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“El Bueno, el Feo y el Malo” de los retardantes de llama – el efecto oculto de los incendios forestales en los ecosistemas acuáticos

21/07/2017

“El Bueno, el Feo y el Malo” de los retardantes de llama – el efecto oculto de los incendios forestales en los ecosistemas acuáticos

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Autor: REMTAVARES

Blog: www.madrimasd.org/blogs/remtavares

 

  • Sanda Lepure, Tadeusz Namiotko, Álvaro Vázquez González, IMDEA Agua y UAH
 
 
A veces los incendios forestales ocurren de forma natural y juegan un papel importante en el mantenimiento de la salud de los ecosistemas.
 
El fuego daña los sistemas superficiales y subterráneos, y además de sus efectos positivos en la regeneración de los bosques, en la simulación de la germinación de semillas y la reinclusión de importantes nutrientes al sustrato y agua del bosque, que de otra forma se almacenarían en biomasa, también puede causar contaminación y causar el colapso del funcionamiento de los ecosistemas acuáticos superficiales y subterráneos.
 
Los efectos negativos principales en los ecosistemas acuáticos después de un incendio son el incremento de las cargas de sedimento en ríos y corrientes de agua, la acumulación de ceniza, que obstruye los intersticios de los sedimentos del cauce, y probablemente cambios en el pH, todos ellos afectan al metabolismo de los organismos, su fisiología y comportamiento.
 
Uno de los efectos negativos más importantes de los incendios forestales emerge de la contaminación del agua con componentes de retardantes de llama, que han sido recientemente detectados en bajas cantidades en aguas superficiales y subterráneas. En esta situación, la supervisión de los retardantes de llama en los ecosistemas acuáticos de las áreas impactadas, los inventarios de las poblaciones acuáticas antes y después de los incendios, así como los test de toxicidad de laboratorio en grandes colecciones de organismos acuáticos de aguas superficiales y subterráneas están justificados. Esto ayudará a tener una estimación fundamental del efecto perjudicial de estos compuestos en los ambientes y vida acuática, permitiendo mejorar la calidad del agua después de un incendio forestal, adoptando estrategias apropiadas para la mitigación de estos efectos, protegiendo a los organismos y su hábitat.
 
Los incendios ocurridos recientemente en Pedrógão Grande, en la zona este de Portugal, y cerca del Parque Nacional de Doñana, al sur de España, han acabado con una enorme perdida de vidas humanas (64 personas en Portugal) y la evacuación de más de 10.000 personas de las áreas cercanas. Los incendios han afectado 30.000 hectáreas en Portugal y casi 10.000 en España. Cientos de bomberos y voluntarios han trabajado para combatir el fuego y las llamas durante días. En las dos zonas afectadas, los fuegos parecen ser el resultado de “errores de administración de los bosques y malas decisiones políticas” de los gobiernos en las décadas recientes.
 
En el caso especial de Doñana, Centro de Patrimonio Mundial por la UNESCO y Reserva de la Biosfera, WWF España advirtió desde hace varios años del peligro de los incendios forestales debido a los usos incontrolados de los bosques públicos. Entre 2005 y 2009, WWF España ha señalado la presencia de un total de 80 incendios en la zona de Doñana que han afectado a la vida natural en uno de los más extendidos humedales del sur de Europa.
 
 
 
Figura 1. Incendio en el Parque Nacional de Doñana
(Fuente: El País)
 
 
Los incendios forestales ocurren usualmente en la naturaleza y juegan un papel ecológico esencial en el mantenimiento de la salud del ecosistema, contribuyendo a la regeneración del bosque, la simulación de la germinación de semillas y la restitución de nutrientes importantes para el sustrato del bosque previamente guardados en la biomasa. Después de un incendio forestal natural, empieza un proceso de sucesión ecológica donde los ecosistemas sufren varios cambios y se desarrollan hasta un bosque maduro otra vez. Esto significa la recolonización del suelo con especies herbáceas, hierbas y hierbajos, seguidas de plantas más altas y los últimos en llegar son las especies de arboles. Los incendios forestales naturales también influencian el ciclo hidrológico inmediatamente después del periodo de fuego, así como la calidad de las aguas en la superficie y el subsuelo.
 
Los cambios más evidentes en las aguas superficiales después del fuego son las cargas de sedimentos en la fracción suspendida de los arroyos, que afectan temporalmente los hábitats biológicos disponibles para los organismos acuáticos del cauce y la zona ribereña, como los peces e invertebrados bentónicos e intersticiales.
 
Los cambios en las propiedades químicas del agua después de un incendio no están muy bien documentados, pero resultados de estudios sugieren un incremento en la carga de nutrientes, especialmente en fósforo y nitrógeno. Una estimación del contenido de nitrógeno en un incendio en un bosque experimental en California sugiere que puede ser 10 veces mayor después de los incendios y que su concentración permanece alta incluso después de tres años (Westerling & Bryant, 2008).
 
Sin embargo, el incremento en la carga de nutrientes después de un incendio depende en gran medida de la cuenca hidrográfica, tipo de bosque y las condiciones climáticas locales/regionales. Las aguas subterráneas en las áreas forestales son usualmente prístinas, debido a que el suelo del bosque contribuye significativamente a su purificación.
 
La fuente primaria de contaminación de las aguas subterráneas después de un incendio resulta de los microorganismos, que no pueden entrar al subsuelo, debido a la destrucción del mismo, las cargas de sedimentos, cenizas y potenciales cambios en el pH de las aguas. Después del incendio, existe una gran fuga de alcalinidad de las áreas quemadas que puede incrementar temporalmente el pH en las aguas superficiales y subterráneas, pero esto puede ser neutralizado si se diluye en una suficiente cantidad de agua.
 
 
 
Figura 2. Tundra ardiendo en un incendio de Alaska en el 7 de Junio de 2005
(Fuente: Matt Snyder—Alaska Division of Forestry/AP)
 
 
A medio y largo plazo, los incendios son beneficiosos para los ecosistemas terrestres (vegetación) y acuáticos (superficiales y subterráneos). Sin embargo, un importante punto de vista que resulta de los incendios es la contaminación con los agentes extinguidores de incendios. Estas sustancias químicas, llamadas retardantes de llama son usadas globalmente desde los principios de 1970.
 
Los retardantes de llama son compuestos químicos que suprimen las llamas y son usados como medios de prevención o cuando el incendio está ocurriendo. Los aviones además, liberan retardantes de llama en los bosques, y son usualmente aplicados como prevención en áreas bien conocidas de ser susceptibles a incendios, también cuando el mismo incendio está ocurriendo. Son capaces de alterar la combustión incluso después de que el agua sea removida por evaporación a causa de las llamas.
 
Los retardantes de llama están formados por una mezcla de agua (85%), compuestos químicos inorgánicos (10%) y agentes colorantes y estabilizadores (5%). Los compuestos químicos inorgánicos más comunes usados estos días están basados en amoniaco (fosfatos y sulfatos de amoniaco) o bromo. En el pasado, todos los retardantes contenían ferrocianuro de sodio como un inhibidor de corrosión, pero debido a su toxicidad, especialmente su radiación UV, han sido prohibidos desde 2007. Los retardantes de llama están también presentes en nuestros alrededores, en plásticos, textiles, circuitos electrónicos y otros materiales para prevenir fuegos.
 
 
 
Figura 3. Liberación de retardantes de llama en un incendio
 
 
La forma en la que actúan los retardantes de llama es compleja y depende de la naturaleza específica del material de cual están hechos y que están protegiendo. Por ejemplo, el amonio se adhiere a la superficie de la vegetación y así puede retardar la llama, los fosfatos pueden reaccionar con algunas de las especies activas que aparecen después de la combustión e inhibir la propagación de las llamas, mientras que los retardantes de llama bromados liberan átomos de bromo (radicales libres) a la fase gaseosa y reducen el calor generado, ralentizando y previniendo la actividad de las llamas.

 

Retardantes de llama y contaminación del agua

 
En la última década se ha producido un intenso debate acerca del riesgo que suponen los retardantes de llama al medioambiente en general y a los ecosistemas acuáticos en particular. Al principio, el impacto negativo de los retardantes de llama en el medioambiente fue negado, puesto que los principales ingredientes activos eran fertilizadores agrarios. Sin embargo, un compuesto, incluso si tiene baja toxicidad, puede causar adversos efectos ambientales cuando hay un intensivo uso del producto y se está acumulando en el agua, el suelo y la atmosfera, de donde es finalmente recogido por organismos.
 
La preocupación actual acerca de estos contaminantes está justificada, ya que muchos de ellos son corrosivos y tóxicos, tiene una limitada biodegradabilidad (como todos los compuestos orgánicos halogenados), siendo por lo tanto altamente persistentes y con tendencias a acumularse en el medioambiente a largo plazo. La bioacumulación de los retardantes de llama, como todo otro compuesto “antropogénico” persistente es notable en la cadena alimenticia, habiendo sido encontrado en zooplancton, invertebrados y peces (Bayen et al., 2008; Segev et al., 2009).
 
Los retardantes de llama no parecen estar atribuidos únicamente a las habilidades humanas de sintetizar compuestos químicos, también pueden ser producidos en la naturaleza por los organismos. Recientemente, un grupo de investigadores de la Scripps Institution of Oceanography en la Universidad de California San Diego, han encontrado una esponja marina que hospeda una bacteria capaz de producir compuestos tóxicos casi idénticos a los retardantes de llama creados por humanos (Agarwal et al., 2017).

 

El efecto toxico de los retardantes de llama en los organismos acuáticos

 
La toxicidad de los componentes de los retardantes de llama en los organismos acuáticos es debida a sus componentes orgánicos e inorgánicos. Por consiguiente, las sales de amonio son uno de los compuestos más tóxicos cuando se disocian en amoniaco (un compuesto común que resulta de la reducción de nitratos por las bacterias). Los efectos del amoniaco dependen de la temperatura del agua y el pH, puesto que influencia el equilibrio de la reacción amonio-amoniaco. Los estudios de toxicidad con retardantes de llama han sido mayoritariamente realizados en condiciones de laboratorio en algas, anfibios y peces, los últimos realizados, en diferentes etapas de desarrollo (Hamilton et al. 1996; Buhl and Hamilton 1998).
 
Estos test de laboratorio tienen como objetivo observar la mortalidad de los peces, y son de gran ayuda porque los estudios de respuesta según dosis tienen significativas implicaciones en modelos de simulación desarrollados para estimar el efecto de la exposición directa de los retardantes de llama en el agua y los organismos. Se ha detectado que el efecto directo de la toxicidad de los retardantes de llama se incrementa en presencia de radiación UV-B. En este caso la toxicidad del retardante es debida al ferrocianuro de sodio, un inhibidor de corrosión que es tóxico para los pecesOncorhynchus mykiss y la rana Rana sphenocephala, porque libera cianuros (Little y Calfee 2000). Los retardantes de llama bromados tiene una alta toxicidad aguda en los organismos acuáticos, como las algas, moluscos, crustáceos y peces, y a nivel celular se ha demostrado que sus acciones inducen la desestabilización de la membrana hemocito lisosomal (Canesi et al., 2005).
 
Los test de retardantes de llama en el propio medio natural, en peces, muestran que estos compuestos, incluso cuando están muy diluidos, son letales para los organismos acuáticos (Gaikowski et al. 1996). Cambios en la concentración de los retardantes de llama en ríos han sido detectados hasta en 2,7 km río abajo desde su liberación aérea, y después de un día, ya se registró mortalidad. Los derrames de los retardantes de llama en ríos causan una mortalidad sustancial de peces, aunque esto también depende del tamaño del río, el flujo y los tipos de sedimento intersticial y suelo ribereños. El tipo de suelo y los sedimentos intersticiales tiene una significativa implicación en la retención de retardantes de llama, puesto que existe un intercambio iónico entre el suelo y las sustancias componentes de los retardantes. Las cenizas resultantes del fuego, en bajas concentraciones obstruyen las branquias de los peces e impiden la respiración, estas, a veces, tienen un efecto dañino similar al de los compuestos químicos de los retardantes.
 
Los efectos colaterales de los químicos usados para combatir el fuego en la vida salvaje en general y en los organismos acuáticos en particular son inherentes, y deberían ser considerado por los administradores de control de fuegos, para proteger la biota y sus hábitats acuáticos. El proceso de biorremediación post-incendio es la acción más significativa que los administradores podrían tener en cuenta rápidamente, para eliminar, o al menos, reducir los compuestos de los retardantes de llama que recibe el medioambiente. Aunque los procesos de biorremediación son difíciles y complejos, los recientes estudios en la biodegradación de los retardantes de llama usando microorganismos en condiciones aerobias y anaerobias son prometedores (Segey et al., 2008). Entre ellos, el más efectivo son las bacterias deshalogenadoras, presentes en aguas subterráneas, y que se ha probado que son capaces de biodegradar los compuestos de los retardantes de llama (Amon et al. 2005).
 
En el caso de la biorremediación de agua subterránea in situ, deben ser consideradas varias particularidades del acuífero, como las condiciones fisicoquímicas de la roca y el agua, tiempo de residencia del agua y factores biológicos. Se han realizado además varios test de biorremediación en reactores con condiciones controladas y biomasa concentrada y aclimatada para tratar las aguas residuales industriales usando un tratamiento biológico. Estos test muestran una significativa biodegradación de retardante de llama 2,4,6-tribromophenol (TBP) en condiciones aerobias. El TBP también es susceptible de ser biodegradado en condiciones anaeróbicas por bacterias como Achromobacter piechaudii, Desulfovibrio stain TBP-1 and Ochrobacterium sp. strain TB01.
 
Debido a que los efectos de los varios compuestos de retardantes de llama en los invertebrados acuáticos superficiales y subterráneos son casi desconocidos, el Grupo de Ecología de Aguas Subterráneas de IMDEA Agua fija como objetivo el diseño de un protocolo para realizar tests, evaluar y determinar la sensibilidad de las especies de invertebrados típicos de las aguas superficiales y subterráneas a los compuestos de los retardantes de llama recientemente detectados en aguas españolas. Específicamente, el objetivo es conocer las concentraciones letales y subletales de los contaminantes seleccionados en los crustáceos invertebrados de aguas superficiales y subterráneas. Nuestro objetivo trata de contribuir a los intentos actuales de conocer los efectos de los compuestos de los retardantes de llama en organismos acuáticos y mejorar la valoración de las herramientas riesgo ecológico, especialmente en uno de los más vulnerables  y desafiantes ecosistemas acuáticos en términos de remediación de aguas subterráneas.
 
 
Agradecimientos: Ayudas a la atracción de talento investigador para su incorporación a grupos de investigación de la CM. Cátedras de Excelencia (2016-T3/AMB-1951). Consejería de Educación, Juventud y Deporte, CM.
 
 
Referencias
 
  •  Arnon S., Eilon A., Ronen Z., Nejidat A., Yakirevich A., Nativ R. 2005. Biodegradation of 2,4,6-Tribromophenol during transport in fractured chalk. Environmental Science and Technology, 39: 748–755.
  •  Bayen S. Thomas G.O, Lee H.K, Obbard J.P. 2003. Occurrence of Polychlorinated Biphenyls and Polybrominated Diphenyl Ethers in Green mussels (Perna viridis) from Singapore, Southeast Asia.Environmental Toxicology and Chemistry, 22(10): 2432-2437.
  •  Agarwal V., Blanton J.M., Podell S., Taton A., Schorn M.A., Busch J., Lin Z., Schmidt S.W., Jensen P.R., Paul V.J., Biggs J.S., Golden J.W., Allen E.E., Moore B.S. 2017. Metagenomic discovery of polybrominated diphenyl ether biosynthesis by marine sponges. Nature Chemical Biology, 13(5): 537.
  •  Canesi L., Lorusso L.C., Ciacci C., Betti M., Gallo G., 2005. Effects of the brominated flame retardant tetrabromobisphenol-A (TBBPA) on cell signaling and function of Mytilus hemocytes: involvement of MAP kinases and protein kinase C. Aquatic Toxicology, 75(3): 277-87.
  •  Gaikowski, M., Hamilton S.J., Buhl K.J., Mcdonalds S.F., Summers C.H. 1996 Acute Toxicity of Firefighting Chemical Formulations to Four Life Stages of Fathead Minnow. Ecotoxicology and Environmental Safety, 34: 252–263.
  •  Segev O., Kushmaro A., Brenner A. 2009. Environmental Impact of Flame Retardants (Persistence and Biodegradability). International Journal of Environmental Research and Public Health, 6: 478-491.
  •  Westerling, A. L., Bryant B. P. 2008. Climate change and wildfire in California. Climatic Change, 87 (Suppl. 1): S231—S249.
  •  Buhl KJ, Hamilton SJ (1998) Acute toxicity of fire-retardant and foam suppressant chemicals to early life stages of Chinook salmon (Oncorhynchus tshawytscha). Environmental Toxicology and Chemistry 17(8): 1589–1599.
  •  Little E.E., Calfee R.D. 2002. Environmental implications of fireretardant chemicals.’ USGS Columbia Environmental Research Center, Project Summary to USDA Forest Service, Aviation and Fire Management, Washington, D.C.
 
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