Las emisiones de CO2 en la zona de Puerto Naos, en Los Llanos de Aridane en La Palma podrían tener un origen antropogénico.
Poca es la información sobre los análisis de los isótopos de masas 12, 13 y 14 del carbono del CO2, que permitiría esclarecer su origen, a saber, volcánico, antropogénico o mixto. Obliga a estudiar alternativas que expliquen la presencia de CO2, que supera los 500 PPM, lo que ha hecho que la autoridad impida la visita a sus propiedades a los vecinos de esta comarca en el oeste de La Palma.
Aún sin la presentación pública de los diversos análisis, debemos aceptar que la única causa de esas emisiones de CO2 es la reciente erupción volcánica.
En este pequeño trabajo propongo que, debido a los seculares vertidos de aguas negras al subsuelo, es posible un origen diferente del CO2 al volcánico. El hecho de que ese CO2, junto a otros gases, se localice principalmente en núcleo de densidad de población humana nos ha estimulado para publicar la presente conjetura.
Durante siglos las aguas residuales en la zona de Puerto de Naos han ido al subsuelo mediante pozos negros, en general sondeos filtrantes asociados a lo que los canarios llamamos el “volcán”, término referido popularmente a uno o varios diques porosos que facilitan el drenaje de la aguas negras. Esa característica diferencia los “pozos negros” de las fosas sépticas, en las que el agua sucia simplemente se guarda y se procede a la decantación y, en ocasiones, fermentación anaerobia.
En resumen, una fosa séptica puede ser equivalente a un reactor anaerobio, con tiempos de retención altos y, en cambio, un pozo negro es simplemente un conjunto complejo e intrincado de conducciones por la que, con más o menor velocidad se desplaza el agua contaminante pudiéndose producir parcialmente reacciones enzimáticas, anaerobias, en ocasiones reductoras además de filtrado. La velocidad del flujo y el tamaño de los poros serán esenciales para entender qué procesos ocurren con esos contaminantes suspendidos y disueltos en el agua de saneamiento, industrial o agrícola.
Para el común de la población, el efecto de los pozos negros en el subsuelo pasa inadvertida pero en realidad podemos considerar dos aspectos básicos:
(1) Contaminación del acuífero y el consiguiente riesgo sanitario.
(2) La acumulación de una capa de sedimentos o lodos orgánicos susceptible de posterior transformación. En este caso, movimientos sísmicos que han generado grietas y el aumento de la temperatura puede provocar efectos externamente observables.
(3) Un aumento de la temperatura en torno a los 40ºC, de los lodos acumulados y estáticos, acompañado de una hidratación del agua perdida, puede activar o reactivar su descomposición. Si el recinto subterráneo estuviera completamente hermético podría formarse metano. En caso más habitual de que hayan fugas es probable que éstas sean de una mezcla de CO2 e H2, además de vapor de agua. Incluso es posible la presencia de gases “picantes” procedente de los vapores de acético.
La contaminación del acuífero.
Los pozos negros contaminan, evidentemente, el acuífero. Los acuíferos son formaciones geológicas con propiedades hidráulicas que facultan el almacenamiento y la transmisión libre de agua, incluso de aguas negras, a través de sus poros o grietas. Entre las partes de un acuífero, pueden distinguirse:
El nivel freático.
La zona de saturación.
La capa impermeable.
El agua subterránea se localiza en la zona de saturación, por debajo del nivel freático, que constituye el límite superior de esta zona. Cuanto mayor es la profundidad de la zona saturada, mayor es la presión del agua. Puesto que el agua almacenada fluye hacia zonas de menor presión, emana a la superficie de forma natural a través de surgencias , vertientes, manantiales o cauces al mar. Según el tipo de acuífero, existe una zona impermeable que impide el paso del agua. Esta zona impermeable puede coincidir con zona de basaltos antiguos o, incluso, materiales basales, principalmente formados por gabros y sionitas.
La recarga de los acuíferos es de infiltración-percolación de agua precipitada. En ella intervienen: la gravedad y la litología. Pero la presencia de pozos negros hace que el acuífero se recargue además con aguas muy contaminadas. En la parte superior, o de saturación, se acumulan los lodos que se separan del agua negra y no pueden percolar con las mismas. Los mismos, en ocasiones, no han sido alterados sustancialmente, como veremos, hasta llegar a la metanogénesis que los reduciría en un 80%.
A lo largo del complejo recorrido que siguen los caudales, los lodos sólidos y algunos gases se van separando del agua que, en general, puede filtrarse y, debido a su menor concentración en sales que la del mar, fluye hacia este. Pero en ese permear a través de las paredes del edificio insular que ejerce de pared semiimpermeable no pueden pasar los lodos sólido orgánicos que no hayan conseguido hidrolizarse y metabolizarse hasta las pequeñas moléculas de CO2 o CH4.
Si bien el proceso suele ocurrir en ausencia de aire no podemos definirlo propiamente como un proceso anaerobio. La razón ese que es difícil que en este medio pueda producirse la metanogenesis. Es el caso de la fermentación en estanque no muy profundo que emiten dióxido de carbono e hidrógeno.
Durante siglos las aguas residuales en la zona de Puerto de Naos han ido al subsuelo mediante pozos negros, en general sondeos filtrantes asociados a lo que los canarios llamamos el “volcán”, término referido popularmente a uno o varios diques porosos que facilitan el drenaje de la aguas negras. Esa característica diferencia los “pozos negros” de las fosas sépticas, en las que el agua sucia simplemente se guarda y se procede a la decantación y, en ocasiones, fermentación anaerobia.
En resumen, una fosa séptica puede ser equivalente a un reactor anaerobio, con tiempos de retención altos y, en cambio, un pozo negro es simplemente un conjunto complejo e intrincado de conducciones por la que, con más o menor velocidad se desplaza el agua contaminante pudiéndose producir parcialmente reacciones enzimáticas, anaerobias, en ocasiones reductoras además de filtrado. La velocidad del flujo y el tamaño de los poros serán esenciales para entender qué procesos ocurren con esos contaminantes suspendidos y disueltos en el agua de saneamiento, industrial o agrícola.
Para el común de la población, el efecto de los pozos negros en el subsuelo pasa inadvertida pero en realidad podemos considerar dos aspectos básicos:
(1) Contaminación del acuífero y el consiguiente riesgo sanitario.
(2) La acumulación de una capa de sedimentos o lodos orgánicos susceptible de posterior transformación. En este caso, movimientos sísmicos que han generado grietas y el aumento de la temperatura puede provocar efectos externamente observables.
(3) Un aumento de la temperatura en torno a los 40ºC, de los lodos acumulados y estáticos, acompañado de una hidratación del agua perdida, puede activar o reactivar su descomposición. Si el recinto subterráneo estuviera completamente hermético podría formarse metano. En caso más habitual de que hayan fugas es probable que éstas sean de una mezcla de CO2 e H2, además de vapor de agua. Incluso es posible la presencia de gases “picantes” procedente de los vapores de acético.
La contaminación del acuífero.
Los pozos negros contaminan, evidentemente, el acuífero. Los acuíferos son formaciones geológicas con propiedades hidráulicas que facultan el almacenamiento y la transmisión libre de agua, incluso de aguas negras, a través de sus poros o grietas. Entre las partes de un acuífero, pueden distinguirse:
El nivel freático.
La zona de saturación.
La capa impermeable.
El agua subterránea se localiza en la zona de saturación, por debajo del nivel freático, que constituye el límite superior de esta zona. Cuanto mayor es la profundidad de la zona saturada, mayor es la presión del agua. Puesto que el agua almacenada fluye hacia zonas de menor presión, emana a la superficie de forma natural a través de surgencias , vertientes, manantiales o cauces al mar. Según el tipo de acuífero, existe una zona impermeable que impide el paso del agua. Esta zona impermeable puede coincidir con zona de basaltos antiguos o, incluso, materiales basales, principalmente formados por gabros y sionitas.
La recarga de los acuíferos es de infiltración-percolación de agua precipitada. En ella intervienen: la gravedad y la litología. Pero la presencia de pozos negros hace que el acuífero se recargue además con aguas muy contaminadas. En la parte superior, o de saturación, se acumulan los lodos que se separan del agua negra y no pueden percolar con las mismas. Los mismos, en ocasiones, no han sido alterados sustancialmente, como veremos, hasta llegar a la metanogénesis que los reduciría en un 80%.
A lo largo del complejo recorrido que siguen los caudales, los lodos sólidos y algunos gases se van separando del agua que, en general, puede filtrarse y, debido a su menor concentración en sales que la del mar, fluye hacia este. Pero en ese permear a través de las paredes del edificio insular que ejerce de pared semiimpermeable no pueden pasar los lodos sólido orgánicos que no hayan conseguido hidrolizarse y metabolizarse hasta las pequeñas moléculas de CO2 o CH4.
Si bien el proceso suele ocurrir en ausencia de aire no podemos definirlo propiamente como un proceso anaerobio. La razón ese que es difícil que en este medio pueda producirse la metanogenesis. Es el caso de la fermentación en estanque no muy profundo que emiten dióxido de carbono e hidrógeno.
Cuando no se dan las condiciones para la reducción química hasta la formación de metano, una parte sustancial de los lodos, muy superior al resto del 20% que ocurre con formación de metano, cubre con una película los materiales ígneos, reduciendo su porosidad, hasta constituir una costra orgánica característica. En ese caso "se tupe el pozo".
La principal razón para que no se produzca CH4 es el escape del H2 reductor por las fisuras de las propias lavas que forman los diques y que coincide con los conductos de la recarga del acuífero.
En ambos casos,, con o sin formación de metano, es necesario previamente una temperatura de activación que ronda los 40ºC. Si esta se produce, por ejemplo por la influencia de focos calientes magmáticos, como en el actual caso de La Palma, incluso cuando la crisis volcánica haya pasado el proceso de fermentación puede continuar espontáneo pues globalmente se trata de un proceso exotérmico. Es posible que el mismo se automantenga mientras exista una concentración suficiente de sustrato.
Liberación de CO2 acompañado de CH4 o de H2
Las diferencias sustanciales por la que la absorción de aguas negras no cumplen los requisitos para la metanogénesis son: (1) velocidad alta del drenado hasta la dilución y pérdida total del agua que fluye al mar (2) Pérdida de hidrógeno o inexistencia de las coclonias de bacterias hidrogenofogas.
La degradación completa de la materia biodegradable suspendida y disuelta en el agua se realiza en cuatro fases (4) que exigen la retención del agua durante espacios temporales de aproximadamente 1 mes en los que actúan bacterias que catalizan las reacciones de :
(1) Hidrólisis de las cadenas grandes. Se descomponen las cadenas largas de materia orgánica en otras más cortas, gracias a la acción de las bacterias hidrolíticas yacidogénicas. En todos los casos se produce algo de CO2 y los polímeros de ácidos grasos y fibras se rompen en unidades entre 6 a 4 carbonos. El pH debe ser inferior a 7. Proceso rápido 1-2 días.
(2) Producción de ácido acético a partir de moléculas orgánicas procedente de la hidrólisis. Acidogénesis Se convierten los productos intermedios como azúcares, ésteres, hidrocarburos…. en ácido acético, hidrógeno y dióxido de carbono. Intervienen las molésulas acetogénicas. Además del ácido etanoico se forma algo de CO2 e hidrógeno. Proceso 1 semana.
(3) Reducción de las cadenas largas de los ácidos grasos a intermedios menores y ácido acético. Acetogénesis. . Las bacterias acetogénicas transforman los ácidos grasos de cadenas largas de las grasas en acético, además de dióxido de carbono, e hidrógeno. Las bacterias acetogénicas son facultativas y en el caso de que haya oxígeno lo consumen acelerando el proceso. Proceso 1 semana.
(4) Metanogénesis. Cuando se produce es la etapa más lenta. Necesita la presencia de bacterias hidrogenofogas que consumen el hidrógeno, si no se ha escapado, de las fases anteriores y luego permiten la reducción del ácido acético y otros para formar, por fin, metano y agua. Proceso lento 4 semanas.
Si el proceso se cumple en su totalidad, en sus cuatro fases, en las condiciones de estanqueidad, temperatura, ausencia de oxigeno el 80% de los lodos habituales en las aguas negras se transforman en gases. En ese caso, la fracción de materia orgánica que se acumula y prosigue el lento proceso de litificación es solo el 20% de los lodos totales.
Pero, es importante insistir que, si a lo largo de la transformación química no se puede acumular el hidrógeno por falta de estanqueidad, o ausencia de las bacterias o un flujo muy rápido de los caudales, los residuos orgánicos de las aguas negras terminan dando lodos ácidos, ricos en acético terminando el proceso de degradación. En este caso los materiales lávicos de los diques ejercen de filtros que, al cabo del tiempo terminan en ocasiones perdiendo su capacidad filtrante dando lugar a lixiviados ácidos y tóxicos que contaminan los terrenos inundados por las aguas, en ese caso, estancadas reduciendo su pH.
Fue tradición que cuando el “volcán” dejaba de filtrar se clausurase el pozo negro para buscar otro dique filtrante que ejerciera de conducto a la profundidad de la tierra.
La principal razón para que no se produzca CH4 es el escape del H2 reductor por las fisuras de las propias lavas que forman los diques y que coincide con los conductos de la recarga del acuífero.
En ambos casos,, con o sin formación de metano, es necesario previamente una temperatura de activación que ronda los 40ºC. Si esta se produce, por ejemplo por la influencia de focos calientes magmáticos, como en el actual caso de La Palma, incluso cuando la crisis volcánica haya pasado el proceso de fermentación puede continuar espontáneo pues globalmente se trata de un proceso exotérmico. Es posible que el mismo se automantenga mientras exista una concentración suficiente de sustrato.
Liberación de CO2 acompañado de CH4 o de H2
Las diferencias sustanciales por la que la absorción de aguas negras no cumplen los requisitos para la metanogénesis son: (1) velocidad alta del drenado hasta la dilución y pérdida total del agua que fluye al mar (2) Pérdida de hidrógeno o inexistencia de las coclonias de bacterias hidrogenofogas.
La degradación completa de la materia biodegradable suspendida y disuelta en el agua se realiza en cuatro fases (4) que exigen la retención del agua durante espacios temporales de aproximadamente 1 mes en los que actúan bacterias que catalizan las reacciones de :
(1) Hidrólisis de las cadenas grandes. Se descomponen las cadenas largas de materia orgánica en otras más cortas, gracias a la acción de las bacterias hidrolíticas yacidogénicas. En todos los casos se produce algo de CO2 y los polímeros de ácidos grasos y fibras se rompen en unidades entre 6 a 4 carbonos. El pH debe ser inferior a 7. Proceso rápido 1-2 días.
(2) Producción de ácido acético a partir de moléculas orgánicas procedente de la hidrólisis. Acidogénesis Se convierten los productos intermedios como azúcares, ésteres, hidrocarburos…. en ácido acético, hidrógeno y dióxido de carbono. Intervienen las molésulas acetogénicas. Además del ácido etanoico se forma algo de CO2 e hidrógeno. Proceso 1 semana.
(3) Reducción de las cadenas largas de los ácidos grasos a intermedios menores y ácido acético. Acetogénesis. . Las bacterias acetogénicas transforman los ácidos grasos de cadenas largas de las grasas en acético, además de dióxido de carbono, e hidrógeno. Las bacterias acetogénicas son facultativas y en el caso de que haya oxígeno lo consumen acelerando el proceso. Proceso 1 semana.
(4) Metanogénesis. Cuando se produce es la etapa más lenta. Necesita la presencia de bacterias hidrogenofogas que consumen el hidrógeno, si no se ha escapado, de las fases anteriores y luego permiten la reducción del ácido acético y otros para formar, por fin, metano y agua. Proceso lento 4 semanas.
Si el proceso se cumple en su totalidad, en sus cuatro fases, en las condiciones de estanqueidad, temperatura, ausencia de oxigeno el 80% de los lodos habituales en las aguas negras se transforman en gases. En ese caso, la fracción de materia orgánica que se acumula y prosigue el lento proceso de litificación es solo el 20% de los lodos totales.
Pero, es importante insistir que, si a lo largo de la transformación química no se puede acumular el hidrógeno por falta de estanqueidad, o ausencia de las bacterias o un flujo muy rápido de los caudales, los residuos orgánicos de las aguas negras terminan dando lodos ácidos, ricos en acético terminando el proceso de degradación. En este caso los materiales lávicos de los diques ejercen de filtros que, al cabo del tiempo terminan en ocasiones perdiendo su capacidad filtrante dando lugar a lixiviados ácidos y tóxicos que contaminan los terrenos inundados por las aguas, en ese caso, estancadas reduciendo su pH.
Fue tradición que cuando el “volcán” dejaba de filtrar se clausurase el pozo negro para buscar otro dique filtrante que ejerciera de conducto a la profundidad de la tierra.
Se han acumulado importante masa de lodos parcialmente degradados y potencialmente ácidos pues en normal que el dique y otro conducto alcancen terrenos impermeables. Ocurre al encontrar basaltos antiguos, de la serie II y I, pero también con materiales arcillosos, que denominamos mazapé e, incluso, rocas muy antiguas que constituyen el edificio basal, como los que se observan en el inicio del Barranco de Las Angustias. Cualquiera de estas circunstancia favorece la costra de materia orgánica parcialmente degradada que podría, a lo largo del tiempo, ocupar importante espesor. Incluso, ser reactivada por un incremento moderado de la Temperatura.
Estos materiales, basaltos antiguos, materiales del edificio basal como gabros olivínicos y alcalinos, cubiertos por las emisiones de lavas aéreas posteriores. Después de las últimas erupciones de piroclasto, los materiales antiguos pueden impedir el flujo de esos lodos, ser el soporte sobre el cual se encuentren una espesa costra de origen antropogénicos que ahí inician su lentísima metamorfosis hacia la litificación hacia la formación de inorgánicos carbonatos. Pero, en plazos de siglos, la huella humana en forma de lodos mantendrá prácticamente inalteradas sus propiedades orgánicas.
A su vez, las estructuras minerales de los materiales ígneos que impiden el avance de los lodos, poco porosos y antiguos pueden mantener una temperatura alta durante más tiempo que la de los piroclastos, pumitas, lavas recientes. Ello se debe a que lo materiales nuevos, menos densos, están mucho más “agujerados” (alta permeabilidad) , por lo que, en la misma unidad de superficie plana poseen mucha mayor superficie real. En ese caso, si no existen continuos aportes magmáticos fundidos o gaseosos, la velocidad de enfriamiento de las lavas recientes sería muy superior a la de los materiales sobre los que pueden depositarse los depósitos proveniente de siglos de aguas negras filtradas y parcialmente digeridas y fermentadas.
Las fuentes de óxidos de carbono pueden asociarse a cuatro vías principales.
(Mecanismo A ) Calentamiento a temperaturas altas, T>850C de los carbonatos de alcalinos y alcalinos térreos para formar 2cales vivas” (óxidos metálicos) y desprender CO2
CaCO3 + calor = CaO (s) + CO2 (g) En este caso el espectro isotópico del dióxido de carbono debe responder a una proporción antigua, entre C12, C13 y C14 diferente de la actual composición del CO2 atmosférico.
Para estas reacciones la temperatura debe superar los 851ºC para carbonatos alcalinos y los 1000ºC para carbonatos alcalinosterreos.
Sólo en este caso de claro origen inorgánico del carbono el espectro isotópico del CO2 emitido tendría un patrón diferente al del actual CO2 atmosférico.
(Mecanismo B) Activación del proceso, por incremento de la temperatura a T entre 37-42ºC, de la degradación anaerobia con estancamiento o sin él por un incremento local de la temperatura del depósito de residuos, tal como vimos anteriormente. En ese caso, si hay completa estanqueidad puede detectarse presencia importante de metano, CH4 y CO2 y en el caso de que esa estanqueidad no ocurra se detectará hidrógeno, H2 además del CO2.
2.A Reacción global anaerobia abierta (sin metanogénesis) (se suceden
emisiones al exterior de CO2 con presencia de hidrógeno.
2.B Reacción global anaerobia cerrada (con metanogénesis) (Tiene lugar las cuatro fases del proceso aneróbico). Los residuos sólidos se reducen a un 20% del Total de sólidos dispersos y disueltos.
(1)M.O. =hidrólisis= CH3-COOH + H2 +CO2 + H20
(2) CH3-COOH + H2= CH4 + CO2
emisiones de CO2 con presencia de metano.
La huella isotópica del carbono de estas emisiones sería la misma que la del CO2 actual en la atmósfera.
(Mecanismo C). Esta vía está asociada al mecanismo B pero actúa por calor, no catalíticamente, sobre los residuos acumulados en forma de costra. Calentamiento (T entre 120 -450) de residuos antropogénicos parcialmente fermentados por procesos anaerobios no reductivos (sin H2 y, consiguientemente, sin metanogénesis) de acumulación de materia orgánica procedentes de aguas negras y restos orgánicos asociado a la agricultura.
Materia orgánica + calor =óxidos metálicos no volátiles(2) + CO2 (g) y gases complejos (dioxinas, furanos si la temperatura ronda los 400C) .
La emisión de gases debido al calentamiento a partir de 120 ºC hasta la pirólisis de la costra de estos materiales se produce a temperaturas mucho más bajas que las propias del vulcanismo. En función de las temperaturas variará la composición de los mismos, como si se tratase de una columna de destilación, pudiendo aparecer, además del CO2, gases volátiles como, acético, acetatos, eteres R-O-R, aceites livianos, (180ºC) hasta dioxinas, furano en caso de temperaturas de 450ºC., aunque, en todos los caminos, los componentes principales serán el CO2 y H2O.
Cuando la temperatura supera los 800ºC la práctica totalidad de la pirosis de la materia orgánica produce dióxido de carbono. En ese caso solo la determinación de los isótopos del carbono sirve para trazar el origen de este gas.
(Mecanismo no térmico o D) Reacción ácido base de los materiales ácido procedentes o bien de los residuos sólidos acidificados o del agua contaminada con gases sulfurosos procedentes de la emisión volcánica que le confiere a la misma carácter ácido (H2SO3). Esas aguas ácidas pueden reaccionar con carbonatos sedimentarios, por ejemplo de conchas marinas. En estos casos la temperatura no es un parámetro limitante aunque pueda aumentar la velocidad del escape gaseoso. Los propios materiales ácidos de los residuos acetificados de las aguas negras debido a movimientos orogénicos podrían haber entrado en contacto con carbonatos procedentes de yacimientos arenosos de moluscos valvos u oros pequeños procedimientos sedimentarios, aunque esta posibilidad es la menos plausible en este caso por la juventud de la isla y la pequeña plataforma insular. En este caso, las emisiones de CO2 que se produzcan dependerán tanto del sustrato básico de los carbonatos como del componente de la cadena carbonatada ácida de los residuos, por lo que su identificación isotópica parece más compleja.
La relación entre los caudales de gases, el análisis isotópico del mismo y la temperatura del subsuelo pueden ser parámetrizada y evaluada para determinar el origen de los mismos.
En general, “sería interesante abrir una línea de investigación. Si las temperaturas han bajado por debajo de los 800ºC es factible que las emisiones continuadas de CO2, (en especial si se detecta presencia de H2 o incluso CH4 ) tengan como origen lodos acumulados, en particular, procedentes de aguas negras y residuos agrícolas”.
Julio Muñiz Padilla. Corralejo, noviembre 2022.
Químico. Profesor jubilado de Depuración de Aguas. Jefe del departamento CSFP de Química ambiental 2000 - 2015.
Estos materiales, basaltos antiguos, materiales del edificio basal como gabros olivínicos y alcalinos, cubiertos por las emisiones de lavas aéreas posteriores. Después de las últimas erupciones de piroclasto, los materiales antiguos pueden impedir el flujo de esos lodos, ser el soporte sobre el cual se encuentren una espesa costra de origen antropogénicos que ahí inician su lentísima metamorfosis hacia la litificación hacia la formación de inorgánicos carbonatos. Pero, en plazos de siglos, la huella humana en forma de lodos mantendrá prácticamente inalteradas sus propiedades orgánicas.
A su vez, las estructuras minerales de los materiales ígneos que impiden el avance de los lodos, poco porosos y antiguos pueden mantener una temperatura alta durante más tiempo que la de los piroclastos, pumitas, lavas recientes. Ello se debe a que lo materiales nuevos, menos densos, están mucho más “agujerados” (alta permeabilidad) , por lo que, en la misma unidad de superficie plana poseen mucha mayor superficie real. En ese caso, si no existen continuos aportes magmáticos fundidos o gaseosos, la velocidad de enfriamiento de las lavas recientes sería muy superior a la de los materiales sobre los que pueden depositarse los depósitos proveniente de siglos de aguas negras filtradas y parcialmente digeridas y fermentadas.
Las fuentes de óxidos de carbono pueden asociarse a cuatro vías principales.
(Mecanismo A ) Calentamiento a temperaturas altas, T>850C de los carbonatos de alcalinos y alcalinos térreos para formar 2cales vivas” (óxidos metálicos) y desprender CO2
CaCO3 + calor = CaO (s) + CO2 (g) En este caso el espectro isotópico del dióxido de carbono debe responder a una proporción antigua, entre C12, C13 y C14 diferente de la actual composición del CO2 atmosférico.
Para estas reacciones la temperatura debe superar los 851ºC para carbonatos alcalinos y los 1000ºC para carbonatos alcalinosterreos.
Sólo en este caso de claro origen inorgánico del carbono el espectro isotópico del CO2 emitido tendría un patrón diferente al del actual CO2 atmosférico.
(Mecanismo B) Activación del proceso, por incremento de la temperatura a T entre 37-42ºC, de la degradación anaerobia con estancamiento o sin él por un incremento local de la temperatura del depósito de residuos, tal como vimos anteriormente. En ese caso, si hay completa estanqueidad puede detectarse presencia importante de metano, CH4 y CO2 y en el caso de que esa estanqueidad no ocurra se detectará hidrógeno, H2 además del CO2.
2.A Reacción global anaerobia abierta (sin metanogénesis) (se suceden
emisiones al exterior de CO2 con presencia de hidrógeno.
2.B Reacción global anaerobia cerrada (con metanogénesis) (Tiene lugar las cuatro fases del proceso aneróbico). Los residuos sólidos se reducen a un 20% del Total de sólidos dispersos y disueltos.
(1)M.O. =hidrólisis= CH3-COOH + H2 +CO2 + H20
(2) CH3-COOH + H2= CH4 + CO2
emisiones de CO2 con presencia de metano.
La huella isotópica del carbono de estas emisiones sería la misma que la del CO2 actual en la atmósfera.
(Mecanismo C). Esta vía está asociada al mecanismo B pero actúa por calor, no catalíticamente, sobre los residuos acumulados en forma de costra. Calentamiento (T entre 120 -450) de residuos antropogénicos parcialmente fermentados por procesos anaerobios no reductivos (sin H2 y, consiguientemente, sin metanogénesis) de acumulación de materia orgánica procedentes de aguas negras y restos orgánicos asociado a la agricultura.
Materia orgánica + calor =óxidos metálicos no volátiles(2) + CO2 (g) y gases complejos (dioxinas, furanos si la temperatura ronda los 400C) .
La emisión de gases debido al calentamiento a partir de 120 ºC hasta la pirólisis de la costra de estos materiales se produce a temperaturas mucho más bajas que las propias del vulcanismo. En función de las temperaturas variará la composición de los mismos, como si se tratase de una columna de destilación, pudiendo aparecer, además del CO2, gases volátiles como, acético, acetatos, eteres R-O-R, aceites livianos, (180ºC) hasta dioxinas, furano en caso de temperaturas de 450ºC., aunque, en todos los caminos, los componentes principales serán el CO2 y H2O.
Cuando la temperatura supera los 800ºC la práctica totalidad de la pirosis de la materia orgánica produce dióxido de carbono. En ese caso solo la determinación de los isótopos del carbono sirve para trazar el origen de este gas.
(Mecanismo no térmico o D) Reacción ácido base de los materiales ácido procedentes o bien de los residuos sólidos acidificados o del agua contaminada con gases sulfurosos procedentes de la emisión volcánica que le confiere a la misma carácter ácido (H2SO3). Esas aguas ácidas pueden reaccionar con carbonatos sedimentarios, por ejemplo de conchas marinas. En estos casos la temperatura no es un parámetro limitante aunque pueda aumentar la velocidad del escape gaseoso. Los propios materiales ácidos de los residuos acetificados de las aguas negras debido a movimientos orogénicos podrían haber entrado en contacto con carbonatos procedentes de yacimientos arenosos de moluscos valvos u oros pequeños procedimientos sedimentarios, aunque esta posibilidad es la menos plausible en este caso por la juventud de la isla y la pequeña plataforma insular. En este caso, las emisiones de CO2 que se produzcan dependerán tanto del sustrato básico de los carbonatos como del componente de la cadena carbonatada ácida de los residuos, por lo que su identificación isotópica parece más compleja.
La relación entre los caudales de gases, el análisis isotópico del mismo y la temperatura del subsuelo pueden ser parámetrizada y evaluada para determinar el origen de los mismos.
En general, “sería interesante abrir una línea de investigación. Si las temperaturas han bajado por debajo de los 800ºC es factible que las emisiones continuadas de CO2, (en especial si se detecta presencia de H2 o incluso CH4 ) tengan como origen lodos acumulados, en particular, procedentes de aguas negras y residuos agrícolas”.
Julio Muñiz Padilla. Corralejo, noviembre 2022.
Químico. Profesor jubilado de Depuración de Aguas. Jefe del departamento CSFP de Química ambiental 2000 - 2015.
