Lluvia ácida: componentes ácidos y resistencia de especies acuáticas

Investigo los componentes ácidos presentes en la lluvia ácida y establezco su relación con las especies que se encuentran en ríos y mares.

Paso 1. ¿Qué componentes ácidos hay en la lluvia ácida?

La lluvia ácida se forma cuando gases emitidos por la combustión de combustibles fósiles se disuelven en el agua de la atmósfera y reaccionan con ella. Los principales son:

1. El dióxido de azufre (\text{SO}_{2}), proveniente de la quema de carbón y petróleo, que se oxida en la atmósfera y forma trióxido de azufre (\text{SO}_{3}), el cual reacciona con el agua de lluvia produciendo ácido sulfúrico:

\text{SO}_{2} + \text{H}_{2}\text{O} \rightarrow \text{H}_{2}\text{SO}_{3}

2\,\text{SO}_{2} + \text{O}_{2} + 2\,\text{H}_{2}\text{O} \rightarrow 2\,\text{H}_{2}\text{SO}_{4}

2. Los óxidos de nitrógeno (\text{NO}_{x}), producidos por los motores de vehículos y centrales térmicas, que en presencia de luz y oxígeno generan dióxido de nitrógeno y luego ácido nítrico:

4\,\text{NO}_{2} + \text{O}_{2} + 2\,\text{H}_{2}\text{O} \rightarrow 4\,\text{HNO}_{3}

3. En menor medida, el dióxido de carbono disuelvio forma ácido carbónico, el que otorga a la lluvia normal un pH cercano a 5{,}6:

\text{CO}_{2} + \text{H}_{2}\text{O} \rightleftharpoons \text{H}_{2}\text{CO}_{3}

La lluvia ácida normalmente presenta un pH inferior a 5{,}0. El pH se define como:

\text{pH} = -\log[\text{H}^{+}]

Por lo tanto, un descenso de 1 unidad de pH equivale a un aumento de 10 veces la concentración de iones hidrógeno: [\text{H}^{+}] = 10^{-\text{pH}}.

Paso 2. ¿Cómo se relaciona con las especies de ríos y mares?

1. Los ríos y lagos tienen poca capacidad de amortiguación (poca materia orgánica y pocos carbonatos), así que un aporte de \text{H}^{+} produce un descenso rápido del pH.
2. El agua de mar es muy amortiguada por el sistema carbonato (\text{CO}_{3}^{2-}/\text{HCO}_{3}^{-}), por eso el océano absorbe el exceso de \text{H}^{+} con menor variación de pH; sin embargo, ese mismo proceso consume carbonatos y favorece la corrosión de los conos de caliza y de los esqueletos calcáreos.
3. A pH bajo se moviliza aluminio (\text{Al}^{3+}) del suelo, que es tóxico para las branquias de los peces, y aumenta la solubilidad del mercurio metálico, lo que eleva su bioacumulación en la cadena trófica.

1. Son más resistentes las especies que toleran amplios rangos de pH (euryácidas) y que carecen de conchas o caparazones calcáreos.
2. En los ríos destacan las truchas arcoíris (Oncorhynchus mykiss), los salmónidos adultos de algunas poblaciones adaptadas, las larvas de insectos efémeros (Ephemeroptera) y de tricópteros (Trichoptera) en los cursos bien oxigenados, además de crustáceos como Daphnia spp. y Cyclops spp.
3. También son resistentes los organismos productores primarios acuáticos: algas verdes filamentosas (Cladophora, Spirogyra), diatomeas y cianobacterias, muchos de los cuales obtienen su energía mediante fotosíntesis y no dependen del calcio disuelto; y las bacterias aerobias y anaerobias del sedimento, que regulan su pH interno.
4. Algunos macroinvertebrados resistentes son los oligoquetos y los anélidos acuáticos (Tubifex spp.) y los moluscos gasterópodos de hábitat en aguas con alta alcalinidad natural.
5. Finalmente, las plantas acuáticas sumergidas (macrofitos) como Elodea spp. o Myriophyllum spp. pueden amortiguar el pH local mediante la fotosíntesis, que consume \text{CO}_{2} y eleva el pH del medio circundante.

Respuesta (2.a): las especies euryácidas, sin concha calcárea, con membranas menos permeables y sistemas de osmorregulación fuertes, como truchas, cianobacterias, diatomeas, Daphnia, Tubifex y macrofitos sumergidos.

\text{CaCO}_{3} + \text{H}_{2}\text{SO}_{4} \rightarrow \text{CaSO}_{4} + \text{H}_{2}\text{O} + \text{CO}_{2}

\text{CaCO}_{3} + 2\,\text{HNO}_{3} \rightarrow \text{Ca(NO}_{3})_{2} + \text{H}_{2}\text{O} + \text{CO}_{2}

Esto impide la formación de la concha y obliga al organismo a gastar más energía en calcificación, reduciendo su crecimiento y reproducción.

Por qué: el pH bajo desplaza el equilibrio de la caliza disuelta (\text{CaCO}_{3}/\text{Ca(HCO}_{3})_{2}), reduce la disponibilidad de carbonatos, altera el equilibrio ácido-base del organismo, aumenta la toxicidad de los metales pesados (Al, Hg, Cd) y compite con la captación de iones (\text{Ca}^{2+}, \text{Na}^{+}, \text{Cl}^{-}) indispensables para la osmorregulación, ya que el exceso de \text{H}^{+} reemplaza estos cationes en los intercambios iónicos.

Respuesta (2.b): son menos resistentes los anfibios, las huevas y larvas de peces, y los moluscos, corales y protozoos calcáreos, porque el pH bajo disuelve sus conchas de \text{CaCO}_{3}, altera su osmorregulación y moviliza aluminio y mercurio tóxicos.