II. REVISIÓN DE LITERATURA
2.5. Interpretación de datos de calidad de agua de niebla
Existen diferentes análisis que han sido utilizados en diferentes estudios respecto a la calidad del agua de niebla. Aquí se presenta una recopilación de estos análisis:
2.5.1. Comparación de la calidad del agua de niebla con las normativas
ambientales nacionales
Las normativas ambientales para evaluar la calidad del agua pueden ser utilizadas para indicar la existencia o ausencia de contaminación en la niebla, como fuente de agua. A pesar que no existan estándares específicos para la calidad del agua de niebla, en Perú existen los Estándares Nacionales de Calidad Ambiental de Agua, DS 015-2015-MINAM, con los cuales es posible hacer una comparación con la calidad del agua captada de la niebla.
2.5.2. Porcentaje de diferencia en el balance iónico
Este análisis se realiza al calcular las sumas de las concentraciones de los aniones y las concentraciones de los cationes (ambos en µeq/L). La sumatoria de los aniones debe ser igual que la sumatoria de los cationes; de este modo, se cumple la condición de neutralidad eléctrica del agua (Beiderwieden et al., 2005).
Del balance iónico, se obtiene el Porcentaje de Diferencia en el Balance Iónico (PDI) (Błaś et al. 2010), el cual es calculado con esta expresión:
PDI =Conc. aniones − Conc. cationes
Conc. aniones + Conc. cationes x 100%
Se considera un correcto análisis cuando el PDI se encuentre entre -25.8 y 10.4 (Yue et al., 2012).
Otro estudio considera un correcto análisis cuando el rango de valores del cociente entre la sumatoria de cationes sobre la sumatoria de aniones (Σ [cationes]/Σ [aniones]) está entre 0.833 y 1.20 (Adzuhata et al., 2001).
La presencia de más cationes que aniones en el balance iónico puede indicar la presencia de aniones no identificados en el estudio, provenientes de compuestos orgánicos e inorgánicos, no acostumbrados a ser considerados en estos estudios, tales como carbonatos, nitratos,
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acetatos, formatos y otros (Yue et al., 2012). Por otro lado, los compuestos no reconocidos ante una predominancia de cationes pueden ser sales de ácidos orgánicos no analizados, que pudieron incorporarse a las muestras, tales como sales de sodio y potasio (Adzuhata et al., 2001). Entre estos ácidos pueden citarse al ácido metanosulfónico (MSA), producto de la oxidación en la atmósfera del sulfuro de dimetilo proveniente del mar; otros son el ácido fórmico, el ácido acético (ambos productos de la oxidación atmosférica de los hidrocarburos emitidos por las plantas), y en aquellas muestras donde su pH es cercano a 5.0, el carbonato ácido (Sanhueza et al., 1996; citados por Vásquez et al., 2012).
Los bosques tropicales constituyen una importante fuente natural de emisión de compuestos orgánicos volátiles (COV’s), que conducen a la formación de ácidos orgánicos; además, las emisiones de COV’s varían considerablemente con la estación del año, con las especies de plantas y con la hora del día (Padhy y Varshney, 2005).
No obstante, como mencionó Cardona, en el «Curso Internacional de Hidrogeoquímica Ambiental» (2015), para realizar el balance iónico, se deben considerar las concentraciones de los elementos y compuestos disueltos en el agua, así como los coeficientes de actividad de las especies químicas presentes en el agua. Este mismo autor menciona, que el uso de los coeficientes de actividad se justifica en el hecho que las aguas naturales son electrolíticas, en otras palabras, presentan iones en su composición. Estos iones interaccionan con diferentes compuestos existentes en el agua. Por esto, no todos los iones participan en las reacciones químicas que se pueden dar. Así, se establecen los coeficientes de actividad, los cuales son una corrección en las concentraciones de iones para las soluciones no ideales, como las aguas naturales.
Finalmente, el mismo autor menciona que, si bien los cálculos para determinar los coeficientes de actividad de las especies iónicas en el agua pueden ser arduos para realizar, existen programas computacionales que pueden realizar estos cálculos rápidamente, tomando como entrada las concentraciones disueltas de los elementos y compuestos químicos del agua, así como su pH y su potencial de óxido reducción. Un ejemplo de estos programas es el PHREEQC.
PHREEQC es un programa computacional escrito en lenguaje de programación C y C++, diseñado para realizar una gran variedad de cálculos geoquímicos. Así, en su versión actual,
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PHREEQC versión 3, puede realizar cálculos de balance iónico, considerando la especiación química, entre otros cálculos de calidad de agua (Parkhurst y Appelo, 2013).
2.5.3. Índice pAi
El índice pAi, propuesto por Hara et al. (1995), indica el valor hipotético del pH del agua de niebla, si solo se considerara a los ácidos sulfúrico y nítrico como generadores de acidez, y que, además, los efectos de neutralización en el agua de niebla sean nulos. Este índice se calcula del siguiente modo:
pAi = − log [[SO42−
nss] + [NO3−niebla]]
Mientras el pAi solo representa componentes acidificantes de la niebla, el pH es determinado por el balance entre componentes acidificantes y neutralizadores (Sasakawa y Uematsu, 2002).
El término «Xnss» es la concentración de las sales no marinas (non sea salt) de la especie
química «X». Estas son aquellas concentraciones, del total de la concentración de un determinado componente en el agua de niebla, que no provienen del agua de mar. Estas concentraciones se determinan usando como referencia la concentración de sodio en el agua de mar y de niebla, y luego emplear la siguiente fórmula (Watanabe et al., 2010):
Xnss = [Xniebla] − ( [X] [Na+])
agua de mar
x [Na+niebla]
En esa expresión, «[X niebla]» es la concentración de la especie de interés en la muestra de
estudio, ( [X]
[Na+])
agua de mar
es la relación de concentración de la especie de interés y la concentración de Na+ en el agua de mar; por último, [Na+niebla] es la concentración de Na+
determinada en la muestra de agua de niebla.
De este modo, el cálculo del nivel de sulfato no marino ([SO42-nss]) se calcula con la siguiente
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[SO42−nss] = [SO42−niebla] − ([SO42−] [Na⁄ +])
mar x [Na+niebla]
2.5.4. Coeficientes químicos de calidad de agua de niebla
Los coeficientes químicos de calidad del agua de niebla (Yue et al., 2012), provienen de la división de las concentraciones de algunos componentes químicos del agua de niebla, la cual muestra una característica del agua de niebla captada.
Los coeficientes o ratios de sales marinas son calculados con el fin de determinar la contribución marina en la composición del agua atmosférica. En estos ratios, se considera al sodio como el trazador del agua marina, asumiendo que todo el sodio proviene del mar (Al- Khashman, 2009). Estos ratios pueden ser aplicables para el agua de la lluvia como para el agua de niebla. Así, estos ratios, al compararse con los ratios del mar, pueden indicar una modificación en los constituyentes del agua de mar, a lo largo de la trayectoria de las masas de aire que se transportan del océano. Así, si los ratios Cl−/Na+, K+/Na+, Mg2+/Na+, Ca2+/Na+ y SO42−/Na+ son elevados, indican una posible contribución de otras fuentes de componentes
químicos al agua (Al-Khashman, 2009).
El ratio de (SO42-/Na+) mar es de 0.12, según Keene et al. (1986); citados por Yue et al.,
(2012). Así también, estos autores mencionan que el ratio de (Ca2+/Na+) mar es 0.044.
2.5.5. Coeficientes de correlación de Pearson
Los coeficientes de correlación entre los diferentes componentes químicos de las muestras de agua de niebla pueden identificar si los componentes proceden de la misma fuente (Yue et al., 2012). De este modo, el análisis de correlación de Pearson ayuda a determinar las posibles fuentes de emisión de los componentes iónicos del agua de niebla (Vásquez et al., 2012).
Como criterio para determinar si existe alta correlación entre los parámetros analizados, se sugiere un valor superior a 0.70 o inferior a -0.70 en el coeficiente de correlación (Safai et al., 2004).
La alta correlación entre NO3- y SO42- puede hacer suponer que estos dos compuestos
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En el estudio de Yue et al. (2012) en una isla del Mar del sur de China, se observó que existe una alta correlación entre la conductividad eléctrica e iones como Cl-, Mg2+ y Na+. La correlación entre Cl-, Mg2+ y Na+ estaba por encima de 0.98. Esto puede deberse a que estos compuestos se originan a partir de aerosoles marinos, en forma de MgCl2 y NaCl. Además,
el ratio Cl-/Na+ en ese estudio fue de 1.04, lo cual refuerza la idea de influencia marina en la niebla (Yue et al., 2012).
En el estudio de Vásquez et al., (2012), para el caso del agua de lluvia, el H3O+ mostró
correlacionarse con el NH4+, lo que podría indicar que la acidez es aportada a las muestras
de agua de lluvia como sales de amonio, lo cual se ve reflejado en la correlación del NH4+
con el NO3-, debido a la posible presencia de aerosoles de NH4NO3 o NH4Cl, producto de la
reacción en la atmósfera del NH3 con el HNO3 o el HCl. El Mg2+ tuvo coeficientes de
correlación relativamente buenos con el Ca2+, Na+ y Cl-, lo que implica que podrían haber sido emitidos por la misma fuente. Lo anterior se confirmó en la correlación existente entre el Ca2+ y el Mg2+, así como el Na+ y el Cl- (Vásquez et al., 2012).
En el mismo estudio de Vásquez et al., (2012), el Ca2+ mostró correlacionarse con H3O+, lo
que podría deberse a que, parte del Ca2+ presente se introduce a las muestras como CaCO3,
proveniente del material particulado, o que posiblemente por deposición seca, en el embudo quedó material particulado que ingresó a la muestra, lo cual se manifestó en la neutralización de la acidez presente. Es este mismo estudio, el Na+ y el Cl- en el agua de niebla pudieron proceder del agua de mar, debido a que presentaron una correlación buena entre ellos (0.85). Ambos mostraron buena correlación con el NH4+, con valores de 0.88 y 0.86,
respectivamente, lo cual indicaría que posiblemente el NH4+ es transportado en presencia de
aerosoles marinos (Harrison, 2003; citado por Vásquez et al., 2012). El NO3- también se
correlacionó débilmente con el NH4+ (0,51), debido a la misma razón expuesta en el agua de
lluvia: posible presencia de NH4NO3. La correlación negativa entre el NH4+ y el Ca2+ puede
deberse a que las fuentes de emisión de ambas sean diferentes, ya que el 95 por ciento del total de Ca2+ es no marino (Vásquez et al., 2012).
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2.5.6. Factores de enriquecimiento
Los factores de enriquecimiento (EFx) pueden ser utilizados para determinar la contribución
de componentes químicos por parte de diferentes fuentes. En anteriores estudios se han utilizado estos factores para determinar la contribución en la composición química del agua de niebla por parte de partículas originarias del océano o del suelo.
Estos factores de enriquecimiento se calculan utilizando la siguiente fórmula (Okay et al., 2008): EFx = (xc) niebla (xc) agua de mar o corteza terrestre En esta ecuación, (x
c)niebla es el cociente obtenido entre la concentración del analito de
interés y la concentración del elemento de referencia en la muestra, y (x
c) agua de mar o corteza terrestre
es el cociente obtenido entre la concentración del analito de interés y la concentración del elemento de referencia, ya sea en el agua de mar o en la corteza terrestre.
Los factores de enriquecimiento marino se calculan al utilizar como referencia la concentración del sodio en el agua de mar, mientras que, para los factores de enriquecimiento del suelo, se utiliza la concentración de calcio en el suelo. Los valores de EFx obtenidos para
los analitos, que fuesen superiores a uno, demostrarían que, además del mar o del suelo, hay otras fuentes de emisión (Vásquez et al., 2012).
Las altas concentraciones de Ca2+ no marino demuestran que dicho catión se deriva principalmente del polvo del suelo. Los altos porcentajes de Mg2+ no marino y su EF menor a 1, indican que posiblemente el Mg2+ no marino procede principalmente del suelo, sin una contribución significativa de otra fuente, y que el Mg2+ presente en la muestra posiblemente se encontró más diluido en comparación con la concentración del elemento de referencia, el Ca2+ (Vásquez et al., 2012).
La principal fuente de potasio en el agua atmosférica es, probablemente, la quema de biomasa (Norman et al., 2001). Así, si el EF en el agua de lluvia y de niebla para el K+ es
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mayor a uno, esto indica que, además del suelo, el K+ pudo haber provenido de otras fuentes, por ejemplo, la quema de biomasa (Figueruelo y Dávila, 2004; citados por Vásquez et al., 2012) y al secado de las hojas (Ali et al., 2004).