en que estrato nos
enfoquemos, atmósfera, hidrosfera y litosfera:
4.1. Fuentes de contaminación en la hidrosfera urbana
El problema general de la contaminación del agua, ya sea en ríos, lagos, lagunas,
humedales, acuíferos y bahías, ha sido tradicionalmente atribuido de forma exclusiva
a las fuentes puntuales de contaminación más evidentes, como las descargas
industriales y las aguas residuales urbanas. Sin embargo, una vez controladas estas
descargas, en muchos lugares como Estados Unidos de América y la Unión Europea,
ha quedado manifestado que parte importante de los problemas en los cuerpos
receptores de agua se deben a la llamada contaminación no puntual o difusa,
provocada por actividades agrícolas, mineras y principalmente urbanas. Las aguas de
lluvia urbana son una de estas fuentes de contaminación difusa, ya que la escorrentía
desde las ciudades puede arrastrar consigo gran cantidad de contaminantes y de
sedimentos causando un alto impacto a las corrientes receptoras. Se suma a lo
anterior, las inundaciones, que son una de las más graves consecuencias que genera
la urbanización; lluvias pequeñas y frecuentes producirían poca escorrentía antes del
desarrollo, pero actualmente generan una significativa escorrentía urbana, que
aumenta la severidad y la frecuencia de las inundaciones (Restrepo et al., 2007).
Por tal razón el drenaje urbano y la contaminación del agua urbana, debe involucrar
la gestión integral del medio ambiente y de la sociedad, para desarrollar medios
urbanos sostenibles, contribuyendo, de esta manera, a disminuir el impacto ecológico
causado por la urbanización y a mejorar la calidad de vida urbana (Restrepo et al.,
2007).
4.2. Fuentes de contaminación en el suelo urbano
La contaminación del suelo puede ser causada por múltiples elementos y factores, se
pueden incluir los productos fitosanitarios, fertilizantes, metales pesados,
acidificación, residuos orgánicos de origen urbano y radiactividad. La introducción de
agentes contaminantes en el suelo puede tener como resultado la pérdida de algunas
14
funciones del mismo, causando también la posterior contaminación de las aguas
(Almorox et al., 2010).
Al hacer referencia a la contaminación del suelo, a menudo se distingue entre la
contaminación proveniente de fuentes delimitadas y la causada por fuentes difusas:
Contaminación local: unida generalmente a industria, minería o vertederos. Los
efectos de esta contaminación se producen tanto durante su funcionamiento
como después del cierre de las actividades contaminantes (Almorox et al.,
2010).
Contaminación difusa: relacionada con la deposición atmosféricas,
determinadas prácticas agrícolas y el tratamiento inadecuado de las aguas
residuales (Almorox et al., 2010).
La deposición de contaminantes atmosféricos originados por las emisiones de la
industria, el tráfico y la agricultura introducen, en el suelo agentes contaminantes
acidificantes (anhídrido sulfuroso, anhídrido sulfúrico, óxido nítrico, dióxido de
nitrógeno, metales pesados) y diversos compuestos orgánicos de difícil
biodegradación (dioxinas, policlorobifenilos, furanos, hidrocarburos aromáticos
policíclicos) (Rico et al, 2001).
En lo concerniente a la contaminación de suelos su riesgo es primordialmente de
salud, de forma directa y al entrar en contacto con fuentes de agua potable. La
delimitación de las zonas contaminadas y la resultante limpieza de estas son tareas
que consumen mucho tiempo y dinero, requiriendo extensos conocimientos en
geología, hidrografía, química y modelos sistemáticos (Almorox et al., 2010).
4.3. Fuentes de contaminación en la atmósfera urbana
La contaminación atmosférica está formada por una mezcla de sólidos, líquidos y
gases que se dispersan de acuerdo con las condiciones meteorológicas y topográficas
de la ciudad. Los contaminantes que se emiten a la atmósfera pueden ser
transportados de un lugar a otro o depositados en un sitio específico. Durante este
proceso y hasta que se estabilizan sufren transformaciones químicas o físicas (Rico
et al., 2001).
15
La contaminación atmosférica puede ser emitida por fuentes naturales o
antropogénicas, sin embargo, la mayor contaminación en la atmósfera urbana es
resultado de las actividades humanas y se clasifican según su movilidad o distribución
espacial (Figura 3)
La utilización de los combustibles a partir de la Revolución Industrial ha generado que
el equilibrio ecológico de nuestro planeta peligre cada vez más. El balance del
consumo de combustibles proporciona información no solamente de la actividad
económica de una ciudad, sino de la forma en que esto impactará en la calidad del
aire. Además de la combustión, existen otros procesos y actividades que generan
emisiones a la atmósfera, entre ellos los que desencadenan el uso de solventes,
aplicación de pinturas, de asfalto, disposición final de los residuos sólidos, tratamiento
de aguas residuales e incluso la vegetación de la ciudad (Rico et al., 2001).
5. Procesos de la geoquímica urbana
La contaminación tóxica metálica, la contaminación orgánica, la niebla tóxica, la
lluvia ácida, las islas de calor (acumulación del calor en las ciudades debido a la
absorción de calor por los materiales de construcción), y la acumulación de gases
Fuentes antropogénicas
Segúnn su movilidad
Fuentes fijas: industrias, comercio,
cementeras, refinerías.
Fuentes móviles: motores de combustión, automóviles, camiones, transporte en general.
Distribución espacial
Fuentes puntuales: indurstrias, pueden ser cuantificables y
controladas.
Fuentes no puntuales o de área: no pueden
ser identificadas ni evaluar de forma
precisa los contaminantes.
Figura 3. Clasificación de la contaminación atmosférica urbana. Muestra la
clasificación de las fuentes provenientes de actividades antropogénicas, las cuales son
las acciones que generan más contaminación en el medio ambiente urbano, no solo
por su emisión directa sino por las reacciones fotolíticas que se generan con otros
contaminantes. Modificado de Rico et al., (2001).
16
de efecto invernadero son la herencia de un crecimiento incontrolado de la
población, la cual ha cambiado el carácter geoquímico del ambiente urbano durante
los cuatro últimos milenios. La urbanización cambia las características del medio
natural, generando impactos sobre el ambiente en el que se desarrollan,
modificando las cuencas hidrológicas, el suelo, el aire y en consecuencia afectando
el destino y transporte de los diferentes elementos en las zonas urbanas (Albanese
y Cicchella, 2012).
Los diferentes procesos geoquímicos urbanos y sus consecuencias ecológicas, se ven
afectados por diversos factores como el mecanismo de distribución de la urbanización,
la edad de la infraestructura, la densidad de población y su variación en el tiempo, así
como la cantidad y la
ubicación de espacios
verdes (Grimm et al.,
2008).
5.1. Procesos
geoquímicos urbanos
en el agua
La contaminación del
agua es y ha sido un
problema ambiental
urbano en la mayoría
de las ciudades desde
las antiguas
civilizaciones como la
griega o la romana
(Radkau, 2008).
El ciclo hidrológico es modificado en los asentamientos urbanos provocando efectos
profundos físicos, hidrológicos, químicos y ecológicos sobre las cuencas hidrológicas,
tanto fuera como dentro del espacio urbano (Figura 4). Estos efectos incluyen la
disminución de la capacidad natural de remoción en los sistemas acuáticos, alteran
Figura 4. Diagrama conceptual de los aspectos que afectan el
ciclo hidrológico urbano. Recuperado de Wong et al., (2012)
17
los sedimentos, las exportaciones y modifican los flujos dinámicos naturales, así como
la pérdida de humedales (Paul y Meyer, 2001).
En las áreas urbanas se da un fenómeno de degradación hidrológica que se conoce
como el síndrome de corriente urbana, que ocurre debido a la sustitución de áreas
permeables como el paisaje natural por caminos, carreteras, aparcamientos, edificios
y urbanizaciones que; generan una pérdida del área total donde el agua puede
infiltrarse. Esto reduce la infiltración y el almacenaje superficial de las aguas pluviales,
acelerando el mecanismo de distribución y de escorrentía (Tabla 1). Así mismo
Tabla 1. IMPACTOS HIDROLÓGICOS RESULTANTES DEL AUMENTO DE
SUPERFICIES IMPERMEABLES EN ZONAS URBANIZADAS
Basado en Horner et al. (1994)
Aumento de la
impermeabilidad
conduce a:
Impactos
Inundación Pérdida
de hábitat
Erosión Ampliación
del canal
Alteración
del arroyo
Incremento del
volumen
Aumento del flujo
máximo
Incremento del tiempo
de flujo máximo
Aumento de la
temperatura de
corriente
Disminución del flujo
de base
Cambios en las cargas
de sedimentos
18
aumenta la probabilidad de inundaciones las cuales son cada vez más frecuentes y
más severas (Wlash et al., 2005).
Con lo que se observa en la Tabla 1 uno de los mayores problemas de contaminación
del agua, es la provocada por las corrientes urbanas, debido a la gran extensión de
superficies impermeables, como calles y, aparcamientos, que contribuyen a la
recolección de contaminantes a través de las corrientes y el arrastre de sedimentos,
sobre todo en ciudades que no tienen un eficiente tratamiento de aguas residuales,
por falta de capacidad de tratar tal volumen de agua, fruto de la combinación de las
aguas pluviales y las aguas de drenaje. Esto genera que el agua llegue a los ríos
contaminándolos o contaminando los mantos acuíferos en el momento de que se
infiltren (Albanese y Cicchella, 2012).
A pesar de que en la última mitad del siglo XIX las ciudades comenzaron a construir
sistemas de alcantarillado y de tratamiento de aguas residuales, para disminuir los
brotes de enfermedades en las ciudades, la calidad del agua es una de las mayores
preocupaciones en las áreas urbanas debido a la crisis de saneamiento, ya que por lo
general las plantas de tratamiento de aguas tienen poca eficiencia de remoción,
especialmente con las sales, metales, bacterias, productos hormonales, fármacos y
productos de cuidado personal, que son los que recientemente se han reconocido
como potencial amenaza para la salud humana (Wong et al., 2013). El estudio
realizado por Ellis (2006), demuestra que los productos de cuidado personal a pesar
de ser menos tóxicos y menos persistentes, están generando daños en la salud de las
poblaciones debido a la gran acumulación en los cursos hidrológicos de los grandes
asentamientos urbanos.
Algunos ejemplos de contaminación de los sistemas acuáticos urbanos son los
provocados por ciertos elementos químicos como:
El gadolinio (Gd) ha sido utilizado desde 1988 como agente que contrasta en
la resonancia magnética. Desde mediados de los años noventa esté elemento
se ha encontrado en sistemas urbanos acuáticos, indicando una elevación en
las concentraciones por actividades antropogénicas. Estos niveles no pueden
ser removidos por procesos naturales o de purificación. Esté elemento no es
una amenaza a la salud, no obstante, se podría realizar una comparación con
19
algunos compuestos farmacéuticos más dañinos para el medio ambiente
(Lyons y Harmon, 2012).
El litio (Li), se encuentra en un medicamento para personas con trastorno
bipolar, sin embargo, este es difícil de eliminar en solución y se ha demostrado
que en los últimos años existe una elevación en las concentraciones de litio en
las aguas residuales (Lyons y Harmon, 2012).
En el medio ambiente urbano es muy probable que se encuentren un gran número de
fuentes contaminantes de las aguas subterráneas y superficiales. Finalmente, la
deposición atmosférica, el suelo, las áreas industriales, el uso de fertilizantes y el
tratamiento de aguas residuales, han sido documentados como degradadores de la
calidad del agua. Barrett et al., (1999) proporcionó las descripciones de los impactos
urbanos sobre la calidad del agua (Tabla 2).
Tabla 2. IMPACTOS URBANOS SOBRE LA CALIDAD DEL AGUA
Basado en Wong et al., (2012)
Fuente Mecanismo Componentes que afectan la
calidad del agua
Deposición
atmosférica
Gases de combustión,
fuentes fijas y transporte
H2SO4 y HNO3, compuestos
industriales, remontan metales
Industria Derrames, persistencia por
tratamiento de aguas negras
Compuestos orgánicos, metales de
arrastre
Escorrentía
Erosión y componentes de
caminos, aparcamientos,
edificios, y espacios verdes
Materia orgánica, sustancias
nutritivas, y bacteria; PAHs;
metales de arrastro; herbicidas y
pesticidas;
compuestos industriales
Espacios verdes
Uso de fertilizantes,
herbicidas, y pesticidas
Organoclorados, organofosforados,
elementos nutritivos (p.ej. N, P, K)
Alcantarillado
Escapes y roturas, el sistema
séptico se escapa y fracasos,
descarga directa del efluente
tratado
Iones disueltos (Cl, Na, SO4);
elementos nutritivos (p.ej. materia
orgánica, N, P); bacterias,
parásitos, y virus; compuestos
orgánicos; productos
farmacéuticos y compuestos de
cuidado personal
20
La atmósfera urbana contiene gran cantidad de gases y partículas de combustión,
emisiones industriales, polvo y partículas. Los depósitos atmosféricos incluyen HNO3,
H2SO4, metales (p.ej. Cd, Hg, Ni, Pb), y compuestos industriales orgánicos (p.ej,
hidrocarburos policíclicos aromáticos (PAHs), aldehídos). Las áreas industriales son
fuentes potenciales de una amplia variedad de agentes contaminantes, incluyendo
metales, solventes tratados con cloro, e hidrocarburos. Las aguas subterráneas
comúnmente son contaminadas debajo de lugares donde los productos químicos han
sido fabricados, almacenados, manejados, o eliminados (Lerner, 2002). La escorrentía
contiene una variedad de componentes de desecho del medio urbano que entran en
los sistemas de aguas subterráneas o sistemas superficiales de agua y alcantarillas
en mal estado, lo que produce una fácil comunicación con las aguas subterráneas.
Debido a que se reduce la permeabilidad con la cobertura de las ciudades el transporte
de agua por escorrentía aumenta acumulándose en las superficies urbanas. Esta agua
suele contener un elevado grado de turbiedad, altas concentraciones de sedimento
suspendido, sustancias nutritivas, bacterias, metales, pesticidas, herbicidas y PAHs,
y puede degradar la calidad de agua superficial y aguas subterráneas. Los
fertilizantes, pesticidas y herbicidas, comúnmente son aplicados a céspedes, jardines,
vegetación a lo largo de calzadas, y campos de golf. Estos son las fuentes de
contaminantes orgánicos y de elementos nutritivos (N, P, K), los cuales llegan a los
mantos acuíferos por infiltración, causando eutrofización. La contaminación de
efluentes de agua por aguas negras tiene un gran interés debido a que afecta a la
salud humana (Tabla 2) (Wong et al., 2012).
Los impactos urbanos sobre el ciclo hidrológico pueden ser mitigados o intensificados
dependiendo del uso del agua en la ciudad y de la gestión de las políticas
medioambientales. Como consecuencia las ciudades han creado programas y
legislaciones nacionales e internacionales para reducir estos efectos, disminuyendo
enormemente la contaminación del agua en ciudades postindustriales (Albanese y
Cicchella, 2012). Las corrientes hidrológicas pueden plantearse de manera sostenible
dependiendo de las estrategias de dirección. Por ejemplo, en Europa y Norteamérica
tienen normas de emisión y prohibición de la gasolina emplomada, que han conducido
a disminuir las concentraciones de SO4 y la deposición de plomo en la atmósfera. Las
políticas de dirección de aguas subterráneas y de protección de la calidad del agua,
demuestra el desarrollo y la riqueza de una ciudad (Wong et al., 2012).
21
5.2. Procesos geoquímicos producidos en el suelo urbano
Además, del transporte de compuestos químicos en el sistema acuático los
contaminantes afectan fuertemente al suelo generando cambios en el
comportamiento, el transporte, y su deposición final (Lyons y Harmon, 2012).
El agua y el suelo son espacios altamente relacionados, ya que el movimiento del
agua en el suelo depende en gran medida del paisaje, de la geología, vegetación,
estructura, textura del suelo, densidad y la consolidación. En los paisajes naturales el
agua se mueve más en el suelo generando suelos desequilibrados en el medio urbano
(Figura 3) (Lyons y Harmon,
2012).
Los suelos urbanos por lo general
no cuentan con el clásico
desarrollo de horizontes
observado en suelos “naturales”
(Wong et al., 2006), lo que
produce que se modifiquen los
procesos de infiltración y se
reduzca la densidad del suelo
(Scheyer y Hipple, 2005). Estos
factores han hecho que la química
de estos suelos sea aún más
compleja, detectando varias
fuentes de contaminantes antes no
reconocidas, como la oxidación de
pinturas que cubren las paredes
exteriores de los edificios, la
ruptura de tuberías de aguas
residuales, el empleo de herbicidas
en espacios públicos y los,
desechos de automóviles como
neumáticos o refacciones, entre
otros elementos tóxicos como
Figura 5. Comparación del movimiento de agua
entrante sobre un paisaje natural cubierto por
vegetación (A) con la de un paisaje urbano (B)
con la vegetación limitada y superficies
abundantes impermeables. Modificado de
Scheyer y Hipple (2005).
22
metales pesados, hidrocarburos y fitosanitarios, los cuales modifican las interacciones
de los organismos en el suelo (Albanese y Cicchella, 2012).
A lo largo del tiempo las características del suelo urbano han cambiado. En la mayoría
de las ciudades a principios del siglo XX el suelo se encontraba contaminado con Pb.
Esto era una consecuencia de las fundiciones urbanas y del empleo del Pb en las
pinturas y en las gasolinas (Albanese y Cicchella, 2012). Actualmente, uno de los
mayores problemas de los suelos urbanos es que estos se ven altamente enriquecidos
con metales y metaloides, los cuales son depositados en el suelo en forma elemental
o en forma compuesta después de un período de residencia en el aire (provenientes
tanto de procesos industriales como de la quema de combustibles fósiles). Esto
representa un peligro para la salud humana ya que estos elementos son muy
biodisponibles (Albanese, 2008; Filippelli et al., 2012).
Generalmente, los suelos urbanos son un “lavadero” para la mayoría de los
contaminantes sólidos y químicos depositados por consecuencias atmosféricas o por
acciones antropogénicas, como los vertederos a cielo abierto en los cuales las
industrias o las poblaciones vierten sus desechos ya sean contaminantes orgánicos o
inorgánicos (Thorton et al., 2008). Se estima que en Estados Unidos hay entre 400,000
y 500,000 vertederos (Litt y Burke, 2002), 300,000 a 1.5 millones en Europa (van
Calster, 2004), y más de 30,000 en Canadá (NRTEE,2003). Tales espacios
representan un verdadero peligro para los residentes y para el medio ambiente.
5.3. Procesos ocurridos en la atmósfera urbana
La contaminación del aire ambiente, es un término que se aplica a la contaminación
del aire en el ambiente exterior. Por el contrario, la contaminación atmosférica urbana
es la contaminación del aire exterior que afecta a los habitantes de las ciudades (OMS,
2017)
A principios del siglo XX las centrales eléctricas de carbón y la calefacción doméstica
eran las fuentes principales de contaminación atmosférica. En las ciudades modernas,
la principal fuente de contaminación es la quema de combustibles fósiles, ya sea tanto
en la industria como en la combustión de los automóviles. Dichas emisiones
introducen al medio ambiente diversos grupos de partículas como: metales (Pb, Cr,
Hg), partículas volátiles (óxidos de C, S, N), compuestos orgánicos volátiles (COV´s)
23
e, hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH´s). Estas partículas son dañinas no solo
para la troposfera, sino también para los suelos y el agua (Albanese y Breward, 2011).
A partir de la Revolución Industrial, la concentración de CO2 atmosférico ha
aumentado hasta un 30%, (de una concentración preindustrial de aproximadamente
280 ppmv a 390 ppmv en el 2010). Si este índice de crecimiento de emisión global es
mantenido, la concentración de CO2 en la atmósfera alcanzará hasta 500 ppmv hacia
el final de este siglo. Este aumento está directamente relacionado con el crecimiento
de emisiones de combustibles fósiles (Keeling et al., 2009).
En 1911 se introdujo el término smog en el lenguaje científico. La palabra deriva de
una contracción de smoke=humo y de fog=niebla (Figura 6). Fue utilizado por primera
vez en Glasgow (Escocia) para hacer referencia a la calidad del aire, consecuencia
de la muerte de miles de personas por exposición a una mezcla de humo, niebla y
gases sulfurosos. Sin embargo, no se tomó conciencia global de los efectos de la
contaminación atmosférica, hasta después de “La Gran Niebla Tóxica” que se vivió en
Londres en 1952 y, que provocó la muerte de más de 3500 personas por una densa
niebla tóxica generada por las emisiones combinadas de la industria local del carbón
y las chimeneas a lo largo de la ciudad, acompañado de las malas condiciones
climáticas. También a principios de 1950, el adjetivo fotoquímico fue añadido al
termino smog para introducir un nuevo concepto de contaminación atmosférica. Este
evento se observó por primera vez en Los Ángeles como resultado de complejas
reacciones fotoquímicas relacionadas principalmente con la radiación UV. La
formación de smog conlleva precursores como óxidos de nitrógeno (NOx), monóxido
de carbono (CO), dióxido de azufre (SO2), hidrocarburos no quemados, que actúan en
conjunto para formar una mezcla de compuestos en la capa inferior de la troposfera.
Generalmente estos precursores son causados por la quema de combustibles fósiles,
sobre todo por automóviles (Albanese y Cicchella, 2012).
El smog fotoquímico es el resultado de reacciones en cadena que, generalmente
conducen a la formación de ozono (O3) y algunos compuestos reactivos orgánicos.
Además de la contribución al smog fotoquímico, los óxidos de azufre (SOx) y los óxidos
de nitrógeno (NOx) también están implicados en la formación de lluvia acida, que es
el proceso por el cual estos gases reaccionan con el agua, oxígeno y otros productos
químicos en la atmósfera para la creación de varios compuestos químicos,
24
precipitando en forma de lluvia, nieve, niebla o rocío, con ácido sulfúrico diluido
(H2SO4) y ácido nítrico (HNO3) (Figura 6) (Menz y Seip, 2004). Esté efecto ha sido
observado en varios lugares del mundo y ha causado la corrosión en diversos edificios
y monumentos históricos.
5.4. Efecto halo urbano
Los desechos y las emisiones de las ciudades no son confinados en las mimas áreas
urbanas. Un cierto porcentaje de estos es transportado más allá de los límites urbanos.
La dispersión depende en gran medida de las características fisicoquímicas de los
compuestos de desecho, su volatilidad, solubilidad y su presentación en el medio
ambiente. Esta exportación de productos químicos a otras áreas, ha sido llamado el
efecto de halo urbano. Los productos pueden acabar incorporándose a la atmósfera o
al agua (Diamond y Hodge, 2007).
Figura 6. Modelo esquemático del problema medio ambiental del smog fotoquímico,
observado en las grandes ciudades. Muestra las reacciones que ocurren en la
atmósfera, dando lugar a un ambiente irritante, tóxico y nocivo. Recuperado de
http://cuidemos-el-planeta.blogspot.com.es/2010/11/que-es-el-smog-fotoquimico.html
25
El efecto de halo urbano se encuentra muy relacionado con el metabolismo actual de
las ciudades, conocido como metabolismo urbano, el cual es el intercambio de
materia, energía e información que se establece entre el asentamiento urbano y su
contexto geográfico. Este recambio orgánico ayuda a entender las mediaciones entre
los procesos sociales y materiales. El concepto de metabolismo urbano permite
determinar con precisión las exigencias regulares de agua, alimentos, materias
primas, gente y combustible y el posible impacto de su empleo en la biósfera. Así, las
ciudades son algo más que grandes edificaciones; son, además, inmensos
procesadores de alimentos, combustible y de todas las materias primas que nutren a
la civilización. Son enormes organismos de metabolismo complejo sin precedentes en
la naturaleza; son de naturaleza artificial, ya que concentran en un área pequeña
cantidades de alimentos, agua y materiales que son mucho mayores de lo que la
naturaleza es capaz de proveer; consecuentemente, el consumo de estos recursos
genera enormes cantidades de basura y agua residual, y del mismo modo que la
naturaleza no puede concentrar todos los recursos necesarios para hacer sostenible
la vida urbana, tampoco puede dispersar los desechos producidos. No obstante,
según su forma de relacionarse con la naturaleza, las ciudades se clasifican en:
a) Ciudades de metabolismo lineal: es un estilo de vida insostenible en el cual
consumimos una serie de recursos que posteriormente desechamos en nuestro
entorno. Por lo tanto, agotamos esos recursos y producimos una contaminación
ambiental (Figura 7) (Tibaijuka, 2007).
b) Ciudades de metabolismo circular: propuesto por Herbert Girander, este
modelo se basa en que gran parte de los residuos, del agua, de los alimentos,
de los combustibles y de los materiales que entran en las ciudades, sean
reutilizados o reciclados. El concepto de cerrar los ciclos de nutrientes, imitando
el funcionamiento de los ecosistemas naturales, puede ser aplicado a distintas
escalas, ejemplo de ello es la arquitectura verde en la cual se utilizan
tecnologías de reutilización de agua y generación de electricidad (Figura 8).
Actualmente, Estocolmo cuenta con un distrito Hammarby Sjöstad, que es la
mejor demostración práctica del concepto de metabolismo circular, esté distrito
fue pensado por los urbanistas desde un principio como un proyecto holístico;
cuenta con estufas que utilizan biogás extraído de las aguas residuales de la
comunidad, los autobuses que dan servicio en la zona también utilizan biogás
26
como combustible, los residuos sólidos son depositados en un sistema
subterráneo de recogida de basuras, que permite la separación eficiente de las
partes orgánicas y reciclables (Tibaijuka, 2007).
6.Remediación
Las diversas actividades para remediar los problemas del ambiente urbano
comenzaron sobre el año 400 a.C. cuando Hipócrates asoció la contaminación de la
Figura 7. Modelo esquemático del metabolismo lineal urbano. En el cual las
materias primas son desechas como recursos, esté es un modelo
completamente insostenible. Recuperado de (Tibaijuka, 2007).
Figura 8. Modelo esquemático del metabolismo circular urbano. En el cual las
materias primas son recicladas o reutilizadas, modelo esperado de una
ciudad urbana en el futuro. Recuperado de (Tibaijuka, 2007).
27
ciudad con la salud. No obstante, durante la última parte del siglo XIX los esfuerzos
de ingeniería civil fueron más notables. En ciudades como Londres se retiraron las
aguas negras de la ciudad y se proporcionó agua potable. Con el inicio de las
regulaciones ambientales en los años 1880 y la aparición del movimiento ambiental a
mediados de los años 1950-1970 comenzaron a crear políticas, leyes y cambios en
los comportamientos industriales (Lyons y Harmon, 2012).
Claramente, las áreas urbanas son sistemas complejos con muchos componentes,
sin embargo, para entender mejor los impactos de las ciudades sobre el medio
ambiente, es necesario que se vea desde una perspectiva no solo ambiental, sino
también desde el punto de vista social, económico y de la ingeniería, para que se
pueda mejorar la calidad de vida de las ciudades (Ludden et al., 2015). El diseño
urbano o planificación de la extensión urbana, juega un papel significativo en la futura
geoquímica urbana. El desarrollo de infraestructura, la protección de los espacios
verdes, los proyectos de transporte y las zonificaciones de la ciudad tienen
consecuencias importantes sobre la introducción, control y movilidad de un
contaminante. Teniendo en cuenta los desafíos presentes y futuros es necesario que
con un grupo de expertos se planee un desarrollo urbano realmente sostenible,
promoviendo el bienestar de los ecosistemas y de los seres humanos (Lyons y
Harmon, 2012).
La fijación de nuevas políticas en el ámbito ambiental es un problema de muchos de
los gobiernos ya que estas se deben de hacer desde un punto de vitas holístico, no
solo se trata del apoyo al conocimiento científico sino también de ofrecer soluciones.
El remedio ideal sería transformar las modalidades de desarrollo hacía un modelo
sostenible. Pero como esta utopía está aún bastante lejos, hay que tratar de avanzar
lo más posible con soluciones intermedias para modificar la tendencia actual. Lo ideal
sería lograr que las políticas ambientales implícitas en las políticas públicas fuesen de
signo positivo y contribuyesen así a una gestión del desarrollo ambientalmente
sostenible. Este logro, debería ser la condición esencial para estructurar el sistema
ambiental de un país (Altimir, 1997). En la actualidad, las políticas ambientales se
basan en los acuerdos internacionales ambientales. El principal acuerdo internacional
por el momento es la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio
Climático, que es uno de los instrumentos jurídicos adoptados en la cumbre de la
Tierra de Río de Janeiro en 1992; el cual se ratificó en 2015, con el Acuerdo de París
28
donde se establecieron medidas para la reducción de las emisiones de gases de
efecto invernadero, a través de la mitigación, adaptación y resiliencia de los
ecosistemas. Este acuerdo entrará en vigor en el 2020, cuando finalice la vigencia del
Protocolo de Kioto. Conforme al propio texto del instrumento internacional, tal como
se enumera en su Artículo 2, el acuerdo tiene como objetivo "reforzar la respuesta
mundial a la amenaza del cambio climático, en el contexto del desarrollo sostenible y
de los esfuerzos por erradicar la pobreza" para lo cual determina tres acciones
concretas:
a) Mantener el aumento de la temperatura media mundial muy por debajo de 2 °C
con respecto a los niveles preindustriales y proseguir los esfuerzos para limitar
ese aumento de la temperatura a 1.5 °C con respecto a los niveles
preindustriales, reconociendo que ello reduciría considerablemente los riesgos
y los efectos del cambio climático.
b) Aumentar la capacidad de adaptación a los efectos adversos del cambio
climático y promover la resiliencia al clima y un desarrollo con bajas emisiones
de gases de efecto invernadero, de un modo que no comprometa la producción
de alimentos;
c) Elevar las corrientes financieras a un nivel compatible con una trayectoria que
conduzca a un desarrollo resiliente al clima y con bajas emisiones de gases de
efecto invernadero.
Artículo 2. Acuerdo de París. Naciones Unidas
Las necesidades y los impactos ambientales de cada ciudad varían dependiendo de
sus características específicas como su geología, clima, cultura, actividades
antropogénicas, entre otros factores; por lo que la cantidad de recursos que exigen y
los desechos producidos no son los mismos. De ahí, que en la actualidad sean
desarrolladas diversas y modernas tecnologías, atendiendo a cada una de las
necesidades de cada ciudad (Lyons y Harmon, 2012).
Se podría decir que la conciencia de los problemas ambientales urbanos en la
actualidad es más alta que en el pasado, debido a las consecuencias que las mismas
poblaciones están viviendo, como la dificultad de respiración o la falta de espacios
sanos donde poder convivir. A esto es importante añadir los grandes esfuerzos que
29
las administraciones locales y nacionales han puesto en práctica en sus ciudades
mejorado así la manera en la que el ser humano convive con su entorno natural. Es
importante que se mantengan estos esfuerzos, mediante la educación ambiental, el
fomento de buenos hábitos de consumo, la movilidad en las grandes ciudades
incitando al uso de transporte público, las nuevas normativas de no contaminación
para las empresas, el empleo de tecnología verde y agricultura ecológica, puntos
limpios de la ciudad y, el reciclado y valorización de materiales de desecho (Ludden
et al., 2015).
7. Discusión
El objetivo inicial del trabajo era determinar los impactos geoquímicos de la
contaminación en el medio ambiente urbano, ya que las ciudades modernas se
encuentran afectadas por múltiples fuentes de contaminación cuyos efectos se
solapan en el tiempo y en el espacio, los diversos procesos a los cuales se enfrentan
las ciudades día con día son consecuencia de un crecimiento incontrolado de la
población urbana. Por este motivo, es necesario que se profundice más en el
conocimiento de la geoquímica de las ciudades y de los desafíos que estas afrontan.
Las ciudades del siglo XXI afrontan desafíos sin precedentes. Ahora deben adaptarse,
no sólo a la compleja dinámica urbana, como la gran densidad demográfica y el
crecimiento exponencial de establecimientos irregulares, sino también a los desastres
naturales que ocurren debido al cambio climático global. Pero a pesar de esto se
cuenta con un mayor avance en el conocimiento científico y en la tecnología por lo
que es necesario un redoble de esfuerzos en temas ambientales (Lyons y Harmon,
2012).
Haciendo alusión al crecimiento incontrolado de la población urbana, se encontró
durante el estudio que el hombre se ha apropiado de más de un 30% de la
productividad primaria neta del planeta. Así mismo se logró determinar que la
humanidad es causante de la presencia de múltiples sustancias tóxicas en el medio
ambiente, por ejemplo los clorofluorocarbonos que actúan sobre el ozono rompiendo
nuestra capa protectora de los rayos ultravioleta, las grandes emisiones de gases de
efecto invernadero como el dióxido de carbono (CO2) y el metano (CH4) que cada día
van aumentando, o la cantidad de dióxido de azufre liberado a la atmósfera por la
combustión de carbón y petróleo; provocando lluvias ácidas y daños en la salud
30
humana. Todos estos efectos demuestran que las poblaciones urbanas están
generando grandes impactos sobre el medio ambiente, modificando así la geoquímica
natural (Bain et al., 2012).
Los hallazgos de esté estudio son consistentes en que la mayoría de las zonas
urbanizadas contaminan los medios adyacentes a estas, sin embargo, muchas
ciudades, incluso algunas de las más contaminadas, no recogen información ni
notifican sus datos acerca de su calidad atmosférica, la del agua o la del suelo. Por lo
tanto, es difícil comparar las ciudades en función de los niveles de contaminación que
mantienen. Katherine Kornei publicó en la revista Science (2017) algunas de las
ciudades con peor calidad del mundo entre las cuales se encontraban: Beijing,
Karachi, Los Ángeles y París, según un análisis de los cuatro gases principales
asociados con la contaminación del aire: amoniaco, ácido fórmico, metanol y el ozono.
Estos nuevos hallazgos brindan herramientas a los científicos para que logren
entender mejor cómo la geografía y otras condiciones locales desempeñan un papel
importante en la determinación de la calidad del aire, para poder proteger a las
poblaciones de los impactos negativos a la salud y a los ecosistemas (El Universal,
2017).
Karen Cady-Pereira, que trabaja en una consultoría sobre Investigación Atmosférica
y Ambiental, en Lexington (Massachusetts) decidió utilizar un satélite para estudiar la
contaminación del aire en 18 megaciudades o áreas metropolitanas con más de 10
millones de habitantes. Desde 2013, ella y su equipo han medido los niveles de
amoníaco, ácido fórmico, metanol, y el ozono con un instrumento llamado
espectrómetro de emisión troposférica a bordo del satélite Aura de la NASA, que
estudia la atmósfera de la Tierra. Aura pasa sobre cada megaciudad cada 16 días
aproximadamente a la misma hora local. Esto es una cuestión importante, puesto que
la calidad del aire varía en el transcurso de un día. El equipo ha encontrado que
Karachi (Pakistán) es la ciudad más contaminada por ozono, ya que un tercio de las
muestras tomadas superan los límites máximos permisibles. Cuando se trata de
amoníaco, un gas que ayuda a formar partículas en el aire que pueden desencadenar
la enfermedad pulmonar, las ciudades que destacan son: Calcuta (India) con un,
47.1%. Dacca (Bangladesh) con un 51.6% y Nueva Delhi con 73.5% todas ellos por
encima del umbral “perjudicial”. El amoníaco, que proviene de los excrementos del
31
ganado y fertilizantes, es más común en ciudades rodeadas de mucha actividad
agrícola (El Universal, 2017).
El Instituto Blacksmith, es una organización no gubernamental que monitorea la
contaminación de algunas de las ciudades, en el 2013 realizó una lista de los países
más contaminados del mundo entre los que figuran (Blacksmith Institute, 2013):
1. Agbogbloshie, Ghana
2. Chernóbil, Ucrania
3. Río Citarum, Indonesia
4. Dzerzhinsk, Rusia
5. Hazaribagh, Bangladesh
6. Kabwe, Zambia
7. Kalimantan, Indonesia
8. Matanza Riachuelo, Argentina
9. Delta del Níger, Nigeria
10. Norilsk, Russia
Figura 9. Ciudades más contaminadas del mundo según estudió elaborado en el 2014
con partículas menores a 2.5 micrómetros. Recuperado de Infobae con datos de
Ambient Air Pollution Database, OMS (2014).
32
En comparación con la figura 9, se puede percibir cierta discrepancia entre las
ciudades más contaminadas, esto puede deberse a las fuentes tomadas para los
estudios, a discrepancias entre las fechas de publicación, a contaminantes elegidos
para elaborar los informes, o a que, como se mencionó anteriormente muchos de los
países no dan a conocer sus límites de contaminación por lo que no se puede contar
con un dato específico o preciso sobre todas las urbes del mundo.
Desde los orígenes de la Revolución industrial, el desarrollo del progreso técnico
contribuyó a facilitar la vida del hombre y a mejorar la productividad del trabajo. En
contrapartida, el Planeta se resiente. Los menos optimistas creen que es imposible
una vida de facilidades para el hombre sin sufrir los estragos del daño al planeta; sin
embargo, existen ciudades que son muestra clara de que es posible lograr lo contrario,
una ciudad moderna y capaz de albergar a millones de personas mientras se mantiene
sin contaminación, aumentando radicalmente el nivel de vida (Figura 10). Existen
diversas alternativas para mantener la geoquímica urbana en equilibrio con la
geoquímica del medio ambiente. La planificación de extensión urbana; el desarrollo
de infraestructura, la protección de los espacios verdes, y los proyectos para el
transporte tienen consecuencias importantes sobre la introducción y control de un
contaminante. Según Filippelli et al., (2012), el trazar un mapa geoquímico a escala
urbana, es un instrumento primordial para la comprensión de la distribución de
contaminantes, sobre todo en el suelo. Los objetivos principales son determinar la
abundancia de elementos tóxicos e identificar áreas con valores de concentración que
exceden los límites máximos permisibles; en tales áreas, es necesario evaluar los
riesgos en la salud humana y comenzar la recuperación o remediación del lugar.
Como posibles líneas de estudio entorno a la geoquímica ambiental urbana se puede
tomar el caso del estudio aplicado en Londres el cual se centra en la contaminación
ambiental causada por la contaminación urbana, haciendo un análisis exhaustivo del
impacto de los contaminantes en la atmósfera, suelo y agua, ofreciendo posibles
soluciones y cambios en las políticas del país, de las empresas y cambios en los
hábitos de las personas (Ludden et al., 2015). En América del norte también se está
trabajando en varios campos de estudio para observar la dinámica de los ambientes
urbanos y como estos afectan a la salud de las personas y la integridad de los
ecosistemas. Ambos países son pioneros en la geoquímica urbana ya que ven la
geoquímica desde un punto de vista holístico, considerando las características
33
específicas de la ciudad, los aspectos geológicos, medio ambientales, económicos y
sociales, generan propuestas para la disminución de sus emisiones atmosféricas,
crean nuevas tecnologías más limpias y agradables con el medio ambiente y ofrecen
nuevos tratados o políticas ambientales no solo a nivel local sino a nivel mundial.
Los resultados del trabajo, coinciden con las propuestas realizadas por Ludden et al.
(2015), las cuales manifiestan que las áreas urbanas se convierten cada vez más en
una plataforma para la investigación científica, la cual necesita de muchos
investigadores para la reunión suficiente de pruebas y procesos para lograr proponer
soluciones a los problemas de diversidad biológica, a la conservación de los recursos
naturales, estudios de suelo contaminados, planificación de la zona urbana y rural y
como los ambientes contaminados afectan la salud de las personas.
Sin embargo, los hallazgos de este estudio no apoyan completamente las
conclusiones obtenidas en anteriores investigaciones, ejemplo las obtenidas en la
investigación de Albanese y Cicchella (2012), en la que mencionan que
lamentablemente, los habitantes urbanos aún no perciben que el empeoramiento de
las condiciones ambientales es por su propio comportamiento. A pesar de que ellos
puedan quejarse de la degradación del medio ambiente, los ciudadanos urbanos no
actúan para reducir su contribución a la contaminación, no reducen su consumo de
Figura 10. Ciudades menos contaminadas del mundo según estudió elaborado en el
2014 con partículas menores a 2.5 micrómetros. Recuperado de Infobae con datos de
Ambient Air Pollution Database, OMS (2014).
34
energía, no utilizan medidas de reciclado o de reutilización, no limitan el empleo de
automóviles, entre otras acciones.
Con la investigación queda claro que es necesario que se llegue a un acuerdo entre
las actividades antropogénicas y el medio ambiente, o el desarrollo y conservación de
la naturaleza en las ciudades. Esto básicamente se hace mediante la introducción de
zonas verdes y espacios libres en las zonas urbanas. No cabe duda que se está
trabajando cada vez más entre la ciencia y la política para obtener una mejor calidad
de vida para las poblaciones urbanas. Sin embargo, es necesario que se haga un
esfuerzo más grande, una reforma en políticas, apoyo a nuevas tecnologías verdes,
aumento de la educación ambiental para así poder crear un cambio en la manera de
actuar de las poblaciones urbanas incrementando la responsabilidad y respeto hacia
el medio que nos rodea, logrando así que la geoquímica urbana tenga un sentido y
aplicación real más allá de la obtención y suministro de datos (Lyons y Harmon, 2012).
De acuerdo a los resultados de la investigación se confirma que la geoquímica trae
consigo diversas ventajas para garantizar un desarrollo sostenible. Es importante que
se conozcan las bases geoquímicas, las aplicaciones y principios de cada elemento
ya que estos parámetros nos indicarán los mecanismos de dispersión, la
concentración y los parámetros correctos para poder mantener un balance
geoquímico a escala mundial. Cuanto más se conozca acerca de la geoquímica y su
dinámica se podrán crear proyectos con una exploración más limpia, mejores
estrategias de extracción y técnicas de remediación más amigables con el medio
ambiente.
8. Conclusiones
Con el aumento de la población urbana en los últimos años, es posible concluir que la
contaminación urbana es un problema actual que tiene impactos geoquímicos sobre
las ciudades; originados de manera natural o antropogénica y generando así diversos
impactos en la hidrosfera y atmósfera de las ciudades, así como en los ecosistemas
aledaños. Por este motivo, es necesario que se profundice más en el conocimiento de
la geoquímica de las ciudades y que se busquen soluciones a los desafíos
biogeoquímicos urbanos presentes y futuros. Para lograr esto es necesario que se
trabaje con un grupo multidisciplinar, integrado de científicos y biofísicos, ingenieros,
35
planificadores urbanos, y fabricantes de política para desarrollar un crecimiento
sostenible urbano y promover el ecosistema y el bienestar humano.
La diversificación de las fuentes contaminantes, así como los variados procesos que
se producen en el mismo tiempo y espacio en el medio ambiente urbano, son cada
vez más resentidos por nuestro Planeta, obligándonos a que como sociedad se
comience a tomar conciencia sobre la problemática ambiental, realizando pequeños
cambios en nuestro estilo de vida y exigiendo a nuestros gobernantes que se
incorporen principios de sostenimiento ecológico, social, cultural y económico en las
políticas para poder mejorar nuestra calidad ambiental y por ende nuestra salud.
Con el presente análisis se demuestra el importante papel de la geoquímica urbana
en la actualidad, usando esta disciplina como una herramienta que nos lleve a
entender el medio ambiente urbano y sus interacciones con la naturaleza, así como el
apoyo en la toma de decisiones y aporte de soluciones a los problemas ambientales
de las ciudades, para poco a poco lograr planificar y crear ciudades sostenibles.
9.Bibliografía
Albanese S (2008). Evaluation of the bioavailability of potentially harmful elements in
urban soils through ammonium acetate–EDTA extraction: a case study in southern
Italy. Geochemistry: Exploration, Environment, Analysis 8: 49-57.
Albanese S, Breward N (2011). Sources of anthropogenic contaminants in the urban
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Chemical Environment of Urban Areas. John Wiley & Sons Ltd, Oxford, pp 116-127.
Albanese, S y Cicchella, D. (2012). Legacy problems in urban geochemistry. Elements
8: 423-428.
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