Eutrofización de una laguna costera y carga interna de fósforo
Una laguna costera de 0,5 km² y 3 m de profundidad media recibe el efluente de una depuradora. En agosto se miden 0,09 mg/L de fósforo total, 45 µg/L de clorofila a, 0,6 m de transparencia (disco de Secchi) y oxígeno disuelto de 0 mg/L por debajo de 2,5 m. El aporte externo de fósforo se estima en 120 kg/año. El proyecto de desvío del efluente lo reduciría a 30 kg/año, y el objetivo es alcanzar 0,05 mg/L de fósforo total. Un experimento con testigos de sedimento indica una liberación de fósforo de 15 mg/m²/día en condiciones anóxicas y de 1 mg/m²/día en condiciones óxicas; el periodo de anoxia del hipolimnion se estima en 90 días. La administración quiere saber si el desvío bastará y en cuánto tiempo se notará.
1. Calcula la masa de fósforo del lago, la carga interna anual de fósforo y compárala con la carga externa.
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Volumen: 0,5 km² = 0,5 × 10⁶ m²; multiplicando por 3 m de profundidad media, V = 1,5 × 10⁶ m³ = 1,5 × 10⁹ L. La masa de fósforo en la columna de agua es 0,09 mg/L × 1,5 × 10⁹ L = 1,35 × 10⁸ mg = 135 kg. El objetivo de 0,05 mg/L equivale a 75 kg.
Liberación interna durante los 90 días de anoxia: 15 mg/m²/día × 0,5 × 10⁶ m² × 90 días = 6,75 × 10⁸ mg = 675 kg. Es unas 5,6 veces la carga externa actual (120 kg/año) y más de 20 veces la carga prevista tras el desvío (30 kg/año).
Por tanto, aunque no todo el fósforo liberado permanezca en la columna de agua (parte precipita o se exporta), la carga interna domina el balance. El desvío es necesario, pero insuficiente por sí solo para alcanzar 0,05 mg/L a corto plazo.
2. Explica el mecanismo que relaciona el oxígeno, el hierro y el fósforo, y por qué el desvío por sí solo no alcanzará el objetivo a corto plazo.
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En sedimentos oxigenados, el hierro se encuentra como Fe(III), que forma hidróxidos poco solubles y adsorbe el fosfato, reteniéndolo. Cuando el oxígeno se agota, las bacterias reducen el Fe(III) a Fe(II), mucho más soluble; los hidróxidos se disuelven y liberan el fosfato previamente adsorbido. Además, en condiciones reductoras se favorece la liberación de fósforo asociado a materia orgánica y la reducción de sulfato.
Como la carga interna (675 kg por temporada) supera ampliamente la externa, reducir el efluente no disminuye de inmediato la concentración: el sedimento sigue actuando como fuente. Para alcanzar el objetivo habría que combinar el desvío con medidas sobre la carga interna (dragado, adición de compuestos de hierro o aluminio, oxigenación del hipolimnion) y esperar varios años a que el sedimento se agote. La respuesta del sistema es lenta porque el fósforo almacenado en el sedimento se recicla cada verano.
3. Propón un diseño de seguimiento para evaluar la eficacia del desvío, incluyendo un control y las variables a medir.
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Diseño antes-después con control (BACI): seleccionar una laguna próxima similar no afectada por el desvío como referencia y muestrear ambas antes y después de la intervención. En cada laguna, establecer varias estaciones replicadas y tomar muestras mensuales (al menos en primavera y verano, cuando ocurre la anoxia), a profundidades fijas.
Variables: fósforo total y fósforo reactivo soluble, clorofila a, transparencia con disco de Secchi, perfil de oxígeno disuelto, temperatura, nitrógeno, y tasas de liberación de fósforo en testigos de sedimento. Registrar también la descarga y la concentración del efluente y la pluviometría, porque afectan al tiempo de residencia.
Criterios de éxito: descenso sostenido del fósforo total hacia 0,05 mg/L, reducción de la clorofila a y aumento de la transparencia durante al menos tres ciclos anuales. El control permite separar el efecto del desvío de la variabilidad climática interanual.