COMPILACIÓN DE INFORMACIÓN CIENTÍFICA MEDIANTE EL DESARROLLO DE
UNA ONTOLOGÍA PARA LA CONSOLIDACIÓN DE UN ESTADO DEL
CONOCIMIENTO SOBRE CONTAMINACIÓN POR COMPONENTES TRAZA EN
AGUAS SUBTERRÁNEAS
JUAN SEBASTIÁN OSPINA SUÁREZ
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD DEL MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES
PROYECTO CURRICULAR DE INGENIERÍA AMBIENTAL
BOGOTÁ
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COMPILACIÓN DE INFORMACIÓN CIENTÍFICA MEDIANTE EL DESARROLLO DE
UNA ONTOLOGÍA PARA LA CONSOLIDACIÓN DE UN ESTADO DEL
CONOCIMIENTO SOBRE CONTAMINACIÓN POR COMPONENTES TRAZA EN
AGUAS SUBTERRÁNEAS
JUAN SEBASTIÁN OSPINA SUÁREZ
Trabajo de Grado en Modalidad Monografía de Compilación para Optar por el
Título de Ingeniero Ambiental
Dirigido Por:
EDITH ALAYÓN CASTRO
INGENIERA QUÍMICA M.Sc. Esp.
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD DEL MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES
PROYECTO CURRICULAR DE INGENIERÍA AMBIENTAL
BOGOTÁ
4 AGRADECIMIENTOS
El autor se permite expresar sus agradecimientos:
A María Suárez, Tatiana Ospina Suárez, Ricardo Ospina Lombana, Magally Ospina Martínez y Camilo Ortega Ospina, mi familia inmediata y la muestra de las cosas buenas que construyeron al ciudadano y profesional que habré de ser. Muchas gracias por las conversaciones, los alientos y la confianza. Es un orgullo ser un Ospina Suárez por el mundo.
A la Profesora Ing. Edith Alayón Castro por la confianza depositada en esta propuesta, los consejos, el entusiasmo y la preocupación para que este trabajo llegara a feliz término. Y también, por su ejemplo como docente, mostrándome la responsabilidad ética que recae sobre el título ‘Ingeniero’. A las profesoras Martha Isabel Mejía de Alba y Beatriz Helena Guzmán Medina quienes actuaron como jurados del presente trabajo contribuyendo con sus observaciones y comentarios al enriquecimiento de lo aquí planteado.
A los profesores Martha Cecilia Gutiérrez Sarmiento, Alberto Figueroa Fernández y Beatriz Helena Guzmán Medina, quienes además de ser mis profesores en la Universidad, se convirtieron en mis amigos y en una constante muestra de la responsabilidad que recae en la labor docente.
A la Profesora Ruth Miriam Moreno Aguilar quien me mostró un nuevo mundo posible en el camino de la construcción del conocimiento; sin los aportes inmateriales, tácitos e inconmensurables que generaron las conversaciones al interior de los espacios liderados por ella, este trabajo no habría sido posible y mi camino académico tal vez, sería muy distinto.
A la Unidad de Negocios Bogotá - Colombia de la compañía Environmental Resources Management (ERM), en especial a Jimena Martínez quien depositó su confianza en mis calidades profesionales y se preocupó por mantener viva la sensación de apremio para la culminación de este trabajo, con la mera intención de mi desarrollo profesional. También A Ximena Rojas Squella y Diego Sánchez Anaya quienes se preocuparon y me recordaron constantemente mi deuda con este documento. A la empresa GIDA SAC – Gidahatari de Perú, por abrirme las puertas para iniciar mi carrera profesional en el camino del modelamiento numérico de reacciones químicas en aguas subterráneas. Este trabajo fue uno antes y otro después de mi paso por esta empresa, así como mi vida fue una antes y otra después de mi corta estancia en Perú.
A mis amigos-colegas Ingenieros Ambientales Willson Orlando Sánchez Quintero, Walter Iván Velásquez Méndez, Cristian Javier Riveros Prieto, Yuli Andrea Pedraza, Alejandra Laverde Infante, Claudia Carolina Garzón Lamprea, Lizeth Pérez Gamboa, Juan David Oidor Márquez y Freddy Alexander Gómez Morales; porque las ideas aquí escritas, nunca hubiesen madurado sin cada una de las discusiones con ellos en los salones de clase, en los pasillos, en los buses y en los bares. Los aportes de cada uno de ellos son invaluables y de algún modo sus ideas también están materializadas en estas palabras.
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PRÓLOGO
Y aquí estoy de nuevo sentado enfrente a la hoja en blanco enfrentando el trauma de empezar tareas sobre cuyo fin no hay certeza, con la incertidumbre y la angustia de no saber exactamente qué es lo que escribo, o mejor de sentir que siempre estoy escribiendo lo mismo. A veces el camino es oscuro y por fortuna están en mi cabeza las palabras que dijo otro viejo, pero que le escuché a mi viejo amigo “Caminante no hay camino, se hace camino al andar”1.
Mi hermana decía, o dice, mejor, o mejor me dijo un día que el trauma del papel en blanco se evita haciendo un plan textual, construyendo un esqueleto de las ideas que se quieren escribir, cosa que efectivamente funciona y me ha funcionado; no obstante, es gracioso tener que ejecutar acciones que persisten como aterradoras dentro de tu cabeza. Definitivamente escribir es un placer culposo, porque es terrorífico pero liberador; probablemente lo placentero se esconde detrás de los retos simples que se vencen, o detrás de cada pequeña conquista que sin pensarlo, se suma al acumulado de elementos que nos permiten ver cómo hemos crecido; aun cuando crecer sea una idea que siempre ronda nuestros anhelos, cuando se vive no parece ser como lo habíamos imaginado.
Quise escribir primero estas líneas antes de retomar la escritura de este documento después de un período de inactividad, para darme ánimo, para reírme un poco y ‘aceitar’ mis entumidos dedos. Quise escribirlo pensando en contar una historia antes de escribir la historia, antes de transformar el mundo con ciencia; al final de cuentas el arte es siempre la base de todo ejercicio creativo, porque el arte habla de los sentimientos, de las emociones y de las percepciones y por eso antes de empezar, acudo a la narrativa, para disipar los miedos y dejar nacer a la pasión que alimenta la escritura de estas páginas, pues en últimas el mundo es el resultado de las ideas que nacen en nuestras cabezas y por eso prefiero escribir con pasión y no con miedo.
Lo anterior se debe a que creo profundamente en que todo lo que ocurre afuera es el resultado de las ideas que proyectamos en la realidad objetiva y eso no me lo inventé yo, eso lo dijo Descartes hace casi cinco siglos y todo el aparato de la ciencia moderna está cimentado sobre ello; entonces el mundo es nuestra representación y es en la realidad objetiva en dónde ‘ocurren’ nuestras mentes, aun cuando ‘allá afuera’ nuestros cuerpos cohabiten y estén sometidos a dinámicas que no alcanzamos a comprender, pero que operan en el mundo real que con ese mismo amigo
6 llamábamos la ‘realidad realidad’, en un esfuerzo por distinguir nuestras verdades de aquello que sabemos que es la verdad pura e inaccesible.
Tal vez por eso escribir es inquietante, porque nos permite entrever cómo vamos avanzando, aunque de antemano sepamos que al final, habiendo aprendido, nuestras percepciones y juicios van a ser un poco menos inocentes, un poco menos neutrales, un poco más alejados de la verdad que habita la ‘realidad realidad’ y es así como nuestras mentes van a verse más inmersas aquí adentro, en la realidad objetiva. Por eso acudo al arte y me tomo la libertad de escribir un prólogo más literario que científico, porque antes de escribir un texto entero que dé cuenta de mi paso por la Universidad y la inmersión de mi Genius en la realidad objetiva, consideré justo dejar constancia también de la inocencia que hace o hizo parte de mi historia. Más bien creo que quiero dejar constancia de que hago parte de la ‘realidad realidad’ pues es precisamente ese elemento tan simple, el que considero que, por estas épocas, fundamenta la idea que tengo en mi cabeza sobre lo que significa construir conocimiento sobre ‘lo ambiental’.
Escribir un texto como el que viene a continuación para mí significó mucho más que un requisito. Requirió que mi energía estuviese enfocada en producir algo que de verdad diera cuenta del compromiso que para mí implica tener un título de profesional universitario, aún más, emanado de una Universidad Pública. Para mí, ello implica entender que la solución de los problemas de la sociedad, deben surgir a partir de la producción de conocimiento, de la habilidad de re-significar esa realidad que percibimos porque sólo cuando entendemos que la realidad puede ser diferente, al menos la realidad objetiva, adquirimos la capacidad de transformarla. Y creo también que es justo escribir este tipo de cosas en una época en que a mi modo de ver, los Profesionales Universitarios estamos olvidando tan esencial propósito de nuestra educación, mientras reemplazamos el compromiso ético que subyace a la producción de conocimiento, por el acervo metódico de procedimientos que reproducen los errores que debiéramos corregir.
Para muchos estas líneas no tendrían cabida en el universo discursivo de la Ingeniería, como me dijo alguna vez una querida pero no bien ponderada profesora, este tipo de discusiones rayan en “disertaciones filosóficas que no hemos venido a resolver” en los escenarios donde discuten los académicos; no obstante, si aquel que lee este texto hace parte de esos “muchos” y le parece que las palabras en este prólogo están demás en un trabajo final de pregrado en Ingeniería Ambiental, permítame invitarlo a seguir la obra de una generación de ingenieros ambientales, de académicos educados para el desarrollo de conocimiento sobre ‘lo ambiental’, que definimos nuestro objeto de estudio como la totalidad extendida a las diversas esferas de la complejidad sobre la que está estructurada esa, que con mi amigo llamábamos, ‘realidad realidad’.
7 Todo esto lo escribo en el marco de un texto narrativo, con el ánimo de hacer justicia a lo que ha sido mi proceso de desarrollo humano para la investigación durante el tiempo que he llevado el título de Estudiante de Pregrado; también, para marcar un punto en la historia de ese proceso, que me permita recordar el compromiso de plantear todas las cuestiones aquí expuestas más allá de las emociones y la pasión que permite el arte y son mal vistas por la escritura académica. Quise que el lector supiera que detrás de las cuestiones que más adelante serán desarrolladas, existe toda una forma particular de ver el mundo que aquí no es desarrollada, al menos en un plano fundacional, que espero, tome forma con los años hasta convertirse en un aporte para la construcción de una realidad objetiva más democrática y ambientalmente más eficiente, con la que por lo pronto sueño y sobre la que en la Universidad aprendí que podía soñar y volver realidad gracias a la construcción de conocimiento.
Este trabajo de grado versa entonces, sobre la forma de construir conocimiento a partir del conocimiento mismo plasmado en los productos de la comunidad científica que estudia la dinámica de las sustancias en el agua subterránea, mostrando la importancia de reconocer los aportes hechos por las generaciones precedentes y cómo estos abren la posibilidad de describir el mundo desde otros puntos de vista que no son mejores ni peores, sino diferentes y conducen a lograr otros resultados prácticos, que se ajustan a las necesidades emergentes de las épocas.
Con esto se muestra que los meta-relatos y las estructuras que los sustentan, como por ejemplo la ontología aquí desarrollada, permiten conservar el conocimiento necesario a la hora de armonizar las dinámicas de las comunidades humanas con el resto de sistemas que coexisten con ellas y con los que no pueden comunicarse. Esta situación resulta aún más relevante en una era en que los problemas del conocimiento se configuran a partir del uso específico de ciertas categorías para describir los contextos en los que dichos problemas emergen, contextos que no son más que una porción objetiva de la realidad que en algún grado ya ha sido objetivada. Por esto, en este trabajo se busca evidenciar la posibilidad de seguir edificando sobre lo ya construido abandonando la oposición dialéctica y propendiendo por la coexistencia de estructuras dinámicas que generen propiedades emergentes acordes con los distintos niveles en los que dichas estructuras se organizan.
Por todo lo anterior me tomé la libertad de escribir estas líneas. Porque durante el período de tiempo que culmina con la escritura de este trabajo de grado, aprendí que la educación me debía servir para ampliar las dimensiones del mundo que hasta ahora comprendía y por ello, porque un día hallé la lógica en la coexistencia de múltiples impresiones que como especie hemos construido sobre la realidad objetiva, decidí incluir un conjunto más libre de palabras; porque la educación cada día me hace más libre y me hace entender que soy el dueño de los textos que son de mi autoría y que por lo tanto, además de definir cómo se escriben, también puedo establecer qué coexiste en ellos. Estas líneas también fueron escritas para agradecerle por tomarse el tiempo de leer este texto, por permitirme presentarle una porción de mi realidad objetiva.
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CONTENIDO
INTRODUCCIÓN ... 11
1. Planteamiento del Problema ... 12
2. Justificación ... 16
3. Objetivos ... 19
3.1. Objetivo General ... 19
3.2. Objetivos Específicos ... 19
4. Marco Teórico ... 20
4.1.1. Consideraciones sobre la química de los componentes traza en el agua subterránea 20 4.1.2. Conceptos para el modelamiento de conocimiento mediante ontologías ... 23
4.1.3. Análisis del fenómeno de contaminación desde los conceptos de la programación orientada a objetos. Propuesta de diseño conceptual para una ontología sobre contaminación por componentes traza en el agua subterránea. ... 26
4.2. Marco de Referencia ... 29
4.2.1. Creación y uso de ontologías para la interacción con el Conocimiento Formalizado 29 4.2.2. Tendencias asociadas a la implementación de ontologías en disciplinas relativas al dominio de lo ‘Ambiental’ ... 31
4.2.3. Estrategias metodológicas para la construcción de ontologías y su uso en el contexto de la interacción con el conocimiento formalizado ... 36
5. Metodología ... 40
5.1. Definición de atributos y métodos de las entidades a partir de la información reportada en la literatura científica. ... 41
5.1.1. Criterios para la selección de textos científicos ... 41
9 5.2. Desarrollo de una ontología bilingüe como estrategia para la organización de la
información recopilada ... 43
5.2.1. Obtención de clases ... 43
5.2.2. Construcción de la ontología ... 44
5.3. Consolidación de un estado del conocimiento sobre contaminación por componentes traza en el agua subterránea ... 45
5.3.1. Escritura del estado del conocimiento sobre componentes traza del agua subterránea 45 6. Atributos y métodos definidos sobre las entidades estudiadas a partir de información reportada en la literatura científica ... 46
6.1. Criterios definidos para la selección de textos científicos ... 46
6.2. Resultados obtenidos sobre la búsqueda de información científica en bases de datos especializadas ... 46
6.2.1. Ambientalex Info ... 49
6.2.2. CABI Environmental Impact... 50
6.2.3. Dialnet ... 51
6.2.4. Hyper Articles in Ligne ... 52
6.2.5. IOPScience ... 54
6.2.6. Redalyc ... 55
6.2.7. SciELO ... 57
6.3. Atributos y métodos definidos ... 58
7. Desarrollo de una ontología bilingüe para la organización y el análisis de la información recopilada ... 60
7.1. Aplicación de métodos estadísticos multivariados para la obtención de clases ... 60
7.1.1. Características de la Matriz de Datos Consolidada ... 60
7.1.2. Clases Obtenidas Mediante la Aplicación del Análisis de Conglomerados ... 64
10 7.2.1. Identificación de Términos Preexistentes en SWEET Asociados a la Composición
Química del Agua Subterránea ... 68
7.2.2. Términos Añadidos a SWEET ... 69
7.2.3. Definición de las Relaciones entre términos Preexistentes ... 69
8. Estado del conocimiento sobre contaminación por componentes traza en el agua subterránea 73 8.1. Información Científica Compilada sobre contaminación por componentes traza en el agua subterránea y Validación de las Clases Obtenidas... 73
9. Conclusiones ... 74
10. Recomendaciones ... 75
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INTRODUCCIÓN
El presente documento contiene las consideraciones para la elaboración de una Monografía de Compilación, cuyo propósito es la recopilación de información reportada en la literatura científica entre 2004 y 2014, que permita sentar las bases conceptuales para la formulación de investigaciones sobre contaminación por componentes traza en aguas subterráneas. A lo largo del trabajo de grado que constituye dicha monografía, se considera este último como un campo emergente dentro del estudio del Supersistema Ambiental, cuya consolidación requiere de la revisión de la teoría construida hasta ahora por la comunidad científica internacional.
Con este propósito, inicialmente se ponen en evidencia los elementos que constituyen el problema, a cuya solución se pretende aportar con la ejecución de la propuesta aquí planteada. Posteriormente, en el aparte que compone la justificación se hace alusión a la pertinencia del trabajo de grado que se espera ejecutar, teniendo en cuenta algunas condiciones del contexto colombiano. Después, se presentan tanto el objetivo general como los objetivos específicos que orientarán la construcción del documento final. Acto seguido, se refiere el marco cuyo contenido busca acotar los elementos teóricos bajo los que se construye la metodología para la recopilación, sistematización y análisis de la información consultada, que conduce a la obtención de los resultados esperados.
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1.
Planteamiento del Problema
El abordaje del deterioro de la calidad del agua subterránea, al igual que una serie de problemas que configuran el objeto de estudio de ‘lo ambiental’, son el resultado de la convergencia de múltiples disciplinas que en sus inicios buscaban la comprensión de ciertas porciones del Súper Sistema Ambiental y con el paso del tiempo, aportaron elementos fundamentales para la conceptualización de la problemática ambiental asociada al cambio de composición química del recurso hídrico subterráneo.
Esta situación ha generado múltiples versiones sobre la organización del conocimiento desarrollado acerca de la composición química del agua subterránea, entendiendo que cada una presenta una manera particular de agrupar a las entidades químicas en la naturaleza, acorde con los fines prácticos que cada disciplina persigue. Se han generado diversos criterios en torno a la manera de abordar los problemas ambientales que en últimas determinan también el tipo de prácticas con que la realidad ha de ser intervenida, conduciendo a la ejecución de procesos parciales que desconocen las múltiples consecuencias derivadas de la operación sobre procesos naturales como la dinámica de los sistemas químicos.
Por ello, aunque los esfuerzos individuales de los campos del conocimiento pre-existentes son valorables en mérito del aporte fundamental que hacen para el sostenimiento de las poblaciones humanas, con el avance de la civilización y, consecuentemente, de la concepción sobre el conocimiento producido mediante la actividad científica, se ha reconocido que la ciencia de la modernidad carga de manera intrínseca una versión de la condición humana que niega su participación como parte de la naturaleza (Carrizosa Umaña, 2001) situación que a partir de la segunda mitad del siglo XX, hizo evidente la necesidad de abordar ‘lo ambiental’ como un campo formal del conocimiento, que originalmente surgió desde la adjetivación de los objetos de estudio y las disciplinas que englobaban el constructo del conocimiento producido hasta entonces, tal como sucedió con la composición química del agua subterránea.
A nivel general puede afirmarse que el estudio de dicho fenómeno, se derivó de la especialización de los problemas concernientes a dos disciplinas específicas que hacen parte de las ciencias de la tierra: La hidrogeología en la que la química de las aguas se convirtió en un elemento que ayudaba a entender el flujo del agua subterránea y la ciencia del suelo que veía en la distribución de los elementos químicos un soporte para la delimitación de unidades paisajísticas que permitían comprender el ciclo geográfico.
13 En el caso de las ciencias del suelo, según autores como (Edmunds & Bogush, 2012) y (Chudaev, Schvartsev, & Ryzenko, 2013) se guardó un enfoque predominantemente holístico, siguiendo las concepciones de V.I. Vernadsky, que hacia mitad del Siglo XX sentaron las bases de lo que en la taxonomía soviética de las geociencias se denomina Geoquímica del Paisaje (John A.C. Fortescue, 1992). Este último autor plantea una diferenciación entre las perspectivas No-Soviética y Soviética, argumentando que en el caso de los No-Soviéticos, los estudios de las características del agua subterránea se centraron en la determinación de la concentración de los elementos que la componían, alejándose de una visión integradora que permitiera relacionar la composición química con los otros elementos geográficos que pudiesen verse interrelacionados con ésta y consecuentemente, limitando el aporte de la Geoquímica del Paisaje en otros campos como la Geoquímica de Exploración, la Geoquímica de Hidrocarburos, la Geoquímica para Salud y Alimentación y la Geoquímica Ambiental.
Así entonces, en el devenir de la conformación de una única versión del estudio de la contaminación en el agua subterránea, para la segunda mitad del Siglo XX se podrían diferenciar una serie de constructos teóricos con diversos propósitos, conformados por los trabajos de los productores de conocimiento afiliados en cada una de las escuelas marcadas por su respectivo fin intelectual. Por ello cabría peguntarse ¿Cómo surge la preocupación por los contaminantes en el agua subterránea? Y más exactamente ¿Cómo se entiende la contaminación en el agua subterránea desde cada una de las escuelas?
En el caso de la primera escuela, puede pensarse que con el paso del tiempo predominó el pensamiento práctico reforzado por las ideas propias de la Economía del Medio Ambiente, en un contexto de desarrollo de la revolución verde y el surgimiento industrial posterior a la II Guerra Mundial, fenómenos que en conjunto dieron lugar a concentraciones sin precedentes de sustancias circulantes en el ambiente, por lo que se hizo necesario abordar su control con el ánimo de evitar la disminución de la potabilidad del recurso hídrico subterráneo o su potencial de explotación en el futuro acorde con las ideas del desarrollo sostenible. Por lo anterior se hizo necesario el control de industrias como la minería, la explotación y transformación de hidrocarburos o las industrias manufactureras, dando lugar incluso al surgimiento de una nueva sub-disciplina dentro de la geoquímica denominada Geoquímica Orgánica (Kvenvolden, 2006), reforzando así la idea del contaminante entendido como el subproducto inútil que resulta del aprovechamiento de los recursos naturales en el marco de las actividades humanas.
En la escuela Soviética por su parte, esta definición puede elaborarse a partir de los postulados de V.I. Vernadsky, pues desde la publicación de su libro la biósfera en 1926 reconocía a la especie humana como un agente de cambio geológico, afirmando que la compresión de los flujos de materia influidos por las actividades humanas requerirían de nuevas perspectivas de comprensión, pues por la naturaleza de los elementos y las magnitudes de sus masas, se generarían formas propias de asociación correspondientes a fenómenos no evidenciados en la geosfera (Chudaev et al., 2013). Por esta situación, dentro de la geoquímica derivada de la escuela Soviética se habla de una Geoquímica Ambiental entendida como la aplicación de los principios de la Geoquímica del Paisaje al entendimiento de la distribución de los elementos químicos derivada de la influencia humana.
14 compuestos, alterando sus zonas de origen y acumulación, lo que respeta uno de los postulados esenciales de las Ciencias del Suelo establecido por V.V. Dokucháyev, es decir el ciclo geográfico. En cualquiera de los dos casos se reconoce que el origen de la magnitud exacerbada de una sustancia, o el cambio espacial de su distribución son producto de la actividad humana y por lo tanto la primera conclusión válida para ambas perspectivas es que la especie humana tiene la capacidad de alterar el entorno y que dicha capacidad es un fenómeno objetivable.
Así, tal como ocurrió la migración del estudio geoquímico desde un apéndice en cada una de las ciencias que ya han sido mencionadas, logrando su identificación como disciplina autónoma hacia la mitad del Siglo XX, la geoquímica ambiental logró convertirse en una especialización de la geoquímica en la década de los 70 del mismo siglo, situación facilitada por la incursión de las ideas soviéticas en Norte América y Europa, pero con la particularidad del predominio del modo de pensar pragmático y reduccionista occidental evidenciado en trabajos como el de (J. A. C. Fortescue, 1980) en el que se exponen los elementos fundamentales de la Geoquímica del Paisaje y se habla de sus potenciales múltiples aplicaciones, pero se reconoce que la Geoquímica Ambiental requiere un nuevo enfoque planteado desde otras concepciones epistemológicas de la realidad objetiva.
De igual modo, otra de las consecuencias de la exportación de las ideas soviéticas y el consecuente predominio del modo de pensar occidental fue la clasificación de los elementos de acuerdo a la abundancia relativa de la masa de estos en el agua, pues tal como se mencionó al principio, el estudio de la composición química en el contexto hidrogeológico se hacía con el fin de delimitar zonas de flujo de la cuenca hidrogeológica y más tarde, las caracterizaciones hidrogeoquímicas buscaban establecer el tipo de minerales presentes en ciertas zonas en el contexto de la prospección geológica, por lo que los estudios tendían a centrarse en la determinación de la concentración de los elementos químicos de mayor o menor abundancia en la corteza terrestre relevantes en cada caso, siendo un ejemplo de lo anterior trabajos como el de (Fagundo Castillo, 1997), quien en función de los componentes mayores y sus proporciones en cuanto a concentración, estableció normas para la clasificación de las cuencas hidrogeológicas y la identificación de los minerales predominantes en ellas.
Por su parte los ‘otros’ compuestos presentes en la naturaleza a su vez fueron cobrando relevancia debido a los problemas prácticos que su presencia generaba, especialmente en el contexto de la salud pública o la ecotoxicología, ambos motivos de regulación por parte de la institucionalidad ambiental que empezó a surgir entre los años 70 y 90 del siglo XX como resultado de los acuerdos internacionales para la protección del ambiente. Es por ello, que su estudio se ha dado de manera individual o al menos limitada dejando de lado la relación que pueda existir entre ellos, entre ellos con los constituyentes mayores o menores, o entre ellos y las dinámicas físicas y bióticas que ocurren en el espacio que influencian aun cuando en la historia del planteamiento de la Geoquímica del Paisaje se ha establecido que esos ‘otros’ compuestos, excluidos de los tradicionalmente estudiados según el enfoque occidental-pragmático, sí tienen relevancia para la definición de paisajes geoquímicos particulares sin importar que la magnitud de sus concentraciones permita asignarles el calificativo de trazas.
15 superación de la concepción reduccionista que impide la trasformación de la realidad de forma armónica con las demás dinámicas coexistentes en la naturaleza. Para ello, se considera pertinente re-organizar la estructura conceptual con la que se usa el conocimiento, creando una base formal que permita el desarrollo organizado de nuevas iniciativas de investigación sobre contaminación por componentes traza en aguas subterráneas, siendo este el campo de conocimiento que aquí se trabaja y cuya definición se presenta en el marco conceptual.
16
2.
Justificación
La iniciativa de compilar información sobre la Hidrogeoquímica de Componentes Traza se da, principalmente, por el estado actual de desarrollo que presenta la investigación sobre la calidad de agua subterránea del país, pues si bien, estudios de las organizaciones del Sistema Nacional Ambiental (SINA) han permitido establecer condiciones base del agua subterránea (Franco Torres et al., 2010) estos se limitan a aspectos de la reserva del recurso hídrico para las distintas provincias hidrogeológicas en el territorio nacional, afirmando que los usos de este, deben detallarse conforme a las jurisdicciones de las Corporaciones Autónomas Regionales (CAR), lo que indirectamente pone en las manos de estas entidades, la responsabilidad de caracterizar, monitorear y mantener la calidad del agua subterránea en el territorio colombiano.
En cumplimiento de ello, existen iniciativas de investigación emprendidas por diversas CAR, cuya documentación se dificulta debido a la falta de un sistema unificado que reporte este tipo de estudios en el país. No obstante, es posible destacar trabajos desarrollados en jurisdicciones de la Corporación Autónoma Regional del Valle del Cauca (CVC) y de la Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca (CAR Cundinamarca) que han permitido valorar el efecto de algunas actividades antrópicas sobre la calidad del agua subterránea.
Casos concretos sobre estas actividades se evidencian, por ejemplo, en estudios en los que se evalúa la progresión de los compuestos transportados por los lixiviados provenientes del Basurero de Navarra sobre en el sistema hidrogeológico de la ciudad de Cali, Colombia (Cárdenas León, 2003) (Azcuntar Rosales, n.d.); asimismo, en trabajos como el de (Páez Ortegón, 2009) que se centra en la comprensión de la dinámica de los componentes de las vinazas en la zona no saturada y la zona saturada de acuíferos en el Valle del Cauca. Estos trabajos, se convierten en puntos de referencia para evaluar la vulnerabilidad de los acuíferos frente a una potencial alteración de la composición química del agua subterránea que almacenan.
Por su parte, en jurisdicción de la CAR Cundinamarca se destaca un grupo de trabajos orientados por el grupo de aguas subterráneas (1997-2005) con diversos propósitos, entre los que se encuentran caracterizaciones de la composición química en la sabana de Bogotá (Ingeniería y Laboratorio Ambiental Ltda, 2002) de acuerdo al comportamiento de los constituyentes mayores (Camargo Fajardo & Melo Cruz, 2002) aplicando incluso técnicas de estadística multivariada (Carrillo Tenjo, 2004). También, se incluyen análisis de acuerdo a las variaciones de algunos parámetros particulares como los perfiles bacteriológicos y el contenido de plaguicidas en la jurisdicción de la mencionada autoridad ambiental (Camargo Fajardo, 2004); este grupo incluye también un estudio que recoge caracterizaciones de los patrones isotópicos de la cuenca alta del río Bogotá (Ingeominas, 2001) y de forma similares, caracterizaciones empleando el mismo tipo de técnicas en Sucre (Herrera, Vargas, & Taupín, 2006), Valle del Cauca (Medina Morales, Páez Ortegón, Vargas Quintero, & Taupín, 2006) y La Guajira (Toro, Calderón, Taupín, & Vargas Quintero, 2006).
17 para algunas sustancias; por esta razón, se deja de lado una interpretación basada en las reacciones químicas entre los constituyentes, lo que implica una comprensión de los sistemas hidrogeoquímicos fundamentada en su composición, dejando de lado las propiedades funcionales que se derivan de la interpretación de las reacciones químicas que tienen lugar en el sistema, situación que se repite en los diversos trabajos2 de caracterización geoquímica desarrollados por el Instituto Colombiano de Geología y Minería (Ingeominas), cuyo propósito es la exploración de yacimientos de diversos minerales de interés comercial en el país. Lo anterior, muestra que en el contexto nacional existe una comprensión parcial de la dinámica hidrogeoquímica del recurso hídrico subterráneo y por lo tanto se hace necesario plantear enfoques teóricos que brinden nuevos alcances a la gestión ambiental hecha sobre la calidad del agua subterránea.
El enfoque de este tipo de trabajos resulta recurrente en los estudios sobre la dinámica de agua subterránea en Colombia. Como ejemplo, vale la pena nombrar los trabajos de (Osorio, López-Rendón, & Hermelin, 2003), (Franco & Arias, 2009), (Betancur, Mejia, & Palacio, 2009), (Paredes Zúñiga, Vargas Azofeifa, Vargas Quintero, & Arellano Hartig, 2010) y (Veloza Franco, 2013) que se centran en la caracterización hidrogeoquímica de sistemas de aguas subterráneas en distintas zonas de Colombia, haciendo énfasis en la descripción de la carga másica por componente en cada sistema particular dando relevancia a los datos como indicadores de la dinámica del flujo de agua subterránea, dejando de lado la descripción de la funcionalidad del sistema y las implicaciones en cuanto a los posibles cambios químicos que puedan ocurrir dada la presencia de estas sustancias. Asimismo, otro tema recurrente es la aplicación de la metodología DRASTIC (Aller, Bennett, Lehr, Petty, & Hackett, 1987) para evaluar la vulnerabilidad de acuíferos en varias zonas, basándose en características que condicionan el flujo, y consecuentemente el transporte de sustancias en el agua subterránea. Con este enfoque aparecen los trabajos de (Rodriguez Barrera, 2000), (Gutiérrez Ribón, Flórez Ramos, & Vergara Flórez, 2009), (Cujabán García, 2013) y (Vargas, Monroy G., & publicación, apenas tres se centraban en el estudio del As en el agua subterránea, mientras que uno más de los estudios consultados por los autores presentó una revisión general de la situación del agua subterránea para América Latina, llevando a los autores a resaltar la necesidad de desarrollar mayor investigación en el tema, dentro del contexto colombiano. De este modo, se muestra cómo la calidad del agua subterránea aun cuando ha sido una cuestión abordada en el país, demanda la generación de conocimiento en más zonas y del mismo modo, requiere de ahondar en la comprensión de los fenómenos hidrogeoquímicos, permitiendo la inclusión de este tipo de cuestiones dentro de la gestión de la calidad del recuro hídrico subterráneo. Situación que
18 resulta evidente dada la cantidad de publicaciones sobre este tema escritas por autores colombianos o realizadas en Colombia, que aparecen referidas en bases de datos científicas3. Esta situación requiere la atención del gremio de científicos en el campo ambiental, si se tiene en cuenta que las políticas actuales de desarrollo del país tienden al impulso de actividades de especial impacto para el sistema hidrogeológico, como la minería, la explotación petrolera, la agroindustria, la construcción de rellenos sanitarios como métodos de disposición de residuos que son manejados con deficiencias, entre otros; actividades que no sólo generan alteración sobre la disponibilidad del recurso, al modificar las condiciones hidráulicas y geológicas de las estructuras que transportan el agua subterránea, sino que facilitan la ocurrencia de fenómenos como el Drenaje Ácido de Roca (AMD, por sus siglas en inglés) que genera aportes importantes de metales traza (D. Kirk Nordstrom, 2011) o la liberación de compuestos orgánicos sintéticos (Postigo & Barceló, 2014) por ejemplo, convirtiéndose en fuente de deterioro, tanto directo como indirecto, de la calidad del agua y por tanto, del Supersistema Ambiental en su conjunto.
Vale la pena resaltar que los elementos mencionados en la presente justificación no enfatizan sobre los componentes traza, pues en la revisión preliminar para la construcción del presente documento, los casos colombianos adolecen de estudios para este tipo de sustancias y esto, se convierte en una evidencia más de la necesidad de crear iniciativas, como el presente trabajo de grado, que conduzcan a consolidar campos del conocimiento, cuya producción dé cuenta del estado actual de la calidad del recurso hidrogeológico en el país, contribuyendo de este modo a la generación de soluciones para problemáticas emergentes concordantes con el contexto social que demanda el desarrollo de la actividad científica nacional.
19
3.
Objetivos
3.1.
Objetivo General
Compilar información científica mediante el desarrollo de una ontología que permita la consolidación de un estado del conocimiento sobre contaminación por componentes traza en aguas subterráneas.
3.2.
Objetivos Específicos
Definir los atributos y los métodos de las entidades cuyo estudio se reporta en los textos científicos consultados.
Desarrollar una ontología bilingüe con base en la información recopilada como estrategia para la organización de información en el área de trabajo.
20
4.
Marco Teórico
4.1.1. Consideraciones sobre la química de los componentes traza en el agua subterránea
La definición de aquello a lo que se hace referencia al emplear el término ‘componente traza’, implica el punto de partida para la ubicación teórica del presente trabajo de grado, pues sobre estos se espera consolidar un estado del conocimiento que, además, permita evidenciar su relevancia en el estudio de lo ‘ambiental’. Por tanto, en el presente aparte se presentan argumentos construidos en torno a la definición de los ‘componentes traza’, las particularidades de la aplicación del término en el contexto del agua subterránea y, asimismo, se hace alusión a las características de los procesos que condicionan su dinámica química. Los elementos teóricos expuestos cobrarán relevancia en el aparte 4.1.3 pues, según estos, se conceptualizará el diseño de la ontología mediante la que se espera alcanzar el objetivo general del trabajo de grado.
La definición de los ‘componentes traza’ procede de la química analítica y está estandarizada por la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC, por sus siglas en inglés), organización que ha definido que los componentes de cualquier medio estudiado serán clasificados en función del porcentaje que su masa representa sobre la masa total de la solución4 de la que hacen parte. Así, (Namieśnik, 2002) presenta los nombres generales de los analitos de acuerdo a su relación porcentual con la masa de solvente, estableciendo rangos para los componentes primarios, secundarios y traza; esto últimos subdivididos en relación a unidades de concentración expresadas en partes por múltiplos de millón de solvente según como se indica en la Tabla 1. El autor también relaciona el nombre común del procedimiento analítico para determinar la concentración de cada grupo de analitos.
21 Nombre General del Analito Concentración del Analito Termino Común para el Procedimiento
Analítico Componente Primario 1% - 100% Macroanálisis Componente Secundario
-Adicionales5- <1% Semi-Micro Análisis Componente Traza <0.01%
Tabla 1. Clasificación de los métodos analíticos y las técnicas analíticas por concentración del analito en una muestra. Fuente: Traducido y adaptado de (Namieśnik, 2002)
No obstante, en el presente trabajo se evitará hacer alusión a esta nominación teniendo en cuenta las recomendaciones de (Dobbs, 1989) quien afirma que el uso de este tipo de expresiones en análisis de agua presenta limitaciones empíricas teniendo en cuenta que la densidad de los solventes puede cambiar en función de la temperatura o la presión y, por tanto, la relación entre masa o volumen de solvente respecto a la del soluto puede variar. Esta consideración se plantea como un formalismo necesario a la hora de abordar sistemas en condiciones distintas a las condiciones estándar, lo que implica una contextualización propia de los postulados de la química analítica aplicada al ámbito de lo ‘ambiental’.
Uno de los medios tenidos en cuenta dentro de los estudios en este último ámbito, es el agua subterránea, entendida como aquella porción del agua contemplada dentro del ciclo hidrológico que fluye por debajo de la superficie terrestre en la zona saturada, es decir, aquella en que todo el espacio ‘libre’ entre los poros de la roca o el suelo se encuentran ocupados por agua. En esta zona pueden presentarse distintos tipos de rocas clasificando como acuifugos a las rocas que tienen una baja capacidad de transmitir o almacenar agua; acuitardos, rocas con mediana capacidad para transmitir agua siendo ésta superada por la capacidad de almacenarle y acuíferos, las rocas que presentan una capacidad alta tanto para almacenar como para transmitir agua. Dicha propiedad es medida a través de constantes hidrogeológicas como la conductividad hidráulica (K) y el almacenamiento específico (SS).
22 Como alternativa a la clasificación hecha por la IUPAC en relación a los componentes acorde con su concentración en una muestra, existe una aproximación diferente a estos conceptos en los estudios para el análisis del agua subterránea, pues según autores como (Fetter Jr., 2001), (Knödel, Lange, & Voigt, 2007), (Singhal & Gupta, 2010) los componentes mayores presentan concentraciones superiores a 1mg/L, los componentes menores concentraciones entre 1mg/L y 0.1 mg/L y los componentes traza son aquellas sustancias que se presentan en concentraciones menores a 0.1mg/L. Esta consideración se hace teniendo en cuenta tipificaciones geoquímicas que contemplan la presencia natural de algunas sustancias en los acuíferos, lo que recupera el concepto de fondo geoquímico o nivel de fondo6. Para el caso particular del agua subterránea se asumen como constituyentes mayores los iones Ca2+, Mg2+, Na+, K+, CO
32-, SO42-, HCO3-, Cl- con los que se hacen los cálculos de balance iónico para las muestras de agua subterránea; asimismo, se incluye el SiO2 y en algunos casos se incluye dentro de este grupo el ion NO3-, siempre y cuando las concentraciones del ion aumenten, generalmente, por aportes de origen antrópico provenientes de procesos como la fertilización de sistemas agrícolas.
Dentro de los constituyentes menores se incluyen los iones Fe2+, Mn2+, B-, F-, que se presentan en magnitudes proporcionales al contenido mineral del medio poroso por el que circula el agua subterránea. Finalmente, los componentes traza comprenden los iones metálicos presentes como constituyentes mineralógicos de las rocas, elementos como el As y el Al, hidrocarburos, radionúclidos, compuestos orgánicos de origen antrópico como los pesticidas, entre otros, que son de especial importancia desde una perspectiva ambiental, pues si bien las concentraciones de estas sustancias son bajas, por lo general se les asocia una alta influencia sobre la funcionalidad de los sistemas ecológicos, siendo este uno de los supuestos que se pretende verificar con la revisión hecha en el presente trabajo de grado.
A la par con estas consideraciones, viendo al agua subterránea como un medio reactivo, ésta se comporta como un sistema acuoso en el que interactúan las sustancias antes descritas para formar nuevos compuestos. Dicha dinámica está mediada por distintos tipos de reacciones químicas y para cada sustancia específica se generan sucesiones de cambios que hacen parte de sus ciclos biogeoquímicos particulares; no obstante, cada una de estas transformaciones opera mediante mecanismos generales de reacción que pueden enmarcarse dentro de las características de reacciones heterogéneas en el caso de las interacciones líquido-sólido y líquido-gas, o en las características de las reacciones homogéneas que se verían evidenciadas en las interacciones propias del medio acuoso (Merkel & Planer-Friedrich, 2008).
Las interacciones líquido-sólido comprenden los procesos mediante los que se altera la fase sólida que compone el medio poroso por el que circula el fluido, incluyendo los procesos de disolución de los minerales y los fenómenos de superficie que pueden ser controlados por mecanismos de adsorción o por mecanismos de intercambio iónico. Por su parte, las interacciones líquido-gas corresponden a los procesos mediante los que los gases de la atmósfera se disuelven en el agua estando controlados, principalmente, por la Ley de Henry. Las interacciones líquido-líquido corresponden específicamente a las reacciones del medio acuoso y en éstas se incluyen procesos de complejación de superficies, que pueden ser entendidos a partir de principios de la química de
23 coordinación o también los fenómenos de óxido-reducción que tienen una amplia influencia sobre la especiación de los elementos que se encuentran presentes en el sistema (Zhu & Anderson, 2002). Dadas las consideraciones anteriores, a lo largo del presente trabajo se buscó evidenciar la pertinencia de las definiciones presentadas sobre los componentes desde el punto de vista ambiental pues se presume que pese a lo que se define en la teoría geoquímica, con la adopción del rango establecido por la IUPAC, se abre la posibilidad de estudiar sustancias en concentraciones mayores cuyos valores de masa pueden estar asociados a fenómenos diferentes del fondo geoquímico, es decir, a su contenido natural; lo anterior permitió ampliar la comprensión sobre las sustancias que puedan estar siendo aportadas como resultado de procesos antrópicos y, por tanto, contribuir a una mejor conceptualización de los fenómenos de contaminación, tal como se discutirá más adelante.
4.1.2. Conceptos para el modelamiento de conocimiento mediante ontologías
El presente apartado tiene como propósito presentar los conceptos que cimentan la teoría sobre el modelamiento de conocimiento haciendo énfasis sobre la creación de ontologías como una estrategia para formalizarlo. Así entonces, se pretende especificar las diferencias entre estas y los vocabularios controlados evidenciando las ventajas que las primeras ofrecen en el contexto del presente trabajo. De este modo, se presentan las consideraciones teóricas que justifican la elaboración de una ontología como instrumento central para la consolidación de un estado del conocimiento y, a su vez, se busca destacar su aplicabilidad para la consolidación de conceptos fundamentales en el estudio de lo ‘ambiental’.
Para hablar de conocimiento formalizado, se asume que las afirmaciones hechas referentes a un fenómeno de la naturaleza son el resultado de un proceso que ha permitido la interpretación de las observaciones del sujeto que investiga. En la actividad científica contemporánea, estos resultados se plasman en productos de investigación cuyo principal propósito está orientado a la difusión de conocimiento, justificada en una necesidad comunicativa que implica el uso de un código para transmitir el mensaje que se desarrolla y asimismo, para nombrar las abstracciones que se hacen de la realidad; de este modo las descripciones hechas por la ciencia sobre los objetos que estudia, constituirían una representación racional de la realidad al estar decodificadas para la comprensión por los sujetos que dominan el mismo código, y las relaciones que se establecen entre esos significados constituirían la estructura misma de la representación que el entendimiento humano ha hecho sobre la realidad que le rodea.
Esta dinámica implicaría que el ejercicio científico enmarcado en un dominio determinado del conocimiento, trae consigo el uso de un conjunto de términos específicos cuyos significados han sido normalizados buscando mantener el principio de identidad proveniente de la lógica aristotélica, validando de este modo el carácter objetivo del lenguaje empleado para referirse a la representación construida de la realidad. No obstante, si se entiende el conocimiento como un sistema creado por la razón para comprender la realidad a través de su representación, entonces el conocimiento mismo está denotado por las relaciones entre esos términos; es decir, que la representación de la realidad no es sólo el conjunto de términos, sino también la estructura que los organiza permitiendo la comprensión de aquello que es representado.
24 elementos y una estructura que los organiza, puede aplicarse a este la lógica propia con que son estudiados los sistemas independientemente de su contexto (von Bertalanffy, 1968), lo que habilita al presente ejercicio para aplicar el Principio de Funcionalidad Emergente (Odum, Barrett, & Brewer, 2004) en una forma análoga a como se hace con los sistemas biológicos según como lo explican (Jørgensen & Fath, 2004). Los autores citados exponen que cuando aumenta la estructura de un sistema, emergen funciones que superan las posibilidades individuales de estos, siendo esta la situación a partir de la que se considera que se ha originado un nuevo nivel de organización. La operación que subyace al crecimiento de la estructura de un sistema según los autores citados, es la ‘Maximización de la Exergía’ que consiste en un aumento en la magnitud de energía aprovechable debido al incremento del número de conexiones entre los elementos del sistema, lo que conduce a la disminución de las pérdidas de energía durante los procesos de transferencia de ésta.
Lo anterior, aplicado al contexto del conocimiento, permitiría ver entonces que los términos, al estar relacionados conformando una estructura, posibilitan la emergencia de unas unidades funcionales abstractas resultantes de su agrupamiento en función de facilitar la comprensión de los fenómenos que representan. Para fines prácticos, estas unidades funcionales que emergen como resultado de crecimiento organizado del sistema, deben ser entendidas como nuevos términos que hacen referencia a porciones de la realidad desprovistas de formas materiales, es decir que su descripción corresponde a la de términos empleados por quienes usan el código para facilitar la acción de referirse a los elementos relacionados que las sustentan. Las consideraciones hechas hasta aquí, permiten definir tres conceptos fundamentales presentados desde otra perspectiva por (Madin, Bowers, Schildhauer, & Jones, 2008) siendo estos las entidades, que corresponden a los elementos de la realidad que son objetos de conocimiento y, para este caso particular, corresponderían a los significados a los que se hace referencia mediante los términos propios del lenguaje científico; las relaciones, que corresponden a la estructura que permite organizar los elementos; y, por último, las clases, entendidas como los términos emergentes y de naturaleza abstracta, mediante los que se agrupan las entidades.
Los vínculos establecidos entre las entidades y las clases son empleados por las ontologías como medios para la construcción de razonamientos asistidos especialmente en el contexto de la lógica computacional tal como lo exponen (Villa, Athanasiadis, & Rizzoli, 2009) quienes mencionan que el proceso de razonamiento automatizado que realizan los ordenadores para utilizar la información en algoritmos de cálculo, se da siguiendo dos operaciones principales, siendo estas la clasificación que permite inferir que la instancia X, una entidad, es una ejemplificación del concepto al que hace referencia Y, una clase, y la subsunción7 que permite inferir que el concepto A, siendo A una
25 entidad, tiene un nivel jerárquico menor que B, que sería entonces una clase; Lo anterior implica que para estar agrupadas en una clase, las entidades deben guardar un conjunto de características similares que permiten asociarlas en grupos; por tanto, cuando se utilice la clase para hacer una referencia generalizada de un conjunto de entidades, a estas se harán extensivas una serie de características que las definen, siendo este el concepto de la propiedad de herencia. Ahora, aplicando la lógica inversa, los términos abstractos que representan las clases pueden emerger dado que las entidades que los sustentan son susceptibles de ser agrupadas al presentar atributos comunes entre ellas, es decir al manifestar valores semejantes para variables comunes entre dichas entidades8; no obstante, aun cuando una entidad presente atributos similares a otras, la configuración de los distintos atributos específicos de la primera permite distinguirla entre un grupo de entidades lo que constituye la definición de identidad.
Lo anterior muestra que los términos empleados para representar la realidad tienen un conjunto de características dentro del modelo de conocimiento del que forman parte, obligando a ejercer un control sobre el uso posterior de estos cuando se empleen para describir o relacionar otras entidades de la realidad; esto posibilita la comprensión entre quienes producen conocimiento en el marco de un cierto dominio del mismo. La función descrita recae sobre los vocabularios controlados que, tal como se ha dicho a lo largo del presente aparte y asemejándose a la definición presentada por (Ma et al., 2010), corresponden conjuntos de términos con unas relaciones determinadas por las características comunes que las definen. Así entonces, los vocabularios controlados pueden definirse como representaciones formales del conocimiento (modelos), que se emplean para el manejo de terminología; la integración, interoperabilidad y el uso colaborativo de datos; o el uso del conocimiento para apoyar decisiones (Yu, 2006). La definición presentada está encarnada en modelos del conocimiento como los glosarios, los diccionarios, las taxonomías, los tesauros, entre otros, que se diferencian en mérito de la cantidad de dimensiones que emplean para representar las relaciones entre los términos que los componen. Una apreciación similar es presentada por (Villa et al., 2009) quienes plantean que los mencionados modelos del conocimiento, varían en función de dos características principales que son la complejidad y la expresividad, pues por ejemplo los glosarios al ser colecciones de términos en los que se presenta la mera definición de un término dejan de lado la posible relación entre los elementos que lo componen, mientras que un diccionario establece relaciones a partir de las definiciones y tanto los tesauros como las taxonomías están construidos para permitir la interpretaciones sobre la clasificación y subsunción de los términos que les componen.
Por su parte, las ontologías corresponden a una conceptualización del conocimiento propuesta por la lingüística computacional que pretendía modelar las relaciones entre los términos que se definían en los vocabularios controlados, manteniendo una estructura lógica procesable por un ordenador evitando los problemas de coherencia ocasionados por sinónimos, homónimos, acrónimos, ambigüedades y errores ortográficos (Eisenacher et al., 2014).
Cabe aclarar que al contrastar las fuentes consultadas para definir el término ‘ontología’ y su ubicación dentro de la teoría del modelamiento del conocimiento no se encontraron acepciones
26 únicas sobre el término, por lo que en el presente trabajo las ontologías se definen como modelos del conocimiento en los que las múltiples relaciones que se establecen entre los elementos que las componen se construyen a partir de las propiedades de los elementos que las componen, por lo que el nivel de importancia de dicha relación está determinado por el contexto según el que se interpreta el contexto; esta definición fue abstraída de la comparación entre los trabajos de (Yu, 2006) (Madin et al., 2008), (Villa et al., 2009) y (Ma et al., 2010), cuya aplicación será evidenciada en el aparte 4.1.3.
Las consideraciones hasta ahora presentadas, permiten evidenciar una ventaja de la ontologías frente a los lenguajes controlados, puesto que ellas abren la posibilidad de establecer múltiples relaciones entre las entidades, permitiéndoles estar presentes en diferentes clases de acuerdo al agrupamiento denotado por el atributo empleado para vincular a las entidades; lo anterior implica que las clases que emergen de las relaciones definidas en una ontología, serían el resultado de una multiplicidad conceptual para las entidades y, por tanto, sería posible establecer distintos grupos de relación, dejando de lado la visión reduccionista del conocimiento representado, para aceptar su naturaleza compleja. Es por esto que con el desarrollo de una ontología dentro del presente trabajo de grado, se espera proponer un conjunto de clases emergentes que brinden nuevas formas de comprender los fenómenos propios del dominio ‘ambiental’ del conocimiento, especialmente aquellos relativos a la funcionalidad química del agua subterránea entendida como un medio reactivo.
4.1.3. Análisis del fenómeno de contaminación desde los conceptos de la programación orientada a objetos. Propuesta de diseño conceptual para una ontología sobre contaminación por componentes traza en el agua subterránea.
Teniendo en cuenta que la acepción sobre las ontologías empleada como referente conceptual para el presente trabajo de grado está influenciada por planteamientos propios de la lingüística computacional, ahondar en los desarrollos teóricos de este dominio del conocimiento permitiría encontrar elementos valiosos que complementen los fundamentos que plantea la presente propuesta, en cuanto a los principios de modelamiento conceptual de la realidad objetiva. Con ese propósito, a continuación se analizan los principios que orientan el paradigma de programación orientada a objetos, aplicando su lógica al modelamiento conceptual de la contaminación por componentes traza en aguas subterráneas. Por ello, inicialmente, el presente aparte presenta las definiciones de los conceptos de método y polimorfismo para posteriormente aplicarlos, junto a los conceptos expuestos en el numeral anterior y así construir el diseño conceptual de la ontología sobre contaminación por componentes traza en aguas subterráneas que hace parte del trabajo de grado planificado mediante el presente documento.
27 presentado a lo largo del presente marco conceptual pues, para la primera, las clases son una especie de ‘plantilla’ que permite predefinir una serie de atributos heredables por las entidades que se agrupan en ésta, recibiendo el nombre de clases hijas o sub clases.
Por su parte, hasta ahora en el presente texto se ha mencionado que las ‘clases’ son términos abstractos que no necesariamente guardan un sustento material y que resultan de la abstracción de las propiedades comunes mediante las que se agrupan las entidades; lo anterior implica que para la OOP primero se define una clase y a partir de ella, se crean entidades, mientras que en el presente texto se defiende que la clase es un resultado del agrupamiento de entidades, concepto que en OOP guarda cierta correspondencia con la propiedad de abstracción.
La anterior puntualización permite comprender que así como se definen unos atributos para las clases que son heredables por las clases hijas (entidades), los métodos también son aplicables a las clases y por lo tanto las operaciones definidas mediante las instrucciones de dichos métodos son extensibles a las clases hijas, aunque el resultado depende también de los atributos que las identifican, por lo que se afirma que al aplicar un método a una clase, los objetos que la componen lo ‘contextualizarán’, siguiendo la lógica de la instanciación, de acuerdo a sus atributos particulares, con lo que se obtienen resultados diferentes para cada uno de ellos; este es el concepto que subyace a la propiedad de polimorfismo descrita por (Gańcza & Paszkiewicz, 1998). Lo anterior hace posible ver que la OOP además de ser un paradigma de programación proveniente de las ciencias de la computación, trae implícita una lógica de conceptualización particular que hace a sus principios conmensurables con las teorías de modelamiento del conocimiento, validando la referencia hecha a la OPP en el marco del presente trabajo.
Si se deseara aplicar la lógica tanto del modelamiento conceptual mediante ontologías, como de la OOP para conceptualizar la realidad objetiva, las consideraciones expuestas desde ambos planteamientos permiten afirmar que un fenómeno puede comprenderse a partir de las entidades materiales que le dan un sustento en la realidad y para comprender dichas entidades pueden seguirse dos acciones: i) describirlas a partir de los atributos que las definen y ii) establecer cuáles son los métodos mediante los que se alteran esos atributos. Lo anterior implica que cada entidad contemplada se convierte en un caso particular, en una posibilidad que resulta de las transformaciones ocasionadas por los métodos que sobre ellas operan o, aplicando los conceptos definidos, en un polimorfismo resultante de la alteración generada dada la influencia de un método al operar sobre una entidad.
28 paradigma de intervención sobre las clases abstraídas, con lo que se lograrían polimorfismos controlados9 en la práctica.
Aplicado al caso específico de la contaminación del agua subterránea debido a la presencia de componentes traza, es pertinente recordar que sobre cada una de estas sustancias operan procesos específicos que componen sus ciclos biogeoquímicos particulares; por lo tanto, estos últimos desde la perspectiva del modelamiento conceptual del presente trabajo de grado, pueden ser vistos como conjuntos de polimorfismos resultantes de la acción que algunos métodos (tipos de reacciones químicas) ejercen sobre las entidades, es decir, sobre las sustancias químicas que componen el agua subterránea asumida como una solución. Bajo esta lógica sería posible agrupar a los componentes traza en clases que darían cuenta de los métodos que los transforman, comprendiendo estas sustancias desde una perspectiva funcional al tomar como característica de agrupamiento los procesos que modifican la composición química del medio que dichas sustancias definen.
Los polimorfismos resultantes de la acción de los métodos, ocasionan un conjunto de nuevas especies químicas que responden a las distintas posibilidades de asociación entre las sustancias presentes en el medio reactivo, siendo algunas de estas formas las que generan una desviación funcional respecto al comportamiento esperado del sistema. Por ello, al conocer las entidades que componen la solución y los métodos que pueden operar sobre éstas es posible anticipar las nuevas entidades que podrían presentarse y, por tanto, predecir los efectos de la acción del método sobre el sistema.
Por lo anterior, si se piensa que las entidades definen al sistema, pero químicamente se transforman para producir nuevas formas de asociación que alteran el funcionamiento del mismo, se podría afirmar que el agente perturbador no sería la sustancia en sí, sino el proceso que genera la nueva entidad con propiedades funcionales diferentes a las presentadas por el sistema antes de sufrir la influencia del método. Bajo esta perspectiva, la contaminación más allá de asociarse con la presencia de una cierta cantidad de masa de una especie química, se relacionaría con el proceso mediante el que se modifica la composición química de un medio específico al alterar las distribuciones de masa entre las especies químicas de los elementos o compuestos presentes; por tanto, al organizar el conocimiento en función de los procesos mediante los que se alteran las entidades químicas del agua subterránea, se hace posible la comprensión de los fenómenos que modifican su normal funcionamiento y, a su vez, es posible evidenciar si además de conocer las propiedades de las entidades, existe igual comprensión sobre los mecanismos mediante los que estas se relacionan.
29 Así entonces para una ontología que represente el estado del conocimiento sobre el fenómeno de contaminación por componentes traza en el agua subterránea, los mecanismos de reacción (métodos) pueden asumirse como la propiedad funcional mediante la que es posible definir las relaciones entre las entidades químicas; además, teniendo en cuenta que el medio estudiado corresponde a un sistema acuoso, los métodos estarían representados por las reacciones químicas propias de este, es decir, aquellas expuestas en el primer acápite del presente marco conceptual. De este modo la lectura de la información científica sobre la que se basa la construcción de la ontología se enfoca en definir cuáles han sido los mecanismos de reacción estudiados para cada entidad que ha sido objeto de reflexión al interior de la comunidad científica, haciendo emerger así las clases que agrupan a las entidades, lo que brinda la posibilidad de interpretar el fenómeno de contaminación desde una perspectiva funcional.
Las anteriores condiciones definen los aspectos mediante los que será organizada la información analizada en el presente trabajo de grado y, consecuentemente, orientarán los tratamientos descriptivos que se harán con miras a la consolidación de un estado del conocimiento sobre contaminación por componentes traza en aguas subterráneas. Por tanto, los instrumentos metodológicos propuestos guardan correspondencia con los planteamientos hasta aquí expuestos. Con su uso dentro de la ejecución de la presente propuesta, se espera hacer un aporte a la perspectiva de comprensión de los fenómenos ‘ambientales’, permitiendo la adopción de perspectivas distintas que brindan sustento teórico propio al dominio ‘ambiental’ del conocimiento.
4.2.
Marco de Referencia
El presente marco de referencia tiene como propósito compilar diversos antecedentes sobre la creación de ontologías en distintos dominios del conocimiento, evidenciando las ventajas que estas crean para la conceptualización de los fenómenos que representan y los aportes que han generado; también, se revisa la existencia específica de modelos del conocimiento propios del dominio ‘ambiental’ y de la geoquímica. Asimismo, se hace énfasis en el diseño metodológico de los desarrollos de estos modelos y las pautas empleadas para su creación, siendo de especial atención los tratamientos tanto cualitativos como cuantitativos que han conducido a la definición de clases a la hora de agrupar entidades de la realidad. Con este apartado se espera crear un conjunto de orientadores para planificar el desarrollo metodológico del presente trabajo.
4.2.1. Creación y uso de ontologías para la interacción con el Conocimiento Formalizado
30 Por ejemplo como lo muestran (Weng & Chang, 2008), al emplear ontologías como método para la organización de datos se pudo establecer un conjunto de perfiles para los usuarios de bases de datos de información académica y, consecuentemente, asesorar sus búsquedas haciendo más eficiente la consulta y recuperación de la información almacenada. Lo anterior se logró matematizando un conjunto de parámetros asociados con el interés de búsqueda y el interés del tema buscado, incluyéndolos en un algoritmo que almacenaba y medía los datos enviados por los usuarios a través de una interfaz, procesando la información para encontrar el conjunto de datos más recurrentes y en los que empleaba más tiempo de consulta. Posteriormente, esto permitió asesorar sus búsquedas en función de un conjunto de valores asignados a los textos en la base de datos objeto de consulta, generando desviaciones de apenas el 5% o 6% respecto al tema de interés.
Recordando que las ontologías son modelos de un dominio del conocimiento que se basan en la organización de las entidades a partir de la definición formal de sus relaciones, es posible ver su uso como una estrategia para la estructuración del conocimiento permitiendo, inicialmente, su comprensión (aprendizaje) y, posteriormente, su desarrollo (producción). Esta perspectiva es la que se busca adoptar en el presente trabajo pues inicialmente, se espera reconocer un conjunto de términos que se emplean para abordar el problema de la contaminación del agua subterránea dada la presencia de componentes traza y consecuentemente, organizarlos en función de unas propiedades específicas, mostrando sus posibilidades de asociación y la repercusión que dicha asociación podría traer para el desarrollo de conocimiento en función de la adaptación de los procesos humanos en la realidad objetiva.
Figura 1. Conjunto de procesos para el desarrollo de una ontología base en un dominio a partir de
handbooks. Fuente: (Hsieh, Lin, Chi, Chou, & Lin, 2011)
Este mismo tipo de perspectivas, es adoptada en el trabajo de (Hsieh et al., 2011) quienes, basados en la tabla de contenido de un Handbook10 sobre ingeniería de sismos, desarrollaron una
ontología que sirviera como base del conocimiento en dicho dominio. El procedimiento empleado
