Exchange and partitioning of persistent organic pollutants (pops) between the atmosphere and terrestrial compartments

Résumé

Los contaminantes orgánicos persistentes (COPs) se originan principalmente debido a actividades antropogénicas, aunque podrían existir también entradas biogénica de algunos hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAHs) en los ecosistemas. Todos estos compuestos plantean una gran preocupación en nuestra sociedad debido a la gran capacidad que tienen para dispersarse a lo largo de todo el globo terráqueo y acumularse en los organismos vivos y en los ecosistemas, donde causan efectos tóxicos, incluso en dosis relativamente bajas debido a una exposición prolongada. El destino ambiental de estos contaminantes depende de sus propiedades físico-químicas, parámetros medioambientales, y procesos de intercambio difusivos, que condicionarán su distribución a nivel regional y global. El objetivo de esta tesis ha sido el diseñar y validar un muestreador de fugacidad capaz de muestrear el aire equilibrado con el suelo superficial (fugacidad del suelo) y por lo tanto adecuado para la determinación in-situ de los coeficientes de partición suelo-aire y la determinación de las fugacidades en el suelo de PCBs, OCPs y PAHs en condiciones de campo. Dicho muestreador se ha aplicado para estudiar el intercambio y compartimentación aire-suelo de PCBs, PAHs y OCPs en ecosistemas templados de la Cuenca del río Ebro (España) y norte de Inglaterra, así como en regiones polares como en la Península Antártida. Esto cubre una importante carencia en la literatura actual, lo cual ayudará al estudio de los procesos y parámetros implicados en la distribución de POPs a nivel regional y a gran escala en los compartimentos terrestres. Este estudio se ha llevado a cabo dentro del marco del proyecto europeo AQUATERRA, y del proyecto ATOS, financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación, como parte de las actividades programadas dentro del Año Polar Internacional. Las propiedades del suelo y vegetación, junto con los parámetros medioambientales y las propiedades físico-químicas de los compuestos fueron claves para el estudio de la acumulación de COPs en el suelo, su presencia en la atmósfera, y en su compartimentación entre el suelo y la atmósfera. Entre los parámetros que afectaron a las concentraciones de COPs en el suelo y en las medidas de fugacidad del suelo, se observó que la cantidad de materia orgánica fue muy importante para el almacenamiento de todos los COPs estudiados y en la magnitud del suelo de actuar como una fuente secundaria de contaminantes, retardando su re-emisión a la atmósfera, especialmente para PCBs y HCHs en ambas zonas (templadas y polares) estudiadas. Algunos COPs también se vieron afectados por el tipo de materia orgánica presente en el suelo. El papel que juegan los lípidos afectando en la acumulación de COPs en la vegetación antártica también se estudió. En cuanto a los parámetros ambientales, la temperatura fue un factor clave influyendo en la constante de partición suelo-aire, y en el intercambio de PCBs, PAHs y OCPs en zonas templadas y polares. Los resultados del estudio del intercambio de contaminantes en los diferentes ecosistemas templados estudiados mediante los gradientes de fugacidad sugirió que los suelos de la Península Ibérica están empezando a comportarse como importantes fuentes secundarias de PCBs, OCPs y PAHs a la atmósfera, estando dichas concentraciones atmosféricas controladas por las remisiones desde el suelo. Por el contrario, aquellas regiones donde los valores de KSA fueron más elevados debido al contenido de materia orgánica y más bajas temperaturas, como las zonas del Reino Unido, estos suelos actuarán todavía como sumidero neto de ciertos PCBs y OCPs, y necesitarán más tiempo para convertirse en importantes fuentes secundarias. El comportamiento ubicuo encontrado en los gradientes de fugacidad para fenantreno y sus derivados, tanto en zonas polares como templadas, sugiere una posible entrada biogénica en los suelos, que podría provenir de la descomposición de materia orgánica o incluso de una síntesis microbiana, aunque este hecho no se ha podido elucidar en esta tesis y son necesarios más estudios al respecto. Aparte de transporte a larga distancia de contaminantes orgánicos persistentes, las actividades antropogénicas, migraciones de contaminantes mediados por fauna antártica (pingüinos, etc.), los procesos de intercambio aire-superfice (suelo, nieve, vegetación) contribuyen también a la presencia de contaminantes en la Antártida, ya que se ha observado una re-mobilización de éstos en el entorno en el entorno de la Península Antártica influenciado por la temperatura y cantidad de materia orgánica. En un escenario dominado por el cambio climático, lo que significa cambios en la temperatura, materia orgánica del suelo, extensión de superficie de vegetación, etc, los resultados obtenidos muestran que futuros cambios en la temperatura y los cambios inducidos por procesos biogeoquímicos, debido a cambios en la cubierta vegetal, cambios en la materia orgánica etc, influirán notablemente en el impacto de estos contaminantes persistentes en el medio antártico.