Fundamentos de Ingeniería Ambiental Universidad Iberoamericana Felipe Neri Rodríguez Casasola

Definiciones generales Medio: Materia que envuelve a los seres vivos, condicionando los fenómenos naturales que ocurren en su seno. Ambiente: Conjunto de elementos fisicoquímicos y biológicos del medio y de las relaciones que se establecen entre ellos. Medio ambiente: La naturaleza física que envuelve a los organismos caracterizada por el conjunto de los elementos que la conforman y por las relaciones que se establecen en ellos. Según La Real Academia de Ciencias : el conjunto de las condiciones externas que condicionan un sistema Según La Conferencia de las Naciones Unidas : el conjunto de componentes físicos, químicos y biológicos y de factores sociales capaces de causar efectos directos o indirectos, en un plazo corto o largo sobre los seres vivos y las actividades humanas. CONSTITUYENTES La Ecosfera es la parte de la Tierra donde existe vida sin apoyo artificial. Está formada por cuatro sistemas: Atmósfera : Protege a la Tierra del exceso de radiación UV. La troposfera (de 0 a 10 Kms) es una mezcla gaseosa (AIRE ) Hidrosfera :Está constituida por : 97 % océanos; 2 % hielo y 1 % Agua dulce de los ríos, lagos, aguas subterraneas y humedad atmosférica y del suelo Geosfera : el Suelo, el manto que sustenta la vida terrestre, es el producto del clima, de la roca madre, de las rocas sedimentarias y de la vegetación Biosfera : Contiene numerosos ecosistemas complejos que colectivamente contienen todos organismos vivientes del planeta

Problemas ambientales globales EFECTO INVERNADERO El aumento del CO2 en la atmósfera (debido al uso de combustibles fósiles) impide que la radiación de onda larga escape al espacio exterior y aumenta la temperatura global de la tierra. LLUVIA ACIDA Se debe a la emisión de SO2 y NxOy a la atmósfera y su interacción con la luz del sol, la humedad y los oxidantes produciéndose H2SO4 y HNO3 que caen a tierra arrastrados por la lluvia . DESTRUCCIÓN DE LA CAPA DE OZONO La capa de ozono se encuentra a 40 Km. de altitud sobre el nivel del mar y protege de la radiación UV. Se ve afectada por el uso de cloroflurocarbonos (CFC). El Cl2, producto secundario de los CFC ataca al O3 formando ClO, este reacciona con O atómico para formar O2, liberando Cl2 que descomponen mas moléculas de O3 . CONTAMINACION -Por hidrocarburos clorados : El uso como pesticidas sintéticos derivados de los hidrocarburos clorados (DDT, PCB, TCDD, ect) tiene efectos desastrosos para el medio ambiente por ser muy persistentes y resistentes a la degradación biológica. -Por sustancias tóxicas : Productos químicos sintéticos que pasan al medio ambiente y persisten durante largos periodos de tiempo. Por radiación: Pequeñas cantidades de residuos nucleares liberados de las centrales nucleares al agua y a la atmósfera. RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS DEGRADACIÓN Y EROSIÓN DEL SUELO DEMANDA DE AGUA Y AIRE PERDIDA DE BIODIVERSIDAD

Contaminación ambiental Contaminación significa la introducción por el hombre directa o indirectamente de sustancias o energía dentro del medio ambiente, que como consecuencia producen efectos nocivos o perjudiciales de tal naturaleza que pueden poner en peligro la salud humana, dañar los recursos naturales o interferir con otros usos atractivos y legítimos del medio ambiente. La forma de contaminar se ajusta a tres casos - Introducción de sustancias o condiciones que el medio no conocía antes. - Aumento de sustancias o condiciones que existiendo en el medio, estaban en concentraciones o valores mucho menores que tras la contaminación - Vertido de sustancias altamente tóxicas o reactivas.

Los problemas de contaminación ambiental Etapas en el control de un problema de contaminación 1.- Reconocimiento del problema 2.- Control para determinar la extensión del problema 3.- Determinación de procedimientos de control 4.- Legislación para asegurar que los proceso de control son ejecutados. 5.- Monitorizar para asegurar que el problema ha sido controlado. En la contaminación existe: 1.- Fuente de producción del contaminante 2.- La sustancia o las sustancias contaminantes 3.- Medio de Transporte (agua, aire) 4.- Los receptores (ecosistemas, organismos individua-les y estructuras

Clasificación de los contaminantes CLASIFICACION 1.-Como se forman : primarios y secundarios 2.-Fuente emisora : natural y antropogénica 3.-Distribución en el espacio : puntual , lineal y plana

Emisión de contaminantes A LA ATMOSFERA Los contaminantes atmosféricos primarios mas frecuentes son los siguientes: Aerosoles, óxidos de azufre (SOx), CO, Óxidos de Nitrógeno (NOx), Hidrocarburos (CmHn) y CO2. En zonas mas localizadas se pueden encontrar otros menos frecuentes como: Otros derivados de azufre, Halógenos y derivados, Arsénico, Compuestos orgánicos, Partículas de metales pesados y ligeros , Partículas de sustancias minerales y sustancias radioactivas. CONTAMINANTES PRIMARIOS : 1.-En función de la fuente emisora: A) Naturales : Erosión, Incendios forestales y Volcanes; B) Artificiales : Móviles y Fijas 2.- En función del sector que origina la emisión: A) La siderurgia ;B) Refinerias y C) Industrias químicas CONTAMINANTES SECUNDARIOS Efectos: a) Contaminación fotoquímica ; b) Acidificación del medio; c) Efecto invernadero y d) Disminución del espesor de la capa de ozono A LA HIDROSFERA Fuentes naturales : Muy dispersas y no provocan concentraciones altas de contaminación excepto en algunos lugares concretos Fuentes de origen humano: Son las mas importantes siendo los focos de emisión: a) La Industria ; b) Vertidos urbanos; c) Navegación y d) Agricultura y ganadería A LA GEOSFERA Proceden de la actuación antropogénica Los principales son: a) Metales pesados ;b) Emisiones ácidas atmosféricas; c) Agua de riego salina y d) Productos fitosanitarios Efectos : a) Contaminación de aguas; b) Contaminación de los sedimentos de los ríos y c) Utilización de agua contaminada para abastecimientos

Flujos de masa y energía en los ecosistemas El flujo de energía en el ecosistema es abierto, puesto que, al ser utilizada en el seno de los niveles tróficos para el mantenimiento de las funciones propias de los seres vivos, se degrada y disipa en forma de calor (respiración). En cambio, el flujo de materia es, en gran medida, cerrado ya que los nutrientes son reciclados cuando la materia orgánica del suelo (restos, deyecciones,...) es transformada por los descomponedores en moléculas orgánicas o inorgánicas que, bien son nuevos nutrientes o bien se incorporan a nuevas cadenas tróficas.

Ciclo global El funcionamiento ecológico en la tierra, desde el punto de vista de la materia, se puede considerar como un sistema cerrado y de este concepto se derivan los ciclos ecológicos (hidrológico, geológico y biogeoquímicos), los cuales permiten la disposición repetida de los elementos finitos, transformándolos y circulándolos a través de: la atmósfera, la hidrosfera, la litosfera y la BIOSFERA. Los cuatro elementos básicos representados son: el Aire; la atmósfera como reservorio de nutrientes y elemento clave en los procesos determinantes del clima. el Agua, fuente fundamental de la vida la Vegetación como elemento productor primario de las cadenas tróficas y, por extensión, la globalidad de seres vivientes el Suelo y el sustrato en general, como sostén de la vida

Ciclos biogeoquímicos Los elementos más importantes que forman parte de la materia viva están presentes en la atmósfera, hidrosfera y geósfera y son incorporados por los seres vivos a sus tejidos. De esta manera, siguen un ciclo biogeoquímico que tiene una zona abiótica y una zona biótica. La primera suele contener grandes cantidades de elementos biogeoquímicos pero el flujo de los mismos es lento, tienen largos tiempos de residencia. En cambio, el flujo a través de la parte biótica del ciclo es rápido pero hay poca cantidad de tales sustancias formando parte de los seres vivos.

Ciclo hidrológico

Ciclo hidrológico

Podemos pensar el ciclo hidrológico como una serie de reservas, o áreas de almacenamiento, y una serie de procesos que causan que el agua se mueva entre estas reservas. Las reservas más grande, de lejos, son los océanos, que contienen aproximadamente un 97% del agua de la Tierra. El 3% restante es el agua dulce, tan importante para nuestra sobrevivencia. De ésta, aproximadamente 78% está almacenada en la Antártica y en Groenlandia. Aproximadamente 21% de agua dulce en la Tierra es agua almacenada en sedimentos y rocas debajo de la superficie de la tierra. El agua dulce que vemos en los ríos, arroyos, lagos y en la lluvia constituye menos del 1% del agua dulce de la Tierra y menos que el 0.1% de toda el agua de la Tierra.

Depósito Tiempo medio de residencia Glaciares 20 a 100 años Nieve estacional 2 a 6 meses Humedad del suelo 1 a 2 meses Agua subterránea: somera 100 a 200 años Agua subterránea: profunda 10.000 años lagos 50 a 100 años Ríos

Ciclo del carbón Los organismos productores terrestres obtienen el dióxido de carbono de la atmósfera durante el proceso de la fotosíntesis para transformarlo en compuestos orgánicos como la glucosa, y los productores acuáticos lo utilizan disuelto en el agua en forma de bicarbonato (HCO3-). Los consumidores se alimentan de las plantas, así el carbono pasa a formar parte de ellos, en forma de proteínas, grasas, hidratos de carbono, etc. En el proceso de la respiración aeróbica, se utiliza la glucosa como combustible y es degradada, liberándose el carbono en forma de CO2 a la atmósfera. Por tanto en cada nivel trófico de la cadena alimentaría, el carbono regresa a la atmósfera o al agua como resultado de la respiración. Los desechos del metabolismo de las plantas y animales, así como los restos de organismos muertos, se descomponen por la acción de ciertos hongos y bacterias, durante dicho proceso de descomposición también se desprende CO2. Las erupciones volcánicas son una fuente de carbono, durante dichos procesos el carbono de la corteza terrestre que forma parte de las rocas y minerales es liberado a la atmósfera. En capas profundas de la corteza continental así como en la corteza oceánica el carbono contribuye a la formación de combustibles fósiles, como es el caso del petróleo. Este compuesto se ha formado por la acumulación de restos de organismos que vivieron hace miles de años.

Bióxido de Carbono en Aire (CO2) ENERGIA SOLAR Bióxido de Carbono en Aire (CO2) Respiración Vegetal Incendios Carbono fijado fotosinteticamente a la biomasa vegetal CO2 se disuelve en el agua y se fija fotosinteticamente en la biomasa de algas y plancton Respiración celular por animales, plantas y descomposición Alimento de Heterótrofos Sedimentación de Biomasa Transformación en carbón, petróleo y gas Millones de años Crustáceos Carbono fijado como carbonato de calcio en los crustáceos (piedra calcárea) Combustión de combustibles fósiles Millones de Años Vulcanismo

Descarga de efluentes sucios Contaminación de vías pluviales Depósito Mineral Fertilizantes químicos (nutrientes) Cultivos Humanos Descarga de efluentes sucios Rellenos Sanitarios Basureros Uso Humano Productos Manufacturados Aniquila Contaminación de vías pluviales Descarga de Residuos Industriales

Características de los Ecosistemas Sustentables Reciclaje de los elementos del ecosistema Luz solar como fuente de energía El tamaño de la población de consumidores se mantiene de manera que no abusen del ecosistema Mantenimiento de la Biodiversidad

Lixiviación Ciudad Químicos para uso Agrícola Drenaje sanitario Lluvia Acida Contaminación del Aire Planta de Tratamiento de agua Ciudad Aviación Químicos para uso Agrícola Drenaje sanitario Químicos para uso comercial o doméstico Basurero Lixiviación Manto Freático Contaminación del Agua Arrastre

Mapa de la evolución de la temperatura media anual del aire en los últimos de 50 años (1956-2005) según un ajuste de la tendencia. Son mediciones de termómetros de superficie. Se observa que el calentamiento más importante se ha registrado en Siberia, Alaska y la Península de la Antártida