Revista Chapingo Serie Ciencias Forestales y del Ambiente 16(2): 187-206, 2010.
LA LLUVIA ÁCIDA Y LOS ECOSISTEMAS FORESTALES
ACID RAIN AND FOREST ECOSYSTEMS
D. Granados Sánchez; G. F. López Ríos; M. Á. Hernández García
División de Ciencias Forestales, Universidad Autónoma Chapingo. km 38.5 Carr. México-Texcoco. Chapingo, Estado de México. C. P. 56230. MÉXICO.
RESUMEN
Por efecto de la civilización industrial y del desarrollo tecnológico de nuestros iempos, se origina la “lluvia ácida”,
que es la precipitación en forma de lluvia, nieve, aguanieve, granizo o niebla con altas concentraciones de ácido
sulfúrico (H2SO4), ácido nítrico (HNO3) y ácido carbónico (H2CO3). El aumento de la lluvia ácida ha tenido efectos
considerables en los ecosistemas: los bosques del mundo se están muriendo y sus cuerpos de agua no pueden
sostener a las poblaciones normales de peces. Asimismo, disminuye el rendimiento agrícola y se corroen el mármol,
metal y piedra en las ciudades.
Recibido: 21 de abril, 2010
Aceptado: 27 de abril, 2010
doi: 10.5154/r.rchscfa.2010.04.022
http:// www.chapingo.mx./revistas
PALABRAS CLAVE: bosques,
contaminación industrial, suelos
forestales.
ABSTRACT
The industrial civilization and technological development of our times has given birth to “acid rain,” which
is precipitation in the form of rain, snow, sleet, hail or fog with high concentrations of sulfuric acid (H2SO4),
nitric acid (HNO3) and carbonic acid (H2CO3). The increase in rain acid has had signiicant effects on
ecosystems: the world’s forests are dying and their water bodies cannot sustain normal ish populations.
It also reduces crop yields and corrodes marble, metal and stone in cities.
KEy woRdS: forests, industrial
pollution, forest soils.
INTRODUCCIÓN
INTRODUCTION
El término lluvia ácida fue utilizado por primera vez
por Robert Angus Smith, quien investigaba la química
del aire de las industrias británicas en 1850. Los molinos
de algodón y las poderosas industrias pesadas que
funcionaban gracias al carbón, vertían grandes cantidades
de humo a la calle. Smith demostró que estas fábricas
hacían emisiones directas al aire de hollín y sustancias
que cambiaban la química de la lluvia haciéndola más
ácida. Al inal de 1950 fueron detectados los resultados
de esta contaminación proveniente de las industrias por
el incremento que presentó en la atmósfera, haciéndose
evidente por el efecto adverso en los bosques. Aunque
esta forma de contaminación es comúnmente conocida
como lluvia ácida, el término más adecuado es deposición
ácida, porque la acidez puede ser liberada como gas o
como polvo, y estas partículas son arrastradas a la tierra
por medio de la lluvia (Hendrey y Vertucii, 1980; Last y
Nichoison, 1982; Torres y Galván, 1999).
The term acid rain was irst used by Robert Angus
Smith, who conducted research into the chemistry of the
air polluted by British industries in 1850. Cotton mills and
powerful heavy industries fuelled by coal poured large
amounts of smoke into the streets. Smith showed that the
soot and other substances emitted directly into the air by
these industries change the chemistry of rain, making it
more acidic. At the end of 1950, the results of this industryfed air pollution became evident with the detecting of
adverse effects on forests. Although this form of pollution
is commonly known as acid rain, the most appropriate
term is acid deposition, since the acidity can be released
as gas or dust, and these particles are carried to earth by
rain (Hendrey and Vertucii, 1980; Last and Nichoison, 1982,
Torres and Galván, 1999).
Por mucho tiempo se pensó que el problema de
la lluvia ácida era consecuencia, en gran parte, de los
gases ricos en azufre producidos por la quema de algunos
combustibles fósiles (especialmente de carbones de pobre
calidad) y por la fundición de minerales metálicos. Ahora
It was long thought that the problem of acid rain was
largely the result of sulfur-rich gases produced by the
burning of some fossil fuels (especially poor-quality coal)
and the smelting of metallic ores. We now know that this
phenomenon is far from being that simple (Miranda et al.,
2009, Fleischer et al., 1993).
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The study of sulfur compounds is usually limited to
La lluvia ácida...
D. Granados Sánchez, et. al.
sabemos que esta descripción está muy lejos de ser así de
simple (Miranda et al., 2009; Fleischer et al., 1993).
El estudio de los compuestos de azufre suele limitarse
al gas dominante, el bióxido de azufre (SO2), que es el
más perjudicial para las plantas. Las principales fuentes
emisoras son la combustión de combustibles fósiles,
la descomposición e incineración de materia orgánica,
los volcanes y los aerosoles marinos. El SO2 se oxida
fácilmente en la atmósfera y se convierte en SO3, un gas
muy reactivo que reacciona con el agua y da ácido sulfúrico
(H2SO4), uno de los principales responsables de la lluvia
ácida, fenómeno que ha causado importantes daños en las
masas forestales y en los ecosistemas (Newman, 1995).
Los óxidos de nitrógeno (NO x) se producen de
procesos tales como la actividad bacteriana del suelo, las
erupciones volcánicas, los relámpagos y la combustión de
combustibles fósiles, tanto en fuentes estacionales como
en automóviles. El bióxido de nitrógeno (NO2) puede
transformarse en la atmósfera en ácido nítrico (HNO3),
responsable, junto al ácido sulfúrico, de la lluvia ácida (Last
y Nichoison, 1982).
Cuando estos contaminantes se combinan con vapor
de agua, luz solar y oxígeno en la atmósfera, crean una
“sopa” diluida de ácidos sulfúrico y nítrico. Una vez que
esta mezcla es arrastrada por las lluvias, o en forma de
partículas secas, aumenta la acidez de los lagos y arroyos
de agua dulce (y en algunos casos del suelo), reduciendo
así el valor de su pH. La escala pH mide la acidez y la
alcalinidad. Una solución con un pH 7 es neutra, cualquier
valor superior es alcalino y los valores inferiores son ácidos.
Es una escala logarítmica, por lo que cada entero es
equivalente a un factor de 10. Así, un pH 6 es diez veces
más ácido que un pH neutro, y un pH 5 cien veces más
(Blank et al., 1988).
La controversia acerca del efecto de la deposición
ácida surgió cuando crecieron las concentraciones de
ésta en los lagos, ríos y bosques. En algunas regiones
fuertemente industrializadas, los gases de cloruro de
hidrógeno liberados a la atmósfera producen ácido
clorhídrico, que también puede ser un componente de
lluvia ácida. Por todo ello, los ambientalistas han hecho
un exitoso debate al hacer de la lluvia ácida un asunto
de interés nacional e internacional (Minoura, y Iwasaka.
1996).
Génesis de la lluvia ácida
Ciclos del ácido atmosférico. El bióxido de azufre
gaseoso, componente del ciclo del azufre, y los óxidos
de nitrógeno, del ciclo del nitrógeno, se combinan en
la atmósfera, así como los óxidos de carbono. La lluvia
ácida y la nieve ácida se forman cuando estos gases
contaminantes, los óxidos de azufre, de nitrógeno y
the dominant gas, sulfur dioxide (SO2), which is the most
damaging to plants. The main emission sources are the
combustion of fossil fuels, the decomposition and burning
of organic matter, volcanoes and marine aerosols. SO2
is easily oxidized in the atmosphere and becomes SO3,
a highly reactive gas that reacts with water and gives off
sulfuric acid (H2SO4), one of the main causes of acid rain, a
phenomenon that has caused signiicant damage to forests
and ecosystems (Newman, 1995).
Nitrogen oxides (NOx) are produced from processes
such as soil microbial activity, volcanic eruptions,
lightning and combustion of fossil fuels, both by stationary
sources and automobiles. Nitrogen dioxide (NO2) can be
transformed in the atmosphere into nitric acid (HNO3), which
is responsible, along with sulfuric acid, for acid rain (Last
and Nichoison, 1982).
When these pollutants combine with water vapor,
sunlight and oxygen in the atmosphere, they create a
diluted “soup” of sulfuric and nitric acids. Once this mixture
is carried away by rains, or as dry particles, it increases
the acidity of freshwater lakes and streams (and in some
cases the soil), thereby reducing their pH value. The pH
scale measures acidity and alkalinity. A solution with a pH 7
is neutral, any value above that is alkaline and lower values
are acidic. It is a logarithmic scale, so that every integer is
equivalent to a factor of 10. Thus, a pH 6 is ten times more
acidic than a neutral pH, and a pH 5 a hundred times more
(Blank et al., 1988).
The controversy about the effect of acid deposition
arose when concentrations increased in lakes, rivers and
forests. In some heavily industrialized regions, the hydrogen
chloride gas released into the atmosphere produces
hydrochloric acid, which can also be a component of acid
rain. For this reason, environmentalists have succeeded
in making acid rain a matter of national and international
interest (Minoura and Iwasaka, 1996).
Genesis of acid rain
Atmospheric acid cycles. Gaseous sulfur dioxide,
a component of the sulfur cycle, and nitrogen oxides,
of the nitrogen cycle, combine in the atmosphere along
with carbon oxides. Acid rain and acid snow are formed
when these pollutant gases, sulfur, nitrogen and carbon
oxides, combine with water, having as an accelerator
reactions to sunlight. Sulfur oxides are converted into
sulfuric acid (H2SO4), nitrogen oxides to nitric acid (HNO3)
and carbon dioxide into carbonic acid (H2CO3). Part of this
mixture, which returns to earth as ine particles (sulfates
and nitrates), is known as dry deposition. A major portion
is transported away from the source, and the direction it
takes depends largely on general atmospheric circulation.
During transport through the atmosphere, SO 2 and
NO2, as well as their oxidation products, are involved in
188
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de carbono, se combinan con el agua, teniendo como
acelerador de las reacciones a la luz solar. Los óxidos de
azufre se convierten en ácido sulfúrico (H2SO4), los óxidos
de nitrógeno en ácido nítrico (HNO3) y el bióxido de carbono
en ácido carbónico (H2CO3). Parte de esta mezcla, que
vuelve a la tierra como inas partículas (sulfatos y nitratos),
se conoce como deposición seca. Una porción mayor es
transportada lejos de la fuente, y la dirección que toma
depende en gran medida de la circulación atmosférica
general. Durante su transporte por la atmósfera, el SOy el NO2, y sus productos de oxidación, participan en
2
reacciones complejas que incluyen al monóxido de cloro y
otros compuestos, además del oxígeno y el vapor de agua.
Estas reacciones producen ácidos fuertes, principalmente
ácido nítrico y ácido sulfúrico, que se diluyen en vapor de
agua, para inalmente caer a la tierra en forma de lluvia
ácida, nieve y niebla, fenómeno que se conoce como
deposición húmeda. La lluvia ácida se forma a través de las
siguientes reacciones fotoquímicas (Kotz et al., 2008):
CO2 + H2O
↔
H2CO3
SO2 + H2O
→
H2SO3
2SO2 + O2
↔
2SO3
SO3 + H2O
→
H2SO4
2NO2 + H2O →
HNO3 + HNO3
El agua de lluvia no contaminada, considerada agua
pura, tiene un pH de 5.6, pero raramente llueve agua
pura. Incluso en regiones no sometidas a contaminación
industrial, la humedad atmosférica se ve expuesta a
cantidades variables de ácidos de origen natural; de este
modo las precipitaciones tienen un pH de alrededor de 5.
Sin embargo, en las regiones que se extienden alrededor
de centros de actividad humana, y que pueden llegar a
cientos de kilómetros, el pH de la precipitación es más
bajo, de 3.5 a 4.5 o aun menor ocasionalmente (Mohnen,
1988; Minoura, y Iwasaka. 1996).
La precipitación húmeda es más conocida por ser la
causante de la acidiicación en el medio, dejando muchas
veces a un lado las precipitaciones secas. Este tipo de
deposición tiene lugar cuando los compuestos gaseosos
precursores de la lluvia ácida entran en contacto con el
vapor de agua, la luz y el oxígeno de la atmósfera, y se forma
una mezcla de ácido sulfúrico y ácido nítrico. Después de
estos procesos y de estas reacciones catalíticas iniciadas
en forma fotoquímica en la atmósfera, esta mezcla viaja
muchos kilómetros, precipitándose y cayendo al medio
en forma de deposición húmeda. El ácido producto de
este proceso, se deposita en solución en el terreno y
los vegetales durante las precipitaciones atmosféricas.
El proceso de generación de las precipitaciones ácidas
húmedas sigue, entonces, dos etapas:
complex reactions involving chlorine monoxide and other
compounds in addition to oxygen and water vapor. These
reactions produce strong acids, mainly nitric acid and
sulfuric acid, which are diluted in water vapor and inally fall
to earth as acid rain, snow and fog, a phenomenon known
as wet deposition. Acid rain is formed through the following
photochemical reactions (Kotz et al., 2008):
CO2 + H2O ↔ H2CO3
SO2 + H2O → H2SO3
2SO2 + O2 ↔ 2SO3
SO3 + H2O → H2SO4
2NO2 + H2O → HNO3 + HNO3
Uncontaminated rainwater, considered pure water,
has a pH of 5.6, but it rarely rains pure water. Even in regions
not subject to industrial pollution, atmospheric moisture is
exposed to varying amounts of naturally-occurring acids,
so precipitation has a pH of about 5. However, in regions
encompassing centers of human activity that can extend
for hundreds of kilometers, the pH of precipitation is lower,
3.5 to 4.5 or sometimes even less (Mohnen, 1988; Minoura
and Iwasaka. 1996).
Wet deposition is best known for being the cause
of acidification in the environment, often leaving dry
precipitation to one side. This type of deposition occurs
when gaseous compounds, precursors of acid rain,
come into contact with water vapor, light and oxygen in
the atmosphere and form a mixture of sulfuric acid and
nitric acid. After these processes and catalytic reactions
initiate photochemically in the atmosphere, the mixture
travels many kilometers, being precipitated and falling
to the earth as wet deposition. The acid product of this
process is deposited in solution in soil and plants during
atmospheric precipitation. The generation process of wet
acid precipitation occurs, then, in two phases:
Photochemical phase: This occurs in the gas phase.
Sulfur dioxide and nitrogen oxides are oxidized to sulfur
trioxide (SO3) and nitrogen dioxide (NO2), respectively,
thanks to the energy provided by the Sun’s ultraviolet
radiation and other oxidizing agents in the atmosphere.
Catalytic phase: This occurs in the liquid phase and
involves the transformation of the original SO2 in sulfuric
acid (H2SO4), by aqueous dissolution, to be catalyzed
mainly by reaction with iron and manganese salts found
in drops of water. Part of this acid is neutralized in the
atmosphere by ammonia, giving rise to ammonium ions
(NH4+); the rest appears dissolved in raindrops, acidifying
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La lluvia ácida...
D. Granados Sánchez, et. al.
Etapa fotoquímica: Esta ocurre en fase gaseosa. El
bióxido de azufre y el óxido de nitrógeno se oxidan a
trióxido de azufre (SO3) y bióxido de nitrógeno (NO2),
respectivamente, gracias a la energía proporcionada
por la radiación ultravioleta del Sol y por demás agentes
oxidantes de la atmósfera.
Etapa catalítica: Tiene lugar en fase líquida y consiste en la
transformación del SO2 original en ácido sulfúrico (H2SO4),
por disolución acuosa, siendo catalizada principalmente por
la reacción con sales de hierro y de manganeso presentes
en las gotas de agua. Parte de este ácido es neutralizado
en la atmósfera por el amoniaco, originándose iones
amonio (NH4+); el resto aparece disuelto en las gotas de
lluvia, acidiicándola, en forma de iones sulfato (SO4-2) y
de iones hidrógeno. A partir de aquí se forman los ácidos
ya mencionados.
Estos contaminantes así precipitados son después
transportados por ríos, lagos y océanos, evaporándose a
la atmósfera y formando nubes que viajan empujadas por
el viento, pudiendo así alcanzar casi cualquier lugar sobre
la supericie terrestre. Los contaminantes como bióxido
de azufre, óxido nitroso y en un grado menor los cloratos,
pueden unirse al smog y a las partículas de polvo y caer
como polvo ácido cerca de las fuentes que los emiten, o
pueden permanecer en la atmósfera como gas. La lluvia
es naturalmente ácida a causa de que es disuelta por el
dióxido de carbono en su descenso a través del aire. La
deposición húmeda ocurre cuando los compuestos de SOx
y NOx son residentes por tanto tiempo en el aire como para
combinarse con la humedad para formar ácidos sulfúrico
y nítrico diluidos (Bush, 1997).
Estos ácidos están en la lluvia, en la nieve y en el aire.
El bióxido de azufre y el óxido nitroso son producidos en
forma natural por los volcanes. Los sulfuros atmosféricos
fueron los primeros sustratos para metabolizar las primeras
reacciones fotosintéticas hace 3.5 billones de años. El
bióxido de azufre y los óxidos nítricos son gases raros que
encontramos de forma natural en la atmósfera, pero las
actividades humanas del siglo pasado hicieron que sus
concentraciones se incrementaran en gran proporción,
a partir de que se empezó a quemar el combustible
fósil. Los óxidos de nitrógeno están relacionados con la
combustión de la gasolina, y a pesar de la tecnología de
los convertidores catalíticos, moles, tuberías y escapes a
la atmósfera, la emisión de los vehículos es hoy la fuente
más importante de emisión de gases (Graveland et al.,
1994).
El carbón es el resultado de la fosilización de plantas
de pantano que murieron durante el período carbonífero.
Los pantanos son ricos en bacterias descomponedoras que
producen sulfuros de hidrógeno. A pesar de la actividad
de las bacterias, las plantas se derrumbaron dentro de
los pantanos donde no se degradaron completamente, y
it as sulfate ions (SO4-2) and hydrogen ions. From here the
acids already mentioned are formed.
These pollutants and precipitates are then transported
by rivers, lakes and oceans, evaporating into the
atmosphere and forming clouds that, propelled by the
wind, can reach almost any place on the Earth’s surface.
Pollutants such as sulfur dioxide, nitrous oxide and to a
lesser degree chlorates can combine with smog and dust
particles and fall as acid dust near the sources that emit
them, or they can remain in the atmosphere as gas. Rain
is naturally acid because it is dissolved by carbon dioxide
in its descent through the air. Wet deposition occurs when
compounds of SOx and NOx are in the air for so long that
they combine with moisture to form diluted sulfuric and
nitric acids (Bush, 1997).
These acids are in the rain, snow and air. Sulfur
dioxide and nitrous oxide are produced naturally by
volcanoes. Atmospheric sulides were the irst substrates
to metabolize the irst photosynthetic reactions 3.5 billion
years ago. Sulfur dioxide and nitrogen oxides are rare
gases found naturally in the atmosphere, but human
activities of the last century caused these concentrations
to increase greatly, beginning with the burning of fossil
fuel. Nitrogen oxides are related to gasoline combustion,
but despite the technology of catalytic converters, muflers,
and exhaust pipes, vehicle emissions today are the largest
source of gas discharge (Graveland et al., 1994).
Coal is the result of the fossilization of swamp plants
that died during the Carboniferous period. Swamps are rich
in decomposing bacteria that produce hydrogen sulide.
Despite bacterial activity, plants that collapsed in the
swamps were not completely degraded and consequently
accumulated as organic peat. Over time, the peat became
coal, and during the fossilization process the sulides
from plant bodies are transformed into carbon molecules.
However, there is a form of carbon known as low sulfur coal
(1%). When the remains of sulfur in coal are burned, it is
converted into sulfur dioxide (Schwartz, 1989).
Sulfur dioxide is not a reactive gas, but it is soluble
in water and thus does not accumulate in the atmosphere.
Within a period of between 7 and 14 days, the sulfur dioxide
present in the atmosphere dissolves in water vapor. Rain
washes the sulfur dioxide that was not dissolved, and the
large quantities of this substance create a sulfuric acid
solution. Although acid rain can be produced by natural
causes, such as volcanic eruptions or the doses emitted
due to the nature of sulfur and nitrogen oxides, they are
dwarfed by industrial pollution. Every year about 100
million metric tons of sulfur dioxide are released into the
atmosphere, of which Europe and North America alone
account for 38 million tons. Also, more than 90 percent of
the sulfur deposited has been made by man. Countries
belonging to the Organization for Economic Cooperation
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se acumularon como turba orgánica. A través del tiempo
la turba se convirtió en carbón, y durante los procesos
de fosilización los sulfuros provenientes de los cuerpos
de las plantas se transformaron en moléculas de carbón.
Sin embargo, hay un tipo de carbón que se conoce como
carbón bajo en sulfuro (1 %). Cuando los restos de sulfuro
en el carbón son quemados se transforma en bióxido de
azufre (Schwartz, 1989).
El bióxido de sulfuro no es un gas reactivo, pero
es soluble en agua y de esta forma no se acumula en la
atmósfera. Dentro de un periodo entre los 7 y los 14 días,
el bióxido de azufre que está en la atmósfera se disuelve
con el vapor de agua. La lluvia lava el bióxido de sulfuro
que no se ha disuelto, y las grandes cantidades de esta
sustancia crean una solución de ácido sulfúrico. Aunque
la lluvia ácida puede ser producida por causas naturales,
tales como las erupciones volcánicas o las dosis emitidas
por la naturaleza de óxidos de azufre y nitrógeno, éstas
quedan minimizadas por la contaminación industrial. Todos
los años se liberan en el mundo alrededor de 100 millones
de toneladas métricas de bióxido de azufre, de las cuales
sólo Europa y Norteamérica contribuyen con 38 millones de
toneladas. Asimismo, más de un 90 por ciento del azufre
depositado se ha fabricado por el hombre. Los países
pertenecientes a la Organización para la Cooperación y
el Desarrollo Económico (OCDE) generan alrededor de 37
millones de toneladas métricas de óxidos de nitrógeno al
año (Fleischer et al., 1993).
Transporte de ácido y sistemas de amortiguamiento. La lluvia ácida ha estado con nosotros desde
hace bastante más de un siglo. En algunas zonas esta
lluvia probablemente era peor que ahora, aunque estaba
más localizada. Sólo cuando se construyeron las altas
chimeneas en las plantas industriales y centrales térmicas
para la producción de electricidad, las cuales enviaban las
emisiones a capas más altas de la circulación atmosférica,
empezó la lluvia ácida a convertirse en un problema regional e internacional. La zona industrial del medio oeste de
Estados Unidos y el valle del río Ohio envían contaminantes atmosféricos ácidos al este de Canadá y al noreste de
Estados Unidos; el este de Canadá los envía al noreste de
Estados Unidos, y las regiones industrializadas del centro
de Europa y del Reino Unido los envían a Escandinavia
(Lindberg y Page, 1996).
Los problemas con el depósito de contaminantes
ácidos se presentan generalmente cerca de la fuente
que los origina; esto ayuda a localizar rápidamente sus
causas. Los efectos envenenadores de los ácidos sobre
la vegetación son generalmente fáciles de arreglar si se
detectan a tiempo; un punto importante es la regulación
de la contaminación. Los gases ácidos que se encuentran
disueltos en la atmósfera representan diversos problemas.
Las industrias que emiten estos gases actualmente tienen
que instalar conductos que ayudan a que se dispersen
and Development (OECD) produce about 37 million metric
tons of nitrogen oxides per year (Fleischer et al., 1993).
Acid transport and buffer systems. Acid rain has
been with us for well over a century. In some areas this
rain was probably worse than it is now, but it was more
localized. Only when tall chimneys were built for industrial
and thermo-electric power plants, which sent the releases
to higher layers of atmospheric circulation, did acid rain
become a regional and international problem. The industrial
area of the Midwestern United States and the Ohio River
Valley send acidic atmospheric pollutants to Eastern
Canada and the northeastern United States, while eastern
Canada sends them to the northeastern United States
and the industrialized regions of Central Europe and the
United Kingdom send them to Scandinavia (Lindberg and
Page, 1996).
The problems resulting from the deposition of acidic
pollutants usually occur near the source from which they
originate, which helps to quickly locate their causes. The
poisonous effects of the acids on vegetation are usually
easy to ix if detected early; an important point is the
regulation of pollution. Acid gases that are dissolved in the
atmosphere pose different problems. Industries that emit
these gases now have to install ducts that help disperse
them more easily. If the acid emission is small, it is mixed
with a large amount of air prior to discharge. When the
main pollution source takes these steps, the effects of these
pollutants are greatly reduced. Another way to detect where
the pollutants come from is to follow the wind direction, and
by this means the pollution source can be determined. As
air moves from an area of higher pressure to a lower one
by means of pressure systems, the sulfur dioxide emitted
takes two weeks to become sulfuric acid, during which time
the gases travel a long distance.
This nutrient flow can eventually find
its way into watercourses, causing algae reproduction
comparable to that of eutrophication. One of the
effects of acidification in the long run is to increase
the availability of some metals, especially aluminum,
which in significant concentrations is toxic to many
plants and animals. Scandinavian lakes, in particular,
have suffered from acidification. The prevailing wind
directions mean that this area receives a lot of the air
pollution in northwest and central Europe. The region is
dominated by coniferous forests and shallow soils with
little capacity to buffer the incoming acidity. The result
has been a large number of lakes devoid of ish and many
burned and dying forests. As a last resort, Finland and
Norway have had to add large amounts of lime to these
ecosystems to protect or restore them (Blank et al., 1988,
Lindberg and Page, 1996).
The acidity of natural ecosystems. Water is
important for most life forms, as it is the medium in which
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La lluvia ácida...
D. Granados Sánchez, et. al.
más fácilmente. Esto consiste en que si la emisión de
ácido es pequeña, antes de salir se mezcla con una gran
cantidad de aire. Cuando la fuente principal de contaminación toma estas medidas, disminuyen enormemente los
efectos de estos contaminantes. Otra forma de detectar de
dónde vienen los contaminantes es seguir la dirección del
viento, y por medio de esta acción saber cuál es la fuente
contaminante. Como el viento se mueve de un área de
mayor presión a una de menor y por medio de sistemas de
presión, al bióxido de azufre emitido le lleva dos semanas
transformarse a ácido sulfúrico, y en este tiempo los gases
recorren una larga distancia
Este lujo de nutrientes puede encontrar eventualmente su ruta dentro del curso del agua y causa una reproducción de algas, comparable a la eutroización. Uno de los
efectos de la acidiicación a largo plazo es el incremento
de la disponibilidad de algunos metales, especialmente el
aluminio, al que muchas plantas y animales encuentran
tóxico en concentraciones signiicativas. Los lagos escandinavos han sufrido particularmente de acidiicación. Las
direcciones predominantes del viento implican que esta
área reciba mucha de la contaminación atmosférica del
noroeste y centro de Europa. La región está dominada
por bosques de coníferas y de suelos delgados, con poca
capacidad para amortiguar la acidez que entra. El resultado ha sido un gran número de lagos carentes de peces y
muchos de los bosques quemados y moribundos. Finlandia
y Noruega han tenido que recurrir, como último recurso, a
agregar grandes cantidades de cal a estos ecosistemas
para protegerlos o restaurarlos (Blank et al., 1988; Lindberg
y Page, 1996).
La acidez de los ecosistemas naturales. El agua
es importante para la mayor parte de las formas de vida;
es el medio en el cual se llevan a cabo muchas de las
reacciones químicas. El pH del agua local puede tener un
efecto directo en el pH de los luidos del cuerpo de un organismo y de esta forma puede afectar la velocidad de las
reacciones químicas dentro del cuerpo. Por lo tanto, la gran
mayoría de los organismos son altamente susceptibles a
los cambios en el pH de su alrededor o al suministro de
agua (Bush, 1997).
La mayor parte de los sistemas naturales son ligeramente ácidos, lo cual se debe al vapor de agua atmosférico
que se está combinando con las moléculas de bióxido de
carbono para formar una solución débil de ácido carbónico. La vida terrestre y acuática evolucionó para tratar con
esta suave acidez como la entrada normal del agua a un
sistema. Sin embargo, el pH del agua es usualmente modiicado antes de ser absorbida por las raíces de las plantas.
Las rocas que proporcionan el componente mineral de un
suelo pueden por sí mismas ser ácidas o alcalinas, una
propiedad que es relejada en el suelo. Si las rocas son de
un pH neutral, o resistentes a la erosión, ya que pueden
aportar muy poca entrada de minerales, los suelos podrían
ser ácidos (Espinosa, 1996; McLaughlin, 1985).
many chemical reactions take place. The ph of local water
can have a direct effect on the pH of an organism’s body
luids and can thus affect the speed of chemical reactions
within the body. Therefore, the vast majority of organisms
are highly susceptible to changes in pH in their surroundings
or their water supply (Bush, 1997).
Most natural systems are slightly
acidic, which is due to atmospheric water vapor
being combined with carbon dioxide molecules
to form a weak solution of carbonic acid.
Terrestrial and aquatic life evolved to deal with
this slight acidity as the normal water intake to a
system. However, the pH of water is usually modiied
before being absorbed by plant roots. The rocks that
provide the soil mineral component can on their own be
acidic or alkaline, a property that is relected in the soil. If
the rocks are of neutral pH, or resistant to erosion, as they
may provide very little input of minerals, soils may be acidic
(Espinosa, 1996; McLaughlin, 1985).
Soil acidity may also be affected by the proportion
of organic matter that is decomposed, since acids
are released during the decomposition process.
Consequently, soils that are rich in organic matter tend
to have a low pH. Examples of soils acidiied by organic
matter include wetland peat and forest loors carpeted with
pine or ir needles. As the rain percolates down through a
soil, it absorbs free hydrogen ions that make the soil acid.
Soil water is thus more acidic than rain, and plant roots
can be surrounded by water with a pH 4 or uniformly low
(Garcia, 2006).
Where the geology is alkaline, as is the case with
gypsum or limestone rich in carbonates, soil water may be
deicient in free hydrogen ions and rich in hydroxide ions
(OH-). Consequently, soil and soil water may have a pH
as high as 8 or 9, providing alkaline living conditions for all
organisms in that area. Thus, although the clean rainwater
that falls on their leaves has a pH of 5.6, the plants must
compete for a water supply that may be signiicantly more
acidic or alkaline (Table 1).
Temperature, water availability and soil acidity
are the main examples of environmental gradients. Most
species can thrive only under a narrow range of pH.
Effect of acid deposition on forests
Acid deposition is a regional pollution problem
requiring international agreements to limit its atmospheric
concentrations. Uncontrolled emissions from motive power
plants and motor vehicles cause considerable damage to
forests, lakes and rivers. Not only does acid deposition add
large amounts of sulfur and nitrogen to these systems, but
192
Revista Chapingo Serie Ciencias Forestales y del Ambiente 16(2): 187-206, 2010.
La acidez del suelo también puede ser afectada por
la proporción de materia orgánica que es descompuesta,
ya que al ser degradada se liberan ácidos. Consecuentemente, los suelos que son ricos en materia orgánica tienden a tener un pH bajo. Ejemplos de suelos acidiicados
por material orgánico son las turbas de tierras húmedas y
los suelos del bosque tapizados de agujas de pinos o de
abetos. Como la lluvia se percuela hacia abajo a través de
un suelo ácido, éste absorbe los iones de hidrógeno libres
que hacen al suelo ácido. El agua del suelo es entonces
mas ácida que la lluvia, y las raíces de las plantas pueden
estar rodeadas por agua con un pH 4 o uniformemente
bajo (García, 2006).
Donde la geología es alcalina, como en el yeso o la
piedra caliza rica en carbonatos, el agua del suelo puede
ser deiciente en iones de hidrógeno libres y rica en iones
hidróxido (OH-). Consecuentemente, el suelo y el agua
del suelo pueden tener un pH tan alto como de 8 o 9,
proporcionando condiciones alcalinas de vida para todos
los organismos de aquella área. De este modo, aunque el
agua de lluvia limpia que cae en sus hojas tiene un pH de
5.6, las plantas deben competir con un suministro de agua
que puede ser considerablemente más ácido o alcalino
(Cuadro1).
La temperatura, la disponibilidad del agua y la acidez del suelo son los principales ejemplos de gradientes
medioambientales. La mayor parte de las especies puede
prosperar solamente bajo un estrecho rango de pH.
Efecto de la deposición de ácido en los bosques
La deposición ácida es un problema regional de
contaminación, y se necesitan acuerdos internacionales
para limitar las concentraciones atmosféricas. Sin control, las emisiones de las plantas de fuerza motriz y de los
vehículos de motor causan un daño considerable a los
bosques, lagos y ríos. No solamente hacen la deposición
ácida al agregar grandes cantidades de azufre y nitrógeno
a estos sistemas, sino que el descenso en el pH también
incrementa la disponibilidad de algunos metales tóxicos
(Miranda, et al., 2009).
En la Cuenca Aérea de la Ciudad de México (CACM),
durante las épocas de invierno e inicios de primavera
(periodo seco), se ha encontrado que las concentraciones
promedio de la deposición seca (µg·m-3) de contaminantes
de N fueron de 1.7 ± 1.4 para nitrato, 1.3 ± 0.8 para amonio
y 1.5 ± 0.8 para ácido nítrico (HNO3). Las concentraciones
promedio de S fueron de 2.8 ± 1.7 y 3.8 ± 2.4 µg·m-3 para
sulfato y SO2 (Bravo et al., 2002). Las concentraciones
de sulfato fueron similares a las encontradas en muchas
partes de Europa (aunque bajas en relación con las de las
regiones más contaminadas), pero las concentraciones de
nitrato fueron mayores que para la mayor parte de Europa,
aunque las concentraciones de nitrato y amonio fueron
CUAdRo 1. Principales factores que contribuyen a la baja productividad de los suelos altamente ácidos (Grime, 1982).
TABLE 1. Main factors contributing to the low productivity
of highly acidic soils (Grime, 1982).
the decrease in pH also increases the availability of some
toxic metals (Miranda et al., 2009).
In the Mexico City Air Basin (MCAB), during the winter
and early spring (dry season), the following average dry
deposition concentrations (μg·m-3) of N pollutants have been
found: 1.7 ± 1.4 for nitrate, 1.3 ± 0.8 for ammonium and 1.5
± 0.8 for nitric acid (HNO3). The average S concentrations
were 2.8 ± 1.7 and 3.8 ± 2.4 μg·m-3 for sulfate and SO2
(Bravo et al., 2002). Sulfate concentrations were similar
to those found in many parts of Europe (although low
compared with those of the most polluted regions), but
nitrate concentrations were higher than those for most of
Europe, although nitrate and ammonium concentrations
were similar to those of the Czech forest area (Fenn et
al., 2002). The sulfur dioxide concentrations were high,
indicating signiicant emissions in Mexico City (Cruz et
al., 2008).
Data from the Desierto de los Leones (DL, meaning
Desert of the Lions in English) suggests that atmospheric
concentrations of sulfate and SO2 were higher than for
pollutants like NOx and HNO3. However, if the atmospheric
concentrations of ammonium and ammonia are included,
the total atmospheric burden of inorganic nitrogen
compounds is probably greater than the total atmospheric
burden of inorganic sulfur pollutants. Oficial reports indicate
that SO2 emissions in the MCAB have been reduced
by about 45% compared to 1993, as a result of using
cleaner diesel fuel and reducing industry’s use of polluting
energy sources, while NOx emissions have remained
relatively constant since 1989 (Fenn et al., 2002 .)
193
Dry deposition luxes of nitrate and sulfate to local
La lluvia ácida...
D. Granados Sánchez, et. al.
similares a las del área forestal de Czech (Fenn et al.,
2002). Las concentraciones de bióxido de azufre fueron
altas, lo que indica emisiones signiicativas en la Ciudad
de México (Cruz et al., 2008).
Los datos del Desierto de los Leones (DL) sugieren
que las concentraciones atmosféricas de sulfato y SO2
fueron mayores que para los contaminantes análogos
de NOx, y HNO3. Sin embargo, si se incluyen las concentraciones atmosféricas de amonio y amoniaco, la carga
atmosférica total de compuestos de nitrógenio inorgánico
probablemente sea mayor que la carga atmosférica total de
contaminantes de azufre inorgánico. Los reportes oiciales
indican que las emisiones de SO2 en la CACM se han reducido en aproximadamente un 45 % en comparación a
1993, como resultado del uso de combustible diesel más
limpio y la reducción de fuentes de energía contaminante
por la industria, mientras que las emisiones de NOx han
permanecido relativamente constantes desde 1989 (Fenn
et al., 2002).
Los lujos de deposición seca de nitrato y sulfato hacia
supericies locales fueron signiicativamente mayores en
el Desierto de los Leones en comparación con el cerro del
papayo sitio Zoquiapan (ZOQ), de acuerdo con las repetidas mediciones del Análisis de Varianza (Figura 1). Sin
embargo, los lujos de sulfato fueron similares en ambos
sitios en las dos últimas colectas de datos. Los lujos de
amonio no fueron signiicativamente diferentes entre los
dos sitios, debido presumiblemente a que las emisiones
de combustible fósil con contaminantes de N, la principal
fuente de contaminación en la Ciudad de México, son
dominadas por compuestos de N oxidados. Los lujos de
deposición de nitrato fueron en promedio del doble que
los lujos de sulfato.
La deposición húmeda está compuesta de la deposición seca, la cual es removida o lavada de la atmósfera.
Los datos de deposición húmeda son de valor limitado
como una medida de la deposición atmosférica total hacia
un bosque, debido a que incluye sólo una pequeña fracción de los contaminantes depositados en seco, que son
con frecuencia la mayor entrada por deposición. El dosel
forestal tiene una mayor área supericial que sirve como
receptor efectivo para los contaminantes atmosféricos,
especialmente los depositados en seco y los depositados
con la niebla (Fenn et al., 2002).
La deposición húmeda como problemática comenzó
en 1987 en una red de sitios urbanos. Datos independientes de los datos de inicios de los años ochenta del siglo
XX, en seis sitios rurales de monitoreo, incluyendo el Desierto de las Leones y nueve sitios urbanos, demostraron
la mucho mayor importancia de la deposición de azufre
en comparación con la de nitrógeno en la CACM. En los
sitios urbanos las concentraciones de sulfato fueron, en
promedio, 3.9 veces mayores que las concentraciones
areas were signiicantly higher in the Desierto de los
Leones in comparison with a hill named El Papayo, located
in the Zoquiapan Experimental Forest (ZOQ), according
to repeated ANOVA measurements (Figure 1). However,
sulfate luxes were similar at both sites in the last two data
collections. Ammonia luxes were not signiicantly different
between the two sites, presumably because fossil fuel
emissions of N pollutants, the main source of pollution in
Mexico City, are dominated by oxidized N compounds.
Deposition luxes of nitrate were on average double those
of sulfate.
Wet deposition comprises dry deposition, which
is removed or washed away from the atmosphere. Wet
deposition data are of limited value as a measure of total
atmospheric deposition to a forest, because it includes only
a small fraction of dry-deposited pollutants, which often
provide greater deposition input. The forest canopy has a
greater surface area that serves as an effective receptor
for air pollutants, especially those deposited in dry and with
fog (Fenn et al., 2002).
Wet deposition as a problem began in 1987 in
a network of urban sites. Independent data collected
during the early 1980s at six rural monitoring sites,
including the Desierto de las Leones one, and at nine
urban sites showed the much greater importance of
sulfur compared to nitrogen deposition in the MCAB. In
the urban sites, sulfate concentrations were, on average,
3.9 times higher than those for nitrate, although for 1997
it fell to 1.8. During this time, nitrate concentrations in
precipitation increased by 39% while those of sulfate
decreased by 33%. The increase in nitrogen deposition
is due to the increasing number of motor vehicles in the
MCAB, and the reduction in sulfur deposition is attributed
to regulations requiring the use of cleaner industrial fuel
sources and diesel with a maximum sulfur content of
0.005%. However, the deposition of sulfur remains high in
relation to that of nitrate and compared with that of many
other forest regions (Fenn et al., 2002).
Annual deposition by rain through foliage of N (as
ammonium nitrate) and inorganic S (as sulphate) in the
Desierto de los Leones was 18.5 and 20.4 kg.ha-1. Similar
values in Zoquiapan (ZOQ) were 5.5 and 8.8 kg·ha-1·yr-1.
The deposition of nitrogen and sulfur in the Desierto de
los Leones was relatively high compared to many forests
in the world, which was expected considering the high
emissions of nitrogen and sulfur oxides in Mexico City.
Annual precipitation inputs were 1,455 mm in the Desierto
de los Leones and 778 mm in Zoquiapan. Accumulated
deposition patterns of nitrate and ammonium were
compared with the volume of accumulated rainfall in the
Desierto de los Leones, but in Zoquiapan deposition of
nitrate and ammonium was less sensitive, masking the
trend of accumulated precipitation. The trend of cumulative
sulfate deposition generally followed the tracks of the
194
Revista Chapingo Serie Ciencias Forestales y del Ambiente 16(2): 187-206, 2010.
de nitrato, aunque para 1997 se redujo a 1.8. Durante
este espacio de tiempo, las concentraciones de nitrato en
la precipitación aumentaron en 39 % y las de sulfato se
redujeron en 33 %. El aumento en la deposición de nitrógeno se debe al creciente número de vehículos de motor
en la CACM, y la reducción en la deposición de azufre se
atribuye a las regulaciones que exigen el uso de fuentes
de combustible industrial más limpias y de diesel con un
contenido máximo de azufre de 0.005 %. No obstante, la
deposición de azufre permanece alta en relación con la
de nitrato y en comparación con muchas otras regiones
forestales (Fenn et al., 2002).
La deposición anual por la lluvia a través del follaje de
N (como amonio y nitrato) y de S (como sulfato) inorgánico
en el Desierto de los Leones fue de 18.5 y 20.4 kg·ha-1. Los
valores análogos en Zoquiapan (ZOQ) fueron de 5.5 y 8.8
kg·ha-1·año-1 (Fenn et al., 2002). La deposición de nitrógeno
y azufre en el Desierto de los Leones fue relativamente alta
comparada con muchos bosques del mundo, lo cual era
esperado considerando las elevadas emisiones de óxidos
de nitrógeno y azufre en la Ciudad de México. Las entradas
anuales de precipitación fueron de 1,455 mm en el Desierto
de los Leones y de 778 mm en Zoquiapan. Los patrones de
deposición acumulada de nitrato y amonio se compararon
con el volumen de la precipitación acumulada en el Desierto
de los Leones, pero en Zoquiapan la deposición de nitrato
y amonio fue menos sensible, encubriendo la tendencia de
FIGURA 1. Flujos promedio de depositación seca en los parques
nacionales. desierto de los Leones (dL) y Zoquiapan (ZoQ)
en el invierno de 1994. Las barras de error corresponden
a los errores estándar de la media de cinco periodos de
colecta de dos semanas cada una. Modiicado de Fenn
et al., 1999. Los asteriscos arriba de las barras indican
diferencias signiicativas entre DL y ZOQ para cada ión
(P=0.1). (Fenn et al., 2002).
FIGURE 1. Average dry deposition luxes in the national parks
desierto de los Leones (dL) and Zoquiapan (ZoQ) in the
winter of 1994. The error bars correspond to standard
errors of the mean of ive collection periods of two weeks
each. Modiied from Fenn et al., 1999. Asterisks above bars
indicate signiicant differences between DL and ZOQ for
each ion (P = 0.1). (Fenn et al., 2002).
accumulated precipitation at both sites (Fenn et al., 1999,
cited by Fenn et al., 2002).
Sulfur deposition by rain through foliage is generally
considered a reasonable estimate of the total sulfur
deposition in a forest. However, many studies show that
20 to 40% of atmospheric nitrogen deposited in a forest is
retained within the canopy and therefore not determined
in the analysis of precipitation through foliage. Assuming
that signiicant reduction of nitrogen by the canopy also
occurred in this study, the total nitrogen deposition in the
forest, expressed as biomass (kg·ha-1), was slightly higher
than the total sulfur deposition. Thus, nitrogen and sulfur
deposition in the Desierto de los Leones forest is 10 to 20
times higher than levels measured in forests with minimal
anthropogenic atmospheric deposition, assuming that
the subterranean levels of nitrogen and sulfur deposition
in relatively conserved forests is about 1 to 2 kg.ha-1.yr.-1
(Fenn et al., 2002). The nitrogen and sulfur deposition
was approximately three to nine times greater than in the
subterranean levels.
Under these conditions, the effects of atmospheric
deposition on nutrient levels in the forest suggest that
atmospheric deposition of nitrogen and sulfur contaminants
can have signiicant effects on nutrient cycling and ecosystem
function. A possible effect of chronic atmospheric inputs of
nitrogen is that it can lead to maintaining high levels of
nitrogen in soil and soil solution, which in turn can support
active populations of microorganisms in the nitrogen cycle,
such as nitriiers, and as a result stimulate nitriication rates.
Nitrogen deposition inputs and soil with high nitriication
activity, coupled with low C: N ratio (carbon: nitrogen) in
soil and litter, are the main factors in the development of
forest nitrogen saturation; these forests or the watershed
are highly likely to lose the excess nitrogen as nitrate in
streams (Fenn et al., 2002).
In relation to foliar indicators of N status in the
forest, a previous study concluded that, according
to the total foliar N content and in the ratios
N : P, N : S and C: N, N fertility was higher in the DL
than in ZOQ. Although the differences were statistically
signiicantly, differences between the DL and ZOQ were
not as dramatic as the comparisons between the sites of
high and low N deposition in the San Bernardino Mountains
(SBM). In four subsequent analyses of current year foliage,
collected in April and November 1999, as well as in January
and April 2000, N concentrations in foliage were not
signiicantly different at sites of high and low deposition,
except for the sample of November 1999 (Figure 2), for
which N concentrations were approximately 55% lower
than in previous samplings (Fenn et al., 2002).
There is little evidence to show that
acid rain has a direct effect on most plants. Acid
rain intercepted by vegetation leaches nutrients,
195
La lluvia ácida...
D. Granados Sánchez, et. al.
la precipitación acumulada. La tendencia de la deposición
acumulada de sulfato generalmente siguió la huella de la
precipitación acumulada en ambos sitios (Fenn et al, 1999;
citado por Fenn et al., 2002).
La deposición de azufre por la lluvia a través del
follaje generalmente se considera que es una estimación
razonable de la deposición total de azufre en un bosque.
Sin embargo, muchos estudios demuestran que de un 20
a 40 % del nitrógeno atmosférico depositado en un bosque
es retenido dentro del dosel y por tanto no determinado
en los análisis de la precipitación a través del follaje. Asumiendo que esa signiicativa reducción de nitrógeno por
el dosel también ocurrió en este estudio, la deposición
total de nitrógeno en el bosque, expresada como biomasa
(kg·ha-1), fue ligeramente superior que la deposición total
de azufre. Así, la deposición de nitrógeno y azufre en el
bosque, en el Desierto de los Leones, es de 10 a 20 veces
mayor que los niveles medidos en los bosques con una
mínima deposición atmosférica antropogénica, asumiendo
que los niveles subterráneos de la deposición de nitrógeno
y azufre en bosques relativamente conservados es de
aproximadamente 1 a 2 kg·ha-1·año-1 (Fenn et al., 2002). La
deposición de nitrógeno y azufre fue aproximadamente de
tres a nueve veces mayor que los niveles subterráneos.
En estas condiciones, los efectos de la deposición
atmosférica sobre el nivel de nutrientes en el bosque, sugieren que la deposición atmosférica de los contaminantes
nitrógeno y azufre, puede tener efectos signiicativos sobre
el ciclo de nutrientes y en la función del ecosistema. Un
efecto posible de las entradas atmosféricas crónicas de
nitrógeno es que puede conducir al mantenimiento de
altos niveles de nitrógeno en el suelo y en la solución del
suelo, lo cual a su vez puede sostener poblaciones activas
de microorganismos en el ciclo del nitrógeno, tales como
nitriicadores, y como resultado se estimulan las tasas de
nitriicación. Las entradas en la deposición de nitrógeno y
los suelos con alta actividad de nitriicación, junto con una
baja proporción C : N (carbono : nitrógeno) en el suelo y
en el mantillo, son los principales factores en el desarrollo
de bosques en saturación de nitrógeno; estos bosques o
la cuenca son altamente propensos a perder el nitrógeno
en exceso como nitrato en las corrientes de agua (Fenn
et al., 2002).
En relación con los indicadores foliares del status del
N en el bosque, en un estudio previo se concluyó que, de
acuerdo con el contenido total de N foliar y en las proporciones N : P, N : S y C : N, la fertilidad de N fue mayor en
el DL que en ZOQ. Aunque las diferencias fueron estadísticamente signiicativas, las diferencias entre el DL y ZOQ
no fueron tan dramáticas como las comparaciones entre
los sitios de alta y baja deposición de N en las Montañas
de San Bernardino (MSB). En cuatro análisis subsecuentes
sobre el follaje del año, colectado en abril y noviembre de
1999, así como en enero y abril de 2000, las concentraciones de N en el follaje no fueron signiicativamente
particularly the calcium, magnesium and potassium in
leaves and needles. Such leaching, a normal process in the
movement of nutrients, has few effects on the health of the
trees, since they can replace lost nutrients by absorption
from the ground. However, forests situated at high altitudes
are frequently enveloped by fog and mist. Cloud droplets
are more acidic and contain higher concentrations of other
contaminants than the rain itself. When engulfed by fog,
conifers with needlelike leaves comb the air humidity and
their wet surfaces allow absorption of the pollutants it
contains. Once the water evaporates, it leaves behind high
concentrations of pollutants, some of which are washed
away during the next rain and fall to the ground. To this wet
deposition is added the cleaning of the dry deposition that
also leaches nutrients from the leaves (Mohnen, 1988).
Effects produced on trees in forest ecosystems
include the following: reduction of the photosynthetic
process, making it slower (alterations such as chlorosis,
defoliation and necrosis), changes in enzyme activity,
altered metabolism of lipids, proteins and carbohydrates,
reduced forest productivity, reduced growth and low viable
seed production, and loss of disease resistance.
It also leaches and washes away soil nutrients such
as magnesium, calcium and potassium, which are essential
for life, and frees the aluminum ion in the soil, which is toxic
to all plants (Godbold et al., 1988).
Researchers believe that acid rain is one of the
causes of Waldsterben (death of trees) that affects more
than half of the forests of northern Europe. It is believed
that acid rain is also one of the main causes of the decline
of Swiss forests. More speciically, 43% of the conifers in
the central Alpine region are dead or dying. The spread of
tree diseases has coincided with increased air pollution,
causing the phenomenon known as acid rain. It has been
estimated that European heavy industry gives off per year
55 million tons of sulfur dioxide and 37 million tons of
nitrogen oxides, which react with moisture in the air to form
sulfuric and nitric acids (Arkley and Glauser, 1980).
The dificulty lies in the circumstantial evidence that
relates the death of trees to acid rain. It has long been
blamed for the increasing acidity of forest soil. The acidiied
water carries away important minerals from the forest soil
and releases other toxic substances, such as aluminum.
However, the forest areas with greatest damage do not
always correlate with the intensity of acid contribution.
Nor has the idea that airborne pollutants directly damage
trees through their leaves been corroborated, since all the
symptoms indicate that the disease affects the entire tree,
not just the leaves (Baltensweiler, 1985).
However, the most serious effect is the mobilization
of soil elements, in amounts higher than normal, which
can come to have toxicity, particularly aluminum and
196
Revista Chapingo Serie Ciencias Forestales y del Ambiente 16(2): 187-206, 2010.
diferentes en los sitios de alta y baja deposición, excepto
para la muestra de noviembre de 1999 (Figura 2), para la
cual las concentraciones de N fueron aproximadamente
55 % inferiores que en los muestreos previos (Fenn et
al., 2002).
Existe poca evidencia para mostrar que la lluvia ácida
tiene un efecto directo sobre la mayoría de las plantas. La
lluvia ácida, interceptada por la vegetación, lixivia nutrientes, particularmente el calcio, el magnesio y el potasio, de
las hojas y las acículas. Tal lixiviación, un proceso normal
en la circulación de los nutrientes, tiene efectos pequeños
en la salud de los árboles, ya que éstos pueden reemplazar
los nutrientes perdidos por absorción desde el suelo. Sin
embargo, los bosques que se sitúan a elevadas alturas se
encuentran frecuentemente envueltos por brumas y nieblas. Las gotitas de las nubes son más ácidas y contienen
mayores concentraciones de otros contaminantes que la
propia lluvia. Cuando están inmersas en una niebla, las
coníferas con hojas aciculares peinan la humedad del aire
y sus supericies húmedas permiten la absorción de los
contaminantes que contiene. Una vez que se evapora el
agua, ésta deja tras de sí altas concentraciones de contaminantes, algunos de los cuales son lavados durante la
siguiente lluvia y caen al suelo. A esta deposición húmeda
se suma la limpieza de la deposición seca que también
también lixivia nutrientes de las hojas (Mohnen, 1988).
Entre los efectos que produce en los árboles de
los ecosistemas forestales se encuentran: reducción del
proceso fotosintético haciéndolo más lento (alteraciones
como clorosis, defoliaciones y necrosis), modiicación de la
actividad enzimática, alteración del metabolismo de lípidos,
proteínas y carbohidratos, reducción en la productividad de
los bosques, disminución del crecimiento y baja producción
de semillas viables, pérdida de resistencia a enfermedades.
También lixivia y arrastra nutrientes del suelo como son
el magnesio, el calcio y el potasio indispensables para la
vida, libera el ion aluminio en el suelo, el cual es tóxico
para todas las plantas (Godbold et al., 1988).
Los investigadores opinan que la lluvia ácida es una
de las causas de la Waldsterben (muerte de los árboles)
que afecta a más de la mitad de los bosques del norte
de Europa. Se cree que la lluvia ácida es también uno
de los principales causantes de la decadencia de los
bosques suizos; un 43 % de las coníferas de la región
central alpina están muertas o moribundas. La expansión
de enfermedades de los árboles ha coincidido con un
aumento de la contaminación atmosférica, causante del
fenómeno conocido como lluvia ácida. Se ha calculado
que la industria pesada europea desprende al año 55
millones de toneladas de dióxido de azufre y 37 millones
de toneladas de óxidos de nitrógeno, que reaccionan con
la humedad del aire, formando ácidos sulfúrico y nítrico
(Arkley y Glauser, 1980).
FIGURA 2. Concentración total de N y S y proporción CN en el follaje
del año en curso de árboles de Pinus hartwegii cosechado
en noviembre de 1999, en dos sitios de baja deposición
(Paso de Cortés PC y Zoquiapan ZoQ) y dos sitios de alta
deposición (Ajusco AJ y desierto de Leones dL). Las letras
arriba de las barras indican diferencias signiicativas entre
sitios (P=<0.05).(Fern et al., 2002).
FIGURE 2. Total concentration of N and S and CN ratio in the current
year foliage of Pinus hartwegii trees harvested in November 1999 in two sites of low deposition (Paso de Cortés
PC and Zoquiapan ZoQ) and two sites of high deposition
(Ajusco AJ and desierto de Leones dL). The letters above
bars indicate signiicant differences between sites (P =
<0.05). (Fern et al., 2002).
magnesium, which are released from soil particles and
replaced by hydrogen ions. Aluminum affects the structure
and function of ine roots and interferes with absorption of
calcium from the soil. It also suppresses the growth of the
cambium in trees, which in turn reduces the formation of
new sapwood. As the formation of the sapwood in conifers
decreases, the relationship between living sapwood and
dead heartwood also decreases. When sapwood is less
than 25 percent of the cross section of a tree, it succumbs
and hence the forest begins to decline.
According to a theory that is gaining ground, the
real culprits are the nitrogen oxides, which also come out
of vehicle exhausts. Most trees are highly dependent on
the fungi that live in the surface layers of their roots, in
structures called mycorrhizae. The fungi obtain vitamins
and carbohydrates from the tree, while it receives
water and useful minerals from the fungi. If the excess
nitrogen in the air (in the form of nitrate and ammonium
ions) damages the mycorrhizae, the tree does not
grow well and the roots tend to rot, especially in areas
where the soil is already depleted (Grossman 1988).
SO2 results in a wide variety of harmful effects on
plants, since it reduces photosynthesis, modiies the activity
of certain enzymes and alters the metabolism of lipids,
proteins and carbohydrates. On a larger scale, the most
common alterations begin with the appearance of milky
spots on leaves that turn red when symptoms worsen. The
long-term injuries are manifested by the appearance of
chlorosis in the leaves, as well as by reduced growth and
production of viable seeds in several species. A signiicant
negative effect of SO2 is that it favors the appearance of
mutations as a result of increased exposure to ultraviolet
197
La lluvia ácida...
D. Granados Sánchez, et. al.
La diicultad reside en lo circunstancial de la evidencia que relaciona la muerte de los árboles con la lluvia
ácida. Durante mucho tiempo se culpó a la creciente
acidez del suelo de los bosques. El agua acidiicada se
lleva importantes minerales del suelo del bosque y libera
otros tóxicos, como el aluminio. Sin embargo, las zonas
de mayor daño en los bosques no siempre se correlacionan con la intensidad de aportación de ácidos. Tampoco
se ha podido corroborar la idea de que los contaminantes
llevados por el aire dañan directamente a los árboles a
través de las hojas, ya que todos los síntomas indican que
la enfermedad afecta a todo el árbol, y no sólo a las hojas
(Baltensweiler, 1985).
Sin embargo, el efecto de mayor seriedad es la
movilización de elementos del suelo que, en cantidades
mayores de lo normal, pueden llegar a tener toxicidad,
entre ellos particularmente el aluminio y el magnesio, que
se liberan de las partículas del suelo al ser reemplazadas
por iones de hidrógeno. El aluminio afecta a la estructura
y función de las raíces inas e interiere con la absorción
del calcio del suelo. También suprime el crecimiento del
cambium en los árboles, que a su vez reduce la formación
de albura nueva. A medida que disminuye la formación de
la albura en las coníferas, la relación entre albura viva y
duramen muerto disminuye. Cuando la albura representa
menos del 25 por ciento de la sección transversal de un
árbol, éste sucumbe y en consecuencia viene el declive
del bosque.
Según una teoría que va ganando aceptación, los
culpables son los óxidos de nitrógeno, que también se
desprenden de los escapes de los vehículos. La mayoría
de los árboles dependen mucho de los hongos que viven
en las capas supericiales de sus raíces, en estructuras
llamadas micorrizas. Los hongos obtienen vitaminas e
hidratos de carbono del árbol, y éste recibe del hongo agua
y minerales útiles. Si el exceso de nitrógeno en el aire
(en forma de iones nitrato y amonio) daña a la micorriza,
el árbol no crecerá bien y las raíces tenderán a pudrirse,
especialmente en zonas donde el suelo está ya empobrecido (Grossman 1988).
El SO2 acarrea una gran variedad de efectos nocivos
en las plantas, ya que reduce la fotosíntesis, modiica la
actividad de ciertas enzimas y altera el metabolismo de
los lípidos, proteínas y carbohidratos. A mayor escala, las
alteraciones más frecuentes comienzan con la aparición
de manchas lechosas en las hojas, que se vuelven rojizas
cuando los síntomas se agudizan. Las lesiones a largo
plazo se maniiestan por la aparición de clorosis en las
hojas, así como por la disminución del crecimiento y de
la producción de semillas viables en diversas especies.
Un importante efecto negativo del SO2 es que favorece la
aparición de mutaciones a consecuencia del incremento
de la exposición a las radiaciones ultravioleta. Además,
actúa en sinergia con el ozono y los NOx, lo que potencia
radiation. It also acts in synergy with ozone and NOx, which
enhance its harmful effects and exacerbate the subsequent
consequences of other pathogens such as parasitic insects
and fungi (Ulrich, 1983).
In addition, low NOx concentrations usually do
not cause harm to plants, but with increased exposure
time alterations such as defoliation and chlorosis begin
to appear. As an effect of exposure over several days,
necrosis is observed, which may even offset the growth
of susceptible plants when there is prolonged contact with
NOx (Adams, 1998).
Acid rain, pests and diseases. Recent studies have
shown that chemical pollutants interact to produce a
synergism of destruction. Attacks by insects and aphids
have been taken up as an alternative explanation, by
industry politicians, for the wide spread of tree mortality
in forests. Indeed, in recent years a sudden onset of
aphids and moths has been observed in the trees of the
Appalachian Mountains. Aphids suck the photosynthetic
products of their hosts and cause a large number of
deaths in trees; similar damage is caused by gypsy moth
caterpillars, resulting in defoliation on all sides.
However, the decline of the trees cannot be
considered only in terms of an increase in predatory action,
since forests are mainly weakened by chemical pollution
of the environment, and among those pollutants is acid
rain, as it has a debilitating effect that makes trees more
vulnerable to attack by pests and diseases. The death of
the trees follows a pattern that is consistent with areas of
high concentrations of ozone, signiicant acid deposition
and the absence of a natural chemical buffer. If forest
health is being reduced by chemical friction, insects may
simply be hastening the death of an already weakened host
(Baltensweiler, 1985).
Soil and Acid Rain
The effects of acid rain would be much more
widespread if nature had not intended to endow many areas
with their own protection. Alkaline soils can withstand acid
rain because its calcium can neutralize, or buffer, acids.
Acid rain also alters the nutrient content of forest soils. It
leaches and washes away essential soil elements, such
as potassium, calcium and magnesium, depriving trees
and other vegetation of the basic elements for life. If there
are not enough nutrients in the soil, trees become more
susceptible to harsh climatic conditions such as frost and
winter damage, as well as damage produced by other
pollutants (Abrahamsen and Stuanes 1986).
In some areas the soil contains enough
calcium ions, which provide alkalinity as a potential
198
Revista Chapingo Serie Ciencias Forestales y del Ambiente 16(2): 187-206, 2010.
sus efectos nocivos y agudiza las consecuencias posteriores de otros patógenos como insectos parásitos y hongos
(Ulrich, 1983).
Además, las bajas concentraciones de NOx no suelen
provocar efectos nocivos para las plantas, aunque conforme aumenta el tiempo de exposición comienzan a aparecer
alteraciones como defoliaciones y clorosis. Como efecto
de las exposiciones de varios días se observan necrosis,
e incluso pueden llegar a anular el crecimiento de plantas
sensibles cuando el contacto con los NOx es muy prolongado (Adams, 1988).
Lluvia ácida, plagas y enfermedades. Recientes
estudios han demostrado que los contaminantes químicos
interactúan para producir un sinergismo de destrucción. El
ataque de insectos y de áidos se ha tomado como una
explicación alternativa, por los políticos industriales, ante
la amplia propagación de la mortalidad de los árboles en
los bosques. Ciertamente, en los últimos años se ha observado una aparición repentina de áidos y de polillas en los
árboles de los Montes Apalaches. Los áidos succionan los
productos fotosintéticos de sus hospederos y provocan un
gran número de muertes en los árboles; un daño similar es
causado por las orugas de las mariposas polillas o gitanas,
que resulta en la defoliación de todas las laderas.
Sin embargo, la declinación de los árboles no puede
ser considerada solamente en términos de un incremento
en la acción depredatoria, ya que el bosque debe su principal debilitamiento a la contaminación química del ambiente,
y entre los contaminantes se encuentra la lluvia ácida, pues
tiene un efecto que debilita y hace muy vulnerables a los
árboles al ataque de plagas y enfermedades. La muerte
de los árboles sigue un patrón que es consistente con
áreas de altas concentraciones de ozono, deposición ácida signiicativa y la ausencia de un amortiguador químico
natural. Si la salud del bosque está siendo reducida por la
fricción química, los insectos pueden estar simplemente
apresurando la muerte de un hospedero ya debilitado
(Baltensweiler, 1985).
Suelos y lluvia ácida
Los efectos de la lluvia ácida estarían mucho más
extendidos si la naturaleza no hubiera previsto a muchas
áreas con su propia protección. Los suelos alcalinos pueden resistir la lluvia ácida porque el calcio de sus suelos
neutraliza, o “tampona”, los ácidos. La lluvia ácida altera
también el contenido en nutrientes de los suelos forestales.
Lixivia y arrastra nutrientes fundamentales de los suelos,
tales como el potasio, el calcio y el magnesio, privando a
los árboles y otra vegetación de estos elementos básicos
para la vida. Si no hay una cantidad suiciente de nutrientes en el suelo, los árboles se vuelven más susceptibles
a las agresiones climáticas como las heladas y los daños
invernales, así como a los daños producidos por otros
buffer against the increase in acidity. If the buffering
action is strong enough, the soil pH level can
remain unchanged despite the deposition of acid. This
buffering is given by the class of minerals possessed by
soil with a negative electrical charge, which is opposed to
the charge of positive ions. The strength of this negative
charge is called cation exchange capacity (CEC). In this
process, the problem is the exchange, since as the balance
of ions between the soils changes, the ions on the surface
of clay soils may change. There is a replacement hierarchy
among ions: the aluminum ion is the most dificult to
displace, followed by hydrogen, then calcium, magnesium
and potassium.
Al 3+ > H+ > Ca2+ > Mg2+ > K+
Ease of displacement ------>
Thus, when hydrogen ions bind to soil they can
release calcium into the soil surface. The absorption of
hydrogen ion by clays favors change in soil chemical
reactions, and the potential to become acid is diminished.
The hierarchy mentioned above makes the ions for
CEC equally important, but the order of this system is
broken if one of them, for example hydrogen, is present
in a higher concentration relative to the others. If there is
insuficient calcium in the soil, it can become acid; if the
hydrogen ions in it are increased, it is more vulnerable to
the effects of acid rain (Newman, 1995).
Acid precipitation has its greatest impact on soils
that are poor in cations and which have low clogging.
Such soils, most podzolic and largely derived from
granite beds and located in coniferous forests, are very
sensitive to acids. In these regions, terrestrial ecosystems
are nutrient poor and their soils acidic. Over time acid
precipitation can have adverse effects, since it increases
the leaching of calcium, magnesium and potassium
from the soil that receives it and replaces these cations
with hydrogen ions, further increasing soil acidity. Acid
precipitation can reduce the solubility and availability
of phosphorus and the nitrogen ixation rate. If the leaching
rate exceeds the replenishment of these nutrients by
weathering of the earth’s crust, acid precipitation alters
the nutrient balance of trees and other vegetation. In
addition, acid rain can inhibit the activity of soil fungi and
bacteria, which reduces the rates of humus production,
mineralization and ixation of nutrients. All these interactions
result in nutrient-poor soils.
When soil acidity levels increase, free hydrogen ions
also increase greatly in number, and the site occupied by
aluminum is occupied by hydrogen. This replacement of
ions represents a strong local impact on the ecosystem
because aluminum can be a potential poison. If the
199
La lluvia ácida...
D. Granados Sánchez, et. al.
contaminantes (Abrahamsen y Stuanes 1986).
En algunas áreas el suelo contiene suicientes iones
de calcio, lo que le brinda alcalinidad como un potencial
amortiguador para el incremento de la acidez. Si la acción
amortiguadora es lo bastante fuerte, el pH del suelo puede permanecer a pesar de la deposición de ácido. Este
amortiguador se da por la clase de minerales que tenga el
suelo con una carga eléctrica negativa, que se opone a la
carga de los iones positivos. La resistencia de esta carga
negativa es llamada capacidad de intercambio catiónico
(CIC). En este proceso el problema es el intercambio, ya
que el balance de los iones entre los suelos cambia, los
iones que están en la supericie de los suelos arcillosos
pueden cambiar. Existe una jerarquía de reemplazamiento
entre los iones: el aluminio es el ion difícil de desalojar, le
sigue el hidrógeno, después el calcio, el magnesio y el
potasio.
Al 3+ > H+ > Ca2+ > Mg2+ > K+
Facilidad de desplazamiento ------>
De esta manera, cuando los iones de hidrógeno se
adhieren al suelo pueden liberar calcio en la supericie
del suelo. La absorción del ion hidrógeno por las arcillas
favorece que cambien las reacciones químicas del suelo,
y el potencial a transformarse en ácido se ve disminuido.
La jerarquía antes mencionada hace que los iones
para el CIC sean igualmente importantes, pero el orden
de este sistema se rompe si uno de ellos, por ejemplo el
hidrógeno, se presenta en una concentración mayor con
relación a los otros. Si hay insuiciencia de calcio en el
suelo, éste puede llegar a ser ácido; si se incrementan los
iones hidrógeno en él, son más vulnerables a los efectos
de la lluvia ácida (Newman, 1995).
La precipitación ácida tiene su mayor impacto en
suelos que son pobres en cationes y que presentan un
escaso taponamiento. Tales suelos, la mayoría podsólicos
y derivados en gran parte de lechos graníticos, ubicados
en bosques de coníferas son muy sensibles a los ácidos.
En estas regiones, los ecosistemas terrestres son pobres
en nutrientes y sus suelos ácidos. Con el tiempo la precipitación ácida puede tener efectos adversos, puesto que
aumenta la lixiviación del calcio, magnesio y potasio del
suelo que la recibe y reemplaza estos cationes por iones
de hidrógeno, aumentando aún más la acidez del suelo.
La precipitación ácida puede reducir la solubilidad y disponibilidad de fósforo y la tasa de ijación del nitrógeno. Si la
tasa de lixiviación supera la reposición de estos nutrientes
por la meteorización de la corteza terrestre, la precipitación
ácida altera el balance de nutrientes de los árboles y de
otros tipos de vegetación. Además, la lluvia ácida puede
inhibir la actividad de los hongos y bacterias del suelo,
con lo cual reduce las tasas de producción de humus,
la mineralización y la ijación de nutrientes. Todas estas
aluminum combines with oxygen, it is transformed into
aluminum oxide, which causes minor damage; however,
if it exists as free ion, it is poisonous. Free aluminum ions
are linked with soil acidiication and are highly toxic to
plants and animals. This increases soil acidity and toxins
that can kill trees, and if they are near water bodies they
are carried away there by rain, thereby poisoning rivers
and lakes. This acidity also greatly affects decomposition
processes that take place in the soil and therefore limits
the conversion of plant nutrients, which affects net primary
production, which is reduced.
The reason for this slowing down of the decomposition
process is an increase in aluminum in the soil and excess
acidity. This factor limits plant growth and affects the
mycorrhizal fungi that live symbiotically in the roots of
trees and, consequently, die because they cannot absorb
nutrients, as their chemical processes are also affected. For
these reasons, the accumulation of nutrients in acid soils is
a sure sign that productivity is failing (Young et al., 1988).
Trees suffer the negative effects produced by acid rain
in the soil. While pollutants accumulate in the atmosphere,
the water becomes more acidic, lowering its pH. The excess
acidity directly affects chlorophyll production and reduces
the photosynthetic capacity of the plant, which uses an
internal buffer, calcium, to neutralize the acidity. Aluminum
is an important chemical in acid deposition, but it is not the
only toxic agent that affects plants. Other potential toxins
include cadmium, copper, zinc and arsenic, which can be
associated with increased acidity. The site where the acid is
deposited, in falls or soils, does not indicate whether it will
act as an effective buffer against the reduced pH level in it.
More speciically, many areas are severely affected by acid
rain; those that are close to pollutants have their mortality
rates increased due to the following factors: (Abrahamsen
and Stuanes, 1986):
▪ Fog formation in highland areas can dissolve
pollutants and thus the trees are surrounded by acidic water
vapor, with a pH of 3.5.
▪ Acid rain kills mycorrhizal fungi that live in the roots
of trees and reduces the absorption of nutrients.
Nitrogen and sulfur inputs have a fertilization effect on
some ecosystems. Nitrogen inputs from the air represent
a 500% increase on the ground, thus leading to lowering
in some plant communities in areas where nutrient supply
is low. Unfortunately, although the plants can bloom, other
changes quickly take place, too. Many plants that grow in
sandy or chalky soils rely on the rain as their main source
of nutrients and are well-adapted to low nutrient levels. The
abundance of nitrogen means that other species can invade
and compete externally with the native lora. Nutrient-poor
grassland and scrubland may change, especially those
200
Revista Chapingo Serie Ciencias Forestales y del Ambiente 16(2): 187-206, 2010.
interacciones causan suelos deicientes en nutrientes.
Cuando el suelo incrementa sus niveles de acidez,
surge un gran número de iones de hidrógeno libres, y el
sitio ocupado por el aluminio es ocupado por hidrógeno.
Este reemplazo de iones representa un fuerte impacto
local en el ecosistema porque el aluminio puede ser un
veneno potencial. Si el aluminio se combina con el oxígeno
se transforma en óxido de aluminio, que produce un daño
menor; pero si se encuentra como ion libre, es venenoso.
Los iones libres de aluminio se relacionan con la acidiicación del suelo, y son altamente tóxicos para las plantas
y animales. De esta manera se incrementa la acidez del
suelo y se incrementan las toxinas que pueden matar árboles, y si están cerca de cuerpos de agua son acarreados
hasta allí por la lluvia, envenenándose así ríos y lagos.
Esta acidez también afecta enormemente los procesos
de descomposición que se llevan a cabo en el suelo y por
consiguiente limitan la transformación de nutrientes para
las plantas, lo cual repercute en la producción primaria
neta, que se verá reducida.
La causa del lento proceso de descomposición se
debe a un incremento del aluminio en el suelo y al exceso
de acidez. Este factor limita el crecimiento de las plantas
y afecta las micorrizas de los hongos que viven de manera
simbiótica en las raíces de los árboles y, consecuentemente, mueren por no poder absorber nutrientes, ya que éstos
también se ven afectados en sus procesos químicos. Por
estas razones, la acumulación de nutrientes en los suelos
ácidos es un signo seguro de que la productividad está
fallando (Young et al., 1988).
Los árboles resienten los efectos negativos que tiene
la lluvia ácida en el suelo. Mientras se acumulan los contaminantes en la atmósfera, el agua se vuelve más ácida,
lo que la hace tener un pH mas bajo. El exceso de acidez
afecta directamente la producción de cloroila y reduce la
capacidad fotosintética de la planta; la planta utiliza un
amortiguador interno, el calcio, que neutraliza la acidez.
El aluminio es un químico importante en la depositación
de ácido, pero no es el único agente tóxico que las afecta.
Otras toxinas pueden ser el cadmio, cobre, zinc y arsénico,
los cuales pueden estar relacionados con el incremento de
la acidez. El sitio en que se encuentre depositado el ácido,
en cascadas o suelos, no indica que sea un amortiguador
efectivo para la reducción del pH en ellos. Más especíicamente, se encuentran muchas áreas gravemente afectadas
por la lluvia ácida; las que están cerca de los contaminantes
son especialmente vulnerables, e incrementan sus rangos
de mortalidad por los siguientes factores (Abrahamsen y
Stuanes, 1986):
▪La formación de neblina en las tierras altas puede disolver
contaminantes y de esta forma los árboles se rodean con
vapor de agua ácida, con un pH de 3.5.
▪La lluvia ácida mata las micorrizas de los hongos que
near major sources of nitrogen, such as heavily-traficked
roads. Acid rain damages ecosystems not only because of
the nutrients added, but also because of its acidity resulting
from the input of hydrogen reactive ions. Generally soil
acidiication mobilizes soil nutrients, promoting an initial
surge of growth. However, this acidity displaces nutrients
and key cations (Ca and Mg), which can limit further growth
(McLaughlin, 1985; Pearce, 1982).
The interaction between hydrocarbons, nitrogen
dioxide and UV rays produces ozone in the atmosphere.
The mixing of ozone and atmospheric acid produces
substances toxic to trees. Tree mortality is attributed
to a combination of high concentrations of ozone and
acid deposition. Ironically, the same trees can release
terpenes, which are highly reactive with hydrocarbons;
this combination with nitrogen dioxide forms ozone. These
acids are carried by atmospheric winds. The presence
of acid alone is not enough to kill trees, as a certain
concentration of ozone is also required. However, recent
studies have shown that chemical pollutants can act to
produce destructive substances. The experiments have
shown that plants exposed to low levels of pollutants, such
as ozone or sulfur dioxide, are not affected; however, if
they are exposed to the same levels of the two pollutants,
there is a marked increase in mortality rates (Minoura and
Iwasaka. 1996).
Lakes and acid rain
Acid deposition has its most pronounced effects
on aquatic ecosystems. Acid precipitation inputs
reach water bodies directly from rain and indirectly
from the soil of the surrounding watershed.
Acid water leached from the soil increases nutrient levels
in streams and lakes in the watershed. Since soils have
signiicant reserves of calcium, it seeps through the soil and
neutralizes while it liberates basic ions and transports them
to streams and lakes. However, such enrichment is often
overridden by acid precipitation lowing over the surface
soil, following old root canals and animal tunnels until
reaching the receiving water bodies. Thus, much of the
precipitation ends up as acid water, leaving the receiving
water acidified despite the buffering effects of the
soil (Schindler, 1988).
In water, sulfate and chloride ions replace bicarbonate
ions, the pH decreases, and the concentration of some metal
ions in soluble state increases. When the pH of groundwater
and surface water from the surrounding watershed is 5 or
less, high concentrations of aluminum ions are transported
into rivers and lakes. Then the aluminum tends to precipitate
as dark sediments that, acting as a locculating agent,
remove suspended particles and increase the transparency
of the water. The increased penetration of light in the water
can stimulate the production of phytoplankton and the
growth of benthic algae and bryophytes, but the biomass
201
La lluvia ácida...
D. Granados Sánchez, et. al.
viven en las raíces de los árboles y reduce la absorción
de nutrientes.
and the number of zooplankton species, and therefore
biodiversity itself, decline (Bailey et al., 1995).
Las entradas de nitrógeno y azufre tienen un efecto
de fertilización en algunos ecosistemas. Las entradas de
nitrógeno desde el aire representan un incremento del 500
% sobre el fondo, con lo que conducen a la loración en
algunas comunidades de plantas, en aquellas áreas donde
el abastecimiento de nutrientes es escaso. Desafortunadamente, mientras que las plantas pueden llegar a lorecer,
se continúan rápidamente otros cambios. Muchas plantas
que crecen en suelo arenoso o yesoso cuentan con la lluvia
como su fuente principal de nutrientes y están así adaptadas a niveles bajos de nutrientes. La abundante presencia
de nitrógeno signiica que otras especies pueden invadir y
competir externamente con la lora nativa. Los pastizales
pobres en nutrientes y los matorrales pueden cambiar,
especialmente aquellos cercanos a las principales fuentes
de nitrógeno, parecidos a los que tienen caminos densamente traicados. La lluvia ácida daña a los ecosistemas
no solamente a causa de los nutrientes que agrega, sino
también debido a su acidez, a la entrada de iones reactivos de hidrógeno. Generalmente la acidiicación del suelo
moviliza los nutrientes del suelo, promoviendo un oleaje
inicial de crecimiento. Sin embargo, esta acidez desplaza
a los nutrientes y cationes clave (Ca y Mg), los cuales pueden llegar entonces a ser limitantes para un crecimiento
posterior (McLaughlin, 1985; Pearce, 1982)
Although adult ish and some other aquatic organisms
can tolerate high acidity, a combination of this and a high
level of aluminum, a situation that may occur, can kill
them. Concentrations of 0.1 and 0.3 mg·L-1 of aluminum
in water slow the growth and gonadal development
of fish and increase their mortality (Schindler, 1988).
La interacción entre los hidrocarburos, dióxido de
nitrógeno y los rayos UV producen ozono en la atmósfera. La combinación del ozono y el ácido atmosférico
se convierten en sustancias tóxicas para los árboles. La
mortalidad de los árboles se le atribuye a la combinación de
altas concentraciones de ozono y la deposición de ácido.
Irónicamente, los mismos árboles pueden liberar terpenos,
altamente reactivos con los hidrocarburos; esta combinación con bióxido de nitrógeno forma ozono. Estos ácidos
atmosféricos son arrastrados por el viento. La presencia del
ácido solo no es suiciente para que mueran los árboles,
sino que es necesaria una determinada concentración de
ozono. Sin embargo, estudios recientes demostraron que
los contaminantes químicos pueden actuar para producir
sustancias destructivas. Los experimentos han mostrado
que con la exposición de las plantas a bajos niveles de
contaminantes como ozono o dióxido de azufre, éstas no se
ven afectadas; pero si se les expone a los mismos niveles
de los dos contaminantes, hay un marcado incremento en
los rangos de mortalidad (Minoura, y Iwasaka. 1996).
The illing of depressions and temporary ponds with
surface water runoff, even in areas without acidiied lakes or
streams, inhibits the reproduction of frogs and salamanders,
whose eggs and larvae are susceptible to acidic water. This
effect may partly explain the rapid decline of amphibians.
Acid waters are also toxic to invertebrates because they
either directly kill them or interfere with calcium metabolism,
causing crustaceans to lose their ability to recalcify their
exoskeletons after molting. As it decreases reproduction
with new individuals and food, ish are also disappearing
from affected waters (Baker, 1991).
Acid rain affects lakes especially in mountainous
regions. More recent observations indicate the progressive
acidiication of lakes. The effects of low pH on ish include
the loss of calcium in their bodies, which makes them
have weak or deformed bones. They are also unable to
develop many eggs and suffer gill damage caused by
aluminum separated from soil by the action of acid (Bailey
et al., 1995).
As a result of the effect of acidiication on water
bodies, ish stocks have been virtually eliminated from
lakes in some regions of the world. It has been suggested
that much of the toxicity to ish is actually due to increased
concentrations of aluminum, rather than the acidiication
of the medium in which they live. Aluminum, which
comprises about 5% of the earth’s crust, is practically
insoluble in alkaline or neutral water and it is therefore not
biologically usable. However, as a result of acid rain, the
concentration of dissolved aluminum in some lakes may
increase to levels toxic to ish and other aquatic organisms.
The solubility of other toxic metals such as lead, cadmium
and mercury also increases greatly with decreasing pH
(Bailey et al., 1995, Young et al., 1988).
Solution to the problems of acid rain
Lagos y la lluvia ácida
La deposición ácida tiene sus efectos más pronunciados en los ecosistemas acuáticos. Las entradas de la
precipitación ácida a los cuerpos de agua llegan directamente de la lluvia e indirectamente de los suelos de la
cuenca hidrográica circundante. El agua ácida lixiviada
Restrictions on burning coal or reduced use
of chemicals can diminish the problem. However, the
solution is not that simple, as coal is an important fuel and
generates 28% of global energy. The main users of coal are
countries seeking rapid industrialization. China harnesses
75% of its energy from coal and currently accounts for
202
Revista Chapingo Serie Ciencias Forestales y del Ambiente 16(2): 187-206, 2010.
de los suelos incrementa los niveles de nutrientes de las
corrientes de agua y lagos de la cuenca. Puesto que los
suelos presentan reservas apreciables de calcio, éste se
iniltra a través del suelo y neutraliza al tiempo que libera
iones básicos y los transporta hasta corrientes y lagos. Sin
embargo, tal enriquecimiento es frecuentemente anulado
por las precipitaciones ácidas que luyen sobre la supericie del suelo, siguiendo antiguos canales de las raíces y
los túneles de animales hasta llegar a las masas de agua
receptoras. De este modo, muchas de las precipitaciones
acaban en forma de aguas ácidas, quedando las aguas
receptoras acidiicadas a pesar de los efectos tamponadores del suelo (Schindler, 1988).
En el agua, los iones sulfato y cloruro reemplazan a
los iones bicarbonato, el pH disminuye, y la concentración
de algunos iones metálicos en estado soluble aumenta.
Cuando el pH de las aguas subterráneas y supericiales
de la cuenca hidrográica circundante es de 5 o inferior,
altas concentraciones de iones de aluminio son transportadas hacia los ríos y lagos. Entonces el aluminio tiende
a precipitar en forma de unos sedimentos oscuros que,
al actuar como agente loculante, eliminan partículas en
suspensión y aumentan la transparencia del agua. El
aumento de la penetración de la luz en el agua puede
estimular la producción de itoplancton y el crecimiento de
algas bénticas y de brioitas, pero la biomasa y el número
de especies de zooplancton, y por tanto la biodiversidad,
disminuyen (Bailey et al., 1995).
Aunque los peces adultos y algunos otros organismos
acuáticos pueden tolerar una alta acidez, una combinación
de ésta y un elevado nivel de aluminio, situación que se
puede presentar, puede matarlos. Concentraciones de 0.1
y 0.3 mg·L-1 de aluminio en el agua retrasan el crecimiento
y el desarrollo gonadal de los peces y aumenta su mortalidad (Schindler, 1988).
El relleno de depresiones y charcas temporales con
el agua de escorrentía supericial, incluso en regiones sin
lagos o cursos de agua acidiicados, inhibe la reproducción
de ranas y salamandras, cuyos huevos y larvas son sensibles al agua ácida. Este efecto puede explicar en parte la
rápida disminución de anibios. Las aguas ácidas también
son tóxicas para los invertebrados, debido a que los mata
directamente o interiere en el metabolismo del calcio,
provocando en los crustáceos la pérdida de la capacidad
para recalciicar sus exoesqueletos después de la muda.
A medida que disminuye la reproducción con nuevos individuos y el alimento, los peces también van desapareciendo
de las aguas afectadas (Baker, 1991).
La lluvia ácida afecta especialmente a los lagos
en regiones montañosas. Observaciones más recientes
indican la progresiva acidiicación de lagos. Los efectos
de un pH bajo sobre los peces consisten en la pérdida de
calcio en sus cuerpos, lo cual hace que tengan huesos
25% of coal burned globally. India ranks fourth among
coal consumer countries. Developing countries generally
have low pollution controls since their priority is basically
social and economic development, so the care of the
environment is deined as a luxury that can be handled
later. The effects of acid deposition do not occur on a global
scale, and local legislation can make substantial differences
in the quality of the ishery and forestry activity (Graveland
et al., 1994; Grossman, 1988). Sulfur oxides can be harmful
to vegetation, as was already evident in the early years of
the last century when a large copper-processing plant was
built in a mountainous area of Tennessee, USA. In a few
years, all the fauna and vegetation surrounding the smelter
had been destroyed. The solution to the problem, which is
still used today, was to build very tall chimneys so that the
wind would carry the pollutants far away from the immediate
area. It was assumed, albeit incorrectly as proven later, that
pollutants dispersed so widely would become harmless
because of their low concentration.
When a company stays within the limits allowed for
its emissions and takes into account future processes
(the company’s expansion or the reduction of its pollutant
emissions), it can exploit this publicity wise by selling
itself as a “clean industry”. Thus, in relation to pollution
due to sulfur dioxide emitted by industry, companies
have the option to pay for reducing these emissions. An
important part of these processes is the money used to buy
technology intended to reduce polluting processes. As a
reward for being environmentally-friendly, companies that
buy into this new technology should receive a major tax
cut. Today, all companies must comply with the standards
and permitted limits set out in legislation that encourages
the development and installation of increasingly clean
technologies.
CONCLUSIONS
By the 1960s, it had become clear that sulfur oxides
emitted from industrial chimneys were transported hundreds
or thousands of miles on prevailing winds before falling back
to the earth with rain or snow. Nitrogen oxides spewed out
by automobiles are also carried by the wind. However, what
was once a local problem has now become an international
one, as pollutants know no borders.
The increase in acid rain has had a signiicant impact
on forests and lakes of the industrialized nations
of the north, because the soils are naturally acidic and surface
waters are only slightly alkaline (basic). The forests in these
areas are dying and their bodies of water cannot sustain
normal ish stocks. Acid rain reduces crop yields and corrodes
marble, metal and stone, a signiicant impact in cities.
Recently we have seen that the forests of the Ajusco
range, located in the south of Mexico City, are severely
203
La lluvia ácida...
D. Granados Sánchez, et. al.
débiles o deformes, incapacidad para el desarrollo de
muchos huevos y daños en las branquias, causados por
el aluminio que se separa de los suelos por acción de la
acidez (Bailey et al., 1995).
Por efecto de la acidiicación en los cuerpos de agua,
las poblaciones de peces virtualmente han sido eliminadas
de los lagos de algunas regiones del mundo. Se ha sugerido que mucha de la toxicidad para los peces se debe en
realidad al incremento de las concentraciones de aluminio,
más que a la acidiicación del medio donde viven. El aluminio, que comprende alrededor de un 5 % de la corteza
terrestre, es prácticamente insoluble en agua alcalina o
neutra y por lo tanto no es biológicamente aprovechable.
Sin embargo, como consecuencia de la lluvia ácida, la
concentración de aluminio disuelto en algunos lagos puede aumentar hasta niveles tóxicos para los peces y otros
organismos acuáticos. La solubilidad de otros metales
tóxicos como el plomo, el cadmio y el mercurio también
aumenta enormemente con el descenso del pH (Bailey et
al., 1995; Young et al., 1988).
Solución a los problemas de la lluvia ácida
La restricción en la quema de carbón o la reducción
en el uso de químicos pueden reducir el problema. Sin
embargo, la solución no es tan sencilla, pues el carbón es
un importante combustible y genera el 28 % de la energía
global. Los principales usuarios de carbón son los países
que intentan una rápida industrialización. China maneja
el 75 % de energía proveniente del carbón, y actualmente
cuenta con el 25 % de carbón que se quema globalmente.
La India ocupa el cuarto lugar entre los países consumidores de carbón. Las naciones en vías de desarrollo generalmente tienen bajos controles de contaminación, ya que la
prioridad es básicamente el desarrollo social y económico;
por tanto, el cuidado del medio ambiente se deine como
un lujo que se puede atender después. Los efectos de la
deposición de ácido no se maniiestan en una escala global,
y la legislación local puede marcar diferencias sustanciales
en la calidad de la pesquería y la actividad forestal (Graveland et al., 1994; Grossman, 1988).
Los óxidos de azufre pueden ser dañinos para la
vegetación, como fue evidente ya en los primeros años
del siglo, cuando una gran planta de tratamiento de cobre
se instaló en un área montañosa de Tennessee, Estados
Unidos. En pocos años, toda la fauna y vegetación que
rodeaba a la fundición quedó destruida. La solución ideada
para dar una solución al problema, y que se sigue usando
hoy, es construir chimeneas muy altas, de manera que el
viento se lleve los contaminantes lejos del área inmediata.
Se suponía, aunque de manera incorrecta, como se demostró más tarde, que los contaminantes se dispersarían
tan ampliamente que llegarían a ser inofensivos por su
baja concentración.
damaged. A dramatic decline in the growth rate of these
trees has occurred over the past 10 years and in some
high areas the irs are dying in great numbers. It seems
evident that, among other effects, acid rain has decreased
tolerance to cold and pests in this species.
Mounting evidence indicates that acid rain
is one of the world’s most pressing environmental
issues. The possible consequences on biological
systems include reduced crop yields, reduced timber
production, the need for more fertilizer to compensate
for nutrient losses, and the loss of important freshwater
isheries and, possibly, even the forests themselves.
End of English Version
Cuando una compañía mantiene el límite permitido
en sus emisiones, y tomando en cuenta los procesos a
futuro (la expansión de la compañía o la reducción de sus
emisiones contaminantes), se puede explotar esto en el
ámbito publicitario y venderse como una “industria limpia”.
De este modo, la contaminación provocada a causa del
bióxido de azufre emitido por la industria tiene la opción
de pagar por la reducción de estas emisiones a in de
cumplir con los estándares marcados en la legislación.
Una parte importante de estos procesos es el dinero que
se utiliza para comprar tecnología destinada a reducir los
procesos que contaminan, por lo que deben representar
para la empresa una importante reducción de impuestos
como recompensa por ser una industria limpia. Hoy en día
todas las compañías deben cumplir con los estándares y
los límites permitidos que se establecen en la legislación
que las alienta al desarrollo y a la instalación de tecnologías
cada vez más limpias.
CONCLUSIÓN
En la década de los años sesenta del siglo XX, era
claro que los óxidos de azufre que salían de las chimeneas
eran transportados a cientos o miles de millas con los
vientos predominantes que luego retornaban a la tierra,
con la lluvia o con la nieve. Los óxidos de nitrógeno que
dejan escapar los automóviles son igualmente arrastrados
por el viento. No obstante, lo que antes era un problema
local ahora ha alcanzado nivel internacional, pues para los
contaminantes no hay fronteras.
El aumento de la lluvia ácida ha tenido efectos considerables en los bosques y lagos de las naciones indus-
204
Revista Chapingo Serie Ciencias Forestales y del Ambiente 16(2): 187-206, 2010.
trializadas del norte, porque sus suelos son naturalmente
ácidos y sus aguas supericiales son apenas levemente
alcalinas (básicas). Los bosques de esas áreas están
muriendo y sus cuerpos de agua no pueden sostener a las
poblaciones normales de peces. La lluvia ácida disminuye
el rendimiento agrícola y corroe el mármol, metal y piedra,
efectos apreciables en las ciudades.
Recientemente se ha visto que los bosques del
Ajusco de la Ciudad de México, están seriamente perjudicados. Un espectacular declive en la velocidad de
crecimiento ha ocurrido durante los últimos 10 años y en
algunas localidades elevadas los oyameles mueren en
gran número. Parece evidente que, entre otros efectos,
la lluvia ácida disminuye la tolerancia al frío y a las plagas
en dicha especie.
La acumulación de pruebas señala que la lluvia ácida
es uno de los aspectos más graves de la contaminación y
que tiene alcance mundial. Las consecuencias posibles
sobre los sistemas biológicos incluyen la disminución del
rendimiento de las cosechas, una menor producción de
madera, la necesidad de usar más fertilizantes para compensar las pérdidas de nutrientes, la pérdida de importantes
pesquerías de agua dulce y, posiblemente, también de los
bosques.
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