Eutrofització

L'eutrofització és procés d'acumulació de sals minerals nutrients (especialment nitrats) a les aigües superficials, que comporta un creixement massiu d'algues.^[1] És una paraula científica feta d'eutròfia, del grec: eutrophia (combinació de eu ‘bé’ i trophé ‘alimentació’ que significa l'alimentació normal d'un organisme.^[2]

Amb la calor i la contaminació un llac com aquest queda cobert d'algues i bacteris amb emissió de gas en bombolles durant un parell de setmanes

Es parla d'eutrofització quan, per accions humanes, es creen circumstàncies en les quals organisme proliferen massa, i entre d'altres, en cossos d'aigua de superfície consumeixen l'oxigen i posen en perill altres organismes aquàtics.

Es provoca per l'abocament d'aigües residuals urbanes i industrials i d'efluents dels camps de conreu que contenen un excés de fertilitzants o de femta. Són perjudicials per a l'ecosistema aquàtic, ja que aporten molt de nitrogen i fòsfor al medi i, d'aquesta manera, hi provoquen el desequilibri. Entre els efectes negatius de l'eutrofització hi ha la hipòxia ambiental i l'escassetat d'oxigen en l'aigua.

Amb l'augment de nutrients, els organismes fotosintètics proliferen i això provoca una disminució d'oxigen dissolt a l'aigua, el que crea un perill per altres organismes aquàtics.^[3] Tota la biomassa que ha crescut en aquestes condicions acaba morint i sedimentant en l'hipolimni. Es consumeix tant oxigen dissolt en aigua per a poder descompondre aquesta matèria orgànica que s'esgota. En un ecosistema eutrofitzat solen quedar-hi només els organismes detritivors, que al descompondre la matèria orgànica de l'aigua desprenen metà, àcid sulfúric i altres substàncies que poden atènyer nivells tòxics. També alliberen sofre, que tenyeix l'aigua de color verd. N'és un exemple la marea vermella causat per la proliferació de dinoflagel·lats, tòxics per l'humà, quan menja mol·luscs bivalves que se'n nodreixen.^[4]

Aquest article o secció no cita les fonts o necessita més referències per a la seva verificabilitat.

Un bon indici per a saber si un sistema està eutrofitzat és observar el color dels sediments del fons del cos d'aigua. Els sediments dels llacs oligotròfics són clars i contenen gran varietat de formes de vida, mentre que en el cas dels llacs eutròfics, el sulfat de ferro i la matèria orgànica sense oxidar els donen un color fosc, i únicament poden viure algunes espècies adaptades a les condicions anaeròbies o anòxiques. A l'Estat espanyol, gairebé un 45% dels 800 embassaments que hi ha tenen un cert grau d'eutrofització. Al País Valencià, només l'embassament de Beniarrés es considera totalment eutrofitzat.^[5]

Exemples d'algues que proliferen en aigües eutròfiques són les clamidomones, unes algues verdes unicel·lulars i la flor d'aigua, una massa flotant d'algues microscòpiques, bàsicament esquizofícies (Microcystis, Oscillatoria, Anabaena, etc.), que formen, a l'estiu, capes mucilaginoses, d'una olor desagradable.

Eutrofització al riu Potomac amb creixement de cianobacteris.

Química de l'eutrofització

L'eutrofització de l'aigua prové d'un excés de nutrients per a certs organismes, que creen problemes quan proliferen. El procés és causat per l'atròfia de les algues, el bioplasma de les quals es troba compost per energia solar i substàncies inorgàniques mitjançant la fotosíntesi, segons aquesta reacció bioquímica:

106 CO₂ + NO₃^- + HPO₄^2- + 122 H₂O + 18 H⁺→ C₁₀₆H₂₆₃O₁₁₀N₁₆P (bioplasma de l'alga) + 138 O₂

El nitrogen inorgànic i el fòsfor són els factors que provoquen aquest procés.

Com es mesura l'eutrofització

El nitrogen i el fòsfor són dos factors que influencien directament al procés d'eutrofització. Per això, com fins ara no hi ha uns criteris fixos per avaluar i quantificar aquest procés a les aigües, aquests esdevenen dos dels paràmetres que avaluaran el nivell d'eutrofització del medi.

Estudis a diferents medis aquàtics van concloure que hi ha eutrofització quan la concentració de nitrogen supera els 300 µg/L i la del fòsfor els 20 µg/L.^[6][7]

Control de nitrogen i fòsfor

El fòsfor esdevé una eina per controlar el creixement d'algues i de la biomassa en aigües superficials. Controlar la quantitat de fòsfor present és molt menys costós que controlar el nitrogen, ja que la fixació de nitrogen gas pot proporcionar algues amb nitrogen làbil. Per això, els llacs que siguin deficients en nitrogen, a la llarga, acabaran acumulant-lo, fent així limitar i disminuir la quantitat de fòsfor present.^[8]

Pel que fa al control de fòsfor, la càrrega d'aquest de l'aigua es redueixi prou per a induir i sostenir estable la quantitat d'algues presents. Quan les fonts d'aquest són prou estables per a ser mesurades, no n'hi ha prou per a reduir la biomassa de les algues. Per això arribem a un equilibri entre el nitrogen i el fòsfor que evita l'eutrofització.

Pel que fa al control del nitrogen i la seva limitació, el que es fa és llençar el nitrogen indiscriminadament d'una zona de l'aigua a una altra a través d'una xarxa de drenatge, estimulant així el creixement de les algues en zones pobres i el decreixement en zones riques. D'aquesta forma fem més estable el contingut en nitrogen i evitem l'eutrofització.

Factors que influeixen en l'eutrofització de l'aigua

L'excés de nitrogen i fòsfor és la condició més important perquè es produeixi l'eutrofització, però no l'única. Altres factors que afecten el procés són:

Excés de nutrients

L'augment de les concentracions de N i P en l'aigua és el principal causant de l'eutrofització. La fórmula química del bioplasma de les algues (basada en la seva composició) és C₁₀₆H₂₆₃O₁₁₀N₁₆P. Com es dedueix de la fórmula, el N i el P són els dos elements amb concentració més baixa, especialment el P que és el principal factor sue limita el control del creixement d'algues.^[9] Un 80% de l'eutrofització en llacs i pantans prové del P, un 10% pel N i l'altre 10% per altres factors.^[10]

En aquest sentit, la relació de Redfield (relació Si:N:P) és un indicador molt important de quin element és el que limita l'eutrofització. Quan tenim un ecosistema amb prou nutrients, la relació és de 16:16:1. Si la relació entre N i P és 16:1, el factor limitant és el P i, si la relació és més petita, ho és el N. També s'ha observat que el P és el factor limitant en la majoria d'ecosistemes d'aigua dolça, mentre que el N és el factor limitant en ecosistemes marins.^[6]

La composició química de l'aigua és un factor important que afecta l'abundància i la composició del fitoplàncton. El creixement del fitoplàncton és influenciat per la concentració de silicat dissolt i per la relació amb el nitrat present. Si aquesta relació baixa, es redueix el creixement de diatomees (unes algues beneficioses pels ecosistemes aquàtics) i s'afavoreix el creixement d'algues perilloses i nocives.^[11]

Hidrodinamisme

Les pertorbacions de l'aigua poden afectar el creixement de determinades algues que aprofiten l'eutrofització. En aigües poc profundes, la pertorbació de l'aigua produeix l'alliberament de més fòsfor (P) per part dels sediments. En sistemes d'aigua amb més profunditat, els efectes hidrodinàmics són poc presents en les capes més superficials i gairebé no afecten la qualitat de l'aigua, això no obstant, en les capes més profundes, provoquen l'augment de sòlids en suspensió que porta a la resuspensió de part dels sediments amb el consegüent augment de nutrients.^[6]

Factors ambientals

Els principals factors ambientals que es relacionen amb l'eutrofització són:

• Temperatura i salinitat: són dos dels principals factors que afecten el creixement d'algues. Les condicions adequades perquè es produeixi la proliferació d'algues són un fort increment de la temperatura i una forta disminució de la salinitat en molt poc temps. La salinitat està molt influenciada per la presència de nutrients, de manera que es veu afectada negativament per NO₃^- i PO₄^3-, positivament per NH₄⁺ i no es veu afectada per NO₂^-.
• Nivell de CO₂: el principal efecte del CO₂ és que es converteix en limitant de la fotosíntesi per al fitoplàncton, controlant així el creixement d'aquests organismes.
• Llum: té un paper molt important en el creixement de la flora aquàtica. S'ha observat un increment en el creixement d'algues coincidint amb un increment de la il·luminació. La proliferació d'algues provoca que la llum s'absorbeixi en les capes més superficials de l'aigua i n'arribi molt poca a les aigües més profundes. Això provoca que no hi hagi l'oxigen necessari per a la descomposició dels sediments.
• Altres factors ambientals són el pH o l'oxigen dissolt: el pH és un factor limitant en el creixement de les plantes. Està directament relacionat amb la disponibilitat de nutrients, ja que determina els estats d'oxidació de moltes espècies presents en l'aigua i, per tant, la possibilitat de ser absorbits i utilitzats pels organismes presents. Per la seva part, l'oxigen dissolt està lligat al contingut de fitoplàncton d'un determinat ecosistema aquàtic.

Activitat microbiana i biodiversitat

L'activitat microbiana és el factor que indueix la proliferació d'algues. La quantitat de matèria orgànica que conté un medi aquàtic és el que determina la quantitat de biomassa microbiana que hi és present. La descomposició d'aquesta matèria orgànica produeix nutrients i substàncies orgàniques que poden ser nocives per determinats tipus d'algues, però que causen la proliferació d'unes altres produint l'eutrofització.^[6]

Nocivitat de l'eutrofització

A l'hora de parlar de la nocivitat, hem de tenir clar que l'eutrofització és un procés el qual pot descompondre l'equilibri intrínsec de l'ecosistema de l'aigua i conduir al dany d'aquest i la degeneració gradual de les seves funcions.

Òbviament, afecta directament la qualitat de l'aigua. Per tant, la poca llum que entri a l'aigua afectarà la fotosíntesi de les plantes debilitant-la o, fins i tot, aturant-la.

També pot causar la manca d'oxigen dissolt en l'aigua, que pot ser perillosa pels animals aquàtics, i provocar la mort d'alguns d'ells.

En conseqüència, podem afirmar que la principal causa de l'eutrofització és la contaminació química, de la qual hi ha diferents tipus:

1. La contaminació de sòls i aigües subterrànies. Això pot ser degut a fertilitzants d'origen industrial o extractiu, per excrements d'animals o producció de bestiar, aus, peixos, etc. Tot això aporta nitrogen (en forma de nitrats o amoni) i fòsfors (en forma de fosfats). També aporten altres cations com Mg²⁺, K⁺, etc.
2. La contaminació a causa de residus forestals. Això provoca l'augment de matèria orgànica dissolta, que afavoreix la proliferació d'algunes algues i altera la transparència de l'aigua.
3. La contaminació atmosfèrica produïda pels òxids de nitrogen (NOx) i òxids de sofre (SOx). Aquests òxids al reaccionar amb l'aigua formen l'ió nitrat (NO₃^-) i l'ió sulfat (SO₄^2-) que després formen les respectives sals. Aquestes sals aniran a parar a aqüífers i rius provocant la seva contaminació. La massiva incorporació de nutrients donarà lloc a l'eutrofització, que afectarà llacs, rius, embassaments i altres aigües superficials.
4. La contaminació urbana produïda pels efluents urbans. Aquest tipus de contaminació aporta residus inorgànics i orgànics.

Influència als ecosistemes

Llacs i rius

L'eutrofització pot tenir causa humana o ser natural. L'afluència de les aigües residuals i l'arribada de part dels fertilitzants usats en agricultura són exemples d'eutrofització per causa humana. Tanmateix, pot ocórrer de manera natural en situacions en què s'acumulen els nutrients (per exemple, medis deposicionals) o per lux dins de sistemes de base efímera. L'eutrofització generalment promou un creixement excessiu de plantes i la seva descomposició, afavorint les algues senzilles i el plàncton en detriment de les plantes més complexes i causa una reducció severa de la qualitat de l'aigua. Entre els problemes que causa hi ha la reducció de l'oxigen que necessiten els peixos per sobreviure. L'aigua esdevé tèrbola, típicament acolorida, de color verd, groc, marró o vermell. També fa disminuir el valor de rius, llacs i estuaris per a usos recreatius, de pesca i gaudi estètic. Hi pot haver problemes per la salut relacionats amb l'ús i tractament d'aquesta aigua per a beure.^[12]

L'eutrofització està reconeguda com un problema de contaminació als llacs i embassaments d'Europa i Amèrica del Nord des de la meitat del segle xx.^[13] Des d'aleshores s'ha estès encara més. Les investigacions mostren que el 54% dels llacs d'Àsia són eutròfics; a Europa, el 53%; a Amèrica del Nord, 48%; a Amèrica del Sud, 41%; i a l'Àfrica, el 28%.^[14]

La magnitud de l'eutrofització va arribar al seu punt més alt quan, l'any 1960, el Llac Erie, el més petit dels Grans Llacs d'Amèrica del Nord, va passar a ser considerat un llac mort.^[15]

Encara que normalment la causa és l'activitat humana, pot ser també un procés natural, particularment en els llacs. Alguns llacs experimenten el procés invers a l'eutrofització, que s'anomena meiotrofització, passant a tenir menys concentració de nutrients al llarg del temps.^[16][17]

L'eutrofització també pot ser un procés natural que ocorre amb la inundació de les planes sota clima tropical, per exemple en la conca del riu Zambezi.^[18]

Un altre dels problemes dels sistemes lacustres és la contaminació amb substàncies davant de les quals el sistema no té mecanismes de resposta (metalls pesants, plaguicides). Generalment, els efectes són més greus i immediats en masses petites d'aigua (rius), mentre que les grans masses (llacs i embassaments) actuen com a cubetes de decantació. No obstant això, si l'aportació de contaminants és constant, els efectes s'agreugen a causa dels processos de bioconcentració, bioacumulació i biomagnificació.^[5]

Aigües oceàniques

L'eutrofització és un fenomen comú en aigües costaneres. En contrast amb els sistemes d'aigües dolces, el nitrogen a les aigües marines, els estuaris tendeixen a ser de manera natural eutròfics per l'arribada de nutrients des dels sòls que es concentren en un canal confinat. La surgència de nutrients en els sistemes litorals també incrementa la productivitat i el creixement d'algues.

El World Resources Institute ha identificat 375 zones costaneres al món amb problemes d'hipòxia que estan concentrades a Europa occidental, les costes est i sud dels Estats Units i Àsia oriental, particularment el Japó.^[19]

Ecosistemes terrestres

Els ecosistemes terrestres estan subjectes a impactes adversos similars als aquàtics davant l'eutrofització.^[20] L'increment de nitrats en el sòl és sovint no desitjable per les plantes. Moltes plantes terrestres estan amenaçades per l'eutrofització del sòl, com passa en la majoria de les orquídies d'Europa.^[21] Els prats, boscos i torberes estan caracteritzats per un baix nivell de nutrient, on creixen espècies de plantes de forma lenta i poden ser superades per les nitròfiles de creixement ràpid, que són més competitives i més altes.

Hi ha un límit en la quantitat de nitrogen que pot ser utilitzat per les plantes; si els ecosistemes reben massa nitrogen, es diu que està saturat de nitrogen, i aquests ambients saturats poden contribuir a l'eutrofització de les aigües.^[22] També és el cas del fòsfor, però en ser menys mòbil (soluble) que el nitrogen prové principalment de l'agricultura.^[23]

Autodepuració

Els llacs i embassaments tenen la capacitat d'autodepurar-se. Així, la matèria orgànica que no s'oxida completament es converteix en un sediment que precipita i, com a conseqüència, elimina part del carboni de l'aigua. D'altra banda, es produeix una desnitrificació pel fet que determinats bacteris transformen els nitrats i nitrits en amoni i, finalment, en nitrogen gasós que es perd en l'atmosfera. El fosfat en excés pot precipitar en els sediments, acompanyant al calci en la regulació del pH pel sistema carbonat-hidrogencarbonat-àcid carbònic. Per tant, també és retinguda part de la concentració en els sediments. Si no es produeixen noves aportacions, el sistema s'anirà equilibrant en els cicles següents, fins que s'acabi recuperant en uns quants anys.^[24]