D.Aplicaciones medioambientales
La contaminación del medio ambiente
La contaminación del medio ambiente es en la actualidad un problema mundial al que es preciso hacer frente de inmediato. En los últimos años, las medidas para disminuir la contaminación y aumentar la seguridad del medio ambiente han ocupado un lugar prominente en los programas sociales y políticos de muchos países.
Antes de cualquier iniciativa para reducir la contaminación es necesario conocer con certeza tres factores:
- Cantidades de las sustancias contaminantes y lugares en que se presentan.
- Causas de la contaminación.
- Remedio adecuado para evitar la contaminación, sin crear otros efectos no desados.
En la mayoría de los casos los isótopos radiactivos y no radiactivos es de gran utilidad para contestar a las dos primeras preguntas.
¿Qué es el efecto invernadero?
Este fenómeno evita que la energía solar recibida constantemente por la Tierra vuelva inmediatamente al espacio, produciendo a escala mundial un efecto similar al observado en un invernadero.
Aplicaciones de las técnicas isotópicas
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Medida de gases contaminantes. Se ha desarrollado un método ingenioso y simple para calcular las liberaciones de CO2 en la atmósfera local de una zona industrial: las plantas captan C-14 procedente de las radiaciones cósmicas, en forma de CO2 y también incorporan el CO2 emitido por las industrias de la zona, por lo que determinando la proporción de C radiactivo y no radiactivo se puede determinar la emisión total de CO2 en la zona.
- Eliminación de contaminantes. Los isótopos no sólo son útiles para estudiar el desplazamiento en aire de las sustancias contaminantes. Los métodos nucleares, como la irradiación con haces electrónicos en presencia de amoniaco, son muy útiles para eliminar gases contaminantes, incluidos los gases del efecto invernadero. Estos métodos tienen entre otras muchas ventajas el que los subproductos generados pueden ser utilizados como fertilizantes agrícolas (proyecto piloto en Polonia).
- Estudio de cambios climáticos del pasado. La comprensión de los cambios climáticos que tuvieron lugar en el pasado encierra la clave para predecir los cambios futuros. Los isótopos son un importante instrumento utilizado para ampliar el análisis espacial y temporal de los procesos climáticos. Tanto los isótopos radiactivos como los estables han servido de importante recurso para el estudio de parámetros relacionados con el clima, entre ellos la temperatura del aire de la superficie, la humedad relativa de la atmósfera y la cantidad de precipitación.
En determinados nodos del ciclo del agua, las signaturas isotópicas y sus cambios a lo largo del tiempo quedan preservados en diversos archivos de depósito. Las variaciones de las composiciones isotópicas que ocurren en estos archivos proporcionan una ventana a través de la cual pueden observarse los sistemas hidrológicos y climáticos del pasado. Los isótopos son semejantes a registros naturales de datos o huellas dactilares presentes en el interior de la molécula de agua y de las sustancias químicas y las trazas metálicas que se disuelven en el agua.
Contaminación del agua
Los nitratos son uno de los contaminantes del agua subterránea más comunes y nocivos. El análisis isotópico del nitrógeno de muestras de agua subterránea puede ayudar a identificar las fuentes de contaminación de nitratos y facilitar la adopción de medidas de mitigación adecuadas.
Se está impulsando el uso de aceleradores de haces de electrones avanzados para desinfectar agua para beber y aguas residuales.
Contaminación del suelo
Cuando la contaminación del medio ambiente comenzó a considerarse un serio problema, el interés se centró en la contaminación del aire y el agua, tal vez por ser más visibles. El problema de la contaminación del suelo se descuidó durante mucho tiempo, pero actualmente se considera que tiene una importancia similar a la de las otras fuentes de contaminación ambiental. Es importante resaltar el papel que juega el suelo en la posible aparición de sustancias contaminantes en la cadena alimentaria del hombre.
La agricultura emplea las mayores cantidades de productos químicos que penetran en el suelo como fertilizantes o plaguicidas. Los plaguicidas venenosos deben probarse cuidadosamente para garantizar su descomposición en productos que no representen amenaza para el hombre o los animales. Una aplicación importante de los isótopos es determinar la descomposición de los productos y su destino.
Otro problema agrícola medioambiental es el de los fertilizantes no utilizados que se descomponen en productos de oxidación del nitrógeno y que por lo tanto pueden convertirse en un problema grave.
Las técnicas nucleares son ideales para evaluar con exactitud la contaminación y, en muchos casos, permiten determinar la fuente exacta de la misma. Existen muchas formas de contaminación del suelo que ocurren todos los días, como la filtración de tuberías que contienen por ejemplo excrementos humanos o petróleo, o los derrames superficiales de productos químicos transportados, con respecto a las cuales los métodos isotópicos desempeñan un papel importante.
Una aplicación concreta de las radiaciones ionizantes es en los lodos de depuradoras municipales. Estos lodos contienen metales pesados orgánicos y múltiples contaminantes patógenos. Estos lodos una vez higienizados pueden ser utilizados como abonos agrícolas. La eliminación de patógenos (desinfección) puede realizarse mediante irradiación, la cual se realiza una vez el lodo ha sido sometido a un proceso de secado.
Erradicación de plagas
Si bien algunos insectos son importantes para mantener el equilibrio ecológico natural, también hay que tener en cuenta que compiten con el hombre por la obtención de alimentos y amenazan la salud de los animales y de los seres humanos. Algunos insectos destruyen valiosos cultivos alimentarios, estimándose que a escala mundial las pérdidas de las cosechas ocasionadas por los insectos pueden ascender a más del 10% de la cosecha total, lo que equivale a perder la producción de todo un país como EE.UU.
Tradicionalmente la lucha contra las plagas de insectos se ha realizado empleando productos químicos (insecticidas). Ello ha creado a veces problemas de contaminación ambiental y de presencia de residuos tóxicos en nuestros alimentos. Además, muchos insectos han desarrollado resistencia a los insecticidas, lo que se traduce en la utilización de cantidades cada vez mayores de estos productos. Por lo tanto hace ya muchos años que era evidente la necesidad de nuevos criterios y metodologías de lucha contra los insectos.
La técnica de insectos estériles (TIE)
¿En que consiste la técnica?
Para la TIE los insectos cuya plaga se quiere erradicar, se producen en grandes plantas de cría para posteriormente esterilizarlos sexualmente con radiación gamma y liberarlos al medio ambiente. Cuando los insectos estériles se aparean con los insectos silvestres no se producen crías, lo que hace que la población de insectos (plaga) disminuya progresivamente.
La TIE es una técnica muy eficaz y respetuosa con el medio ambiente, ya que sólo se verá afectado el insecto que se quiere erradicar. La técnica es más eficaz cuando menor es la densidad de insectos en la plaga. Además, la TIE puede utilizarse junto con métodos más tradicionales, como el uso de insecticidas.
Son muchos los insectos que han sido erradicados con la TIE, algunos de ellos son:
Gusano barrenador del Nuevo Mundo
El gusano barrenador ha sido
históricamente una de las plagas más destructivas y costosas que atacan a los
animales de sangre caliente, tanto domésticos como silvestres, e incluso al
hombre.
El gusano barrenador del Nuevo Mundo es producto del ciclo biológico de la mosca cuyo nombre científico es Cochiliomyia homnivorax. El ciclo de vida del parásito dura aproximadamente 21 días. La mosca hembra ya fecundada pone sus huevecillos en las heridas abiertas de animales o seres humanos, donde después eclosionan y sus larvas penetran desgarrando el tejido y se alimentan del líquido que se forma. A los siete días, las larvas caen al suelo, donde se entierran para convertirse en pupas. Después de siete días a dos meses, las moscas adultas emergen para completar el ciclo biológico. La mosca tiene casi el doble del tamaño de una mosca casera corriente, es de color azul verdoso y tiene ojos grandes de color rojizo anaranjado.
El barrenador se distingue de otras especies de larvas porque sólo se alimenta de tejido vivo, nunca de tejido muerto. Una vez que infesta la herida de un animal o humano, el gusano barrenador puede hasta matarlo, literalmente se lo come vivo.
La manera de eliminar el parásito fue descubierta en los años 30, cuando se observó que la mosca podía ser esterilizada sexualmente utilizando radiaciones ionizantes, ya que la hembra se aparea una sola vez en su vida y al hacerlo con un macho estéril los huevecillos depositados por ella no nacen, haciendo posible la erradicación. En 1976 se inició su producción en una planta de moscas estériles de Chiapa de Corzo (México), donde se producen 300 millones de insectos por semana. La esterilización sexual se lleva a cabo irradiando los insectos con rayos gamma (Cs-137) a una dosis de 70 Gy. El Programa de erradicación del gusano barrenador del Nuevo Mundo ha logrado progresos fundamentales en la lucha contra el parásito en EE.UU., México, Centroamérica y norte de África.
Mosca de la fruta mediterránea
Gran parte de la fruta producida en el mundo es infestada por este insecto. La mosca no sólo daña la fruta sino que impide a los países infestados su exportación a países no afectados por la plaga.
Mosca tsé tsé
Las zonas que aparecen en rojo, son aquellas que están infestadas con la mosca tsé-tsé en África
Mosquito transmisor de la malaria
La malaria es la enfermedad transmitida por insectos más importante del mundo. Globalmente hay entre 300 y 500 millones de casos clínicos de malaria al año. Ello produce dos millones de muertes anuales (¡Una muerte cada 30 segundos!) y más del 90% de ellas ocurren en África subsahariana. Más del 90% de los afectados son niños menores de 5 años. La causa de la enfermedad son parásitos del género Plamodium y sólo se transmiten por los mosquitos hembra del género Anopheles.
En ciertas regiones los parásitos han desarrollado resistencia a las drogas utilizadas para combatir la malaria. Así, la barata droga contra la malaria, cloroquina no es ya efectiva contra muchas subespecies de parásitos. En estos casos hay que recurrir a otras drogas mucho más caras. Debido a que nuevas variedades del parásito de la malaria están continuamente evolucionando y mostrando una mayor resistencia a las drogas utilizadas en la actualidad, el seguimiento rutinario del desarrollo de resistencia a drogas es una actividad esencial para todo programa de control de la malaria.
Polilla gitana
Existe otra variedad de la TIE, conocida como Técnica de esterilidad heredada, que ha dado buenos resultados en las polillas. En ciertos insectos, como las polillas, la exposición a las dosis de radiación ionizante necesarias para esterilizarlas, produce alteraciones adicionales en los insectos como por ejemplo cambios es sus prácticas reproductoras. Los científicos han observado que algunos de esos insectos pueden irradiarse con dosis más bajas, lo que no los esteriliza totalmente, pero determina que sus descendientes si sean estériles. Las infestaciones de la polilla gitana se han erradicado en varios lugares aislados de los EE.UU. con empleo de esta técnica.
Aplicaciones hidrológicas
La escasez y degradación del agua son causa de creciente preocupación para los países de todo el mundo. Hoy día, más de un billón de personas no tiene acceso a agua limpia. Según la FAO la demanda de agua dulce se está duplicando cada 21 años. A medida que la contaminación industrial, agrícola y doméstica amenaza los recursos finitos, el agua resulta un recurso cada vez más valioso
El agua es uno de los bienes más preciados que tenemos, ya que sin agua, no hay vida.
Está claro que si no se organizan mejor los recursos hídricos podría producirse una reducción del crecimiento económico y plantearse peligros potenciales para la salud humana y el medio ambiente.
La hidrología isotópica permite conocer el comportamiento del agua y ayuda a establecer las bases para un uso racional de este valioso recurso. Los isótopos radiactivos, tanto naturales como artificiales, pueden resolver o ayudar a resolver importantes problemas hidrológicos. Una ventaja de las técnicas nucleares es que pueden ofrecer una respuesta definitiva en poco tiempo y que las mediciones son relativamente baratas.
Las técnicas isotópicas pueden ser de gran utilidad para impulsar el desarrollo y aprovechamiento de los recursos hídricos en cualquier lugar. Estas técnicas proporcionan información inestimable sobre las fuentes, el movimiento y el volumen de agua en distintos medios, incluidos ríos y lagos y resultan particularmente útiles para investigar las reservas de agua que existen bajo la superficie de la tierra, las aguas subterráneas.
¿Qué información pueden aportar los isótopos en hidrología?
La aplicación de técnicas isotópicas en hidrología va a permitir obtener información muy valiosa sobre las aguas subterráneas, en lo que se refiere a su origen, edad, distribución, calidad del agua, presencia y mecanismos de recarga o existencia de interconexiones entre los cuerpos de agua subterránea (acuíferos). Estas técnicas también pueden ayudar a conocer mejor aspectos muy diversos de las aguas superficiales, como son la dinámica de lagos y embalses, posibles filtraciones de las represas, descargas de los ríos, transporte de sedimentos suspendidos y del fondo, la tasa de sedimentación y otros datos sobre litología, porosidad y permeabilidad de acuíferos.
¿Cómo
pueden los isótopos ayudarnos a conocer los recursos hídricos?
Isótopos naturales como el tritio
(H-3) y el radiocarbono (C-14) se producen en ínfimas cantidades en la
atmósfera. Estos isótopos son radiactivos, lo que significa que se desintegran
con el tiempo. Estos se infiltran en las aguas subterráneas con las
precipitaciones y pueden medirse con equipos sensibles especializados. El hecho
de conocer el periodo de semidesintegración de estos isótopos permite medir sus
concentraciones para interpretar su "edad" o tiempo de permanencia en
las aguas subterráneas. El tiempo de permanencia indica la tasa de renovación y
la velocidad de flujo de las aguas subterráneas. Así, registrando los niveles
de tritio radiactivo en el suelo a diversas profundidades, se puede medir la
tasa de recarga de las aguas subterráneas, aspecto crítico en la gestión de
recursos hídricos.
- Aguas sin tritio (0 UT). Edas superior a los cien años.
- Aguas con valores de tritio inferior al de la precipitación actual (0-5 UT en la península Ibérica) Son aguas relativamente recientes, pero con una edad superior a 50 años, o bien se trata de una mezcla entre aguas más o menos recientes y aguas con contenido muy bajo o nulo de tritio.
- Aguas con valores de tritio entre 5 y 7 UT. Son los valores que se observan hoy en día en las precipitaciones sobre la Península Ibérica, y corresponden por tanto, casi siempre, a aguas subterráneas muy recientes 3-5 años.
- Aguas con valores de tritio entre 7 y » 20 UT. Los contenidos de tritio superiores a los de las lluvias actuales corresponden de forma inequívoca a las precipitaciones de las últimas cuatro décadas.
- Aguas con valores de tritio superiores a » 20 UT. Corresponde a tritio artificial derivado de algún tipo de contaminación donde hubo lixiviado de algún residuo con alto contenido de tritio. Estos valores tan sólo se observan en las proximidades de basureros o zonas de residuos industriales.
El movimiento de las aguas, tanto superficiales como subterráneas, también puede investigarse utilizando radioisótopos artificiales, es decir inyectando alguna sustancia en el agua que luego se detecta en algún otro lugar del sistema. Para este fin pueden emplearse numerosas sustancias, entre otras colorantes y sal común. No obstante, en la mayoría de las aplicaciones la sensibilidad de medición requerida sólo puede lograrse inyectando isótopos radiactivos, como el isótopo artificial H-3 o el Yodo radiactivo (131-I).
Isótopos radiactivos naturales
como el tritio (H3) nos permiten "seguir la pista" al agua
Los isótopos ayudan a aprovechar las
reservas de agua potable. Por ejemplo, se realizó un estudio para definir la
forma en que el río Nilo reabastece los acuíferos de aguas subterráneas locales
que se explotan con fines domésticos y agrícolas. Utilizando los isótopos O-18,
H-2, H-3 y C-14 se pudo diferenciar el agua dulce originada por la infiltración
del río Nilo de las paleoaguas, un recurso no renovable. Quedó demostrado que
la influencia de las aguas del Nilo puede observarse hasta una distancia de 60
Km de la margen del río. La información sobre la contribución relativa del agua
reciente y antigua a la explotación de los pozos ayudó a diseñar estrategias de
aprovechamiento adecuadas para las redes locales de abastecimiento de agua.
En la zona del embalse de Canelles en Lleida, se midieron en algunos manantiales valores de tritio de orden de 1.200 UT en los años 60, mientras que otros manantiales próximos presentaron valores mucho más bajos. Estos datos permitieron identificar aquellos manantiales que podían estar relacionados con el embalse.
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Unidad Didáctica Integrada sobre Radiaciones Ionizantes y Protección Radiológica