Campañas limnológicas – Monitoreo periódico

Estrategia

Para evaluar la evolución espacial del estado de la calidad de agua en las zonas de influencia de las aguas residuales provenientes de El Alto mediante la cuenca Katari, se realizan campañas limnológicas de muestreo y medición en estaciones representativas. Estas estaciones son ubicadas en varios sectores de la región noreste (Chúa, Huatajata, isla Paco (Suriqui), Quehuaya, bahía de Cumana, Puerto Pérez, isla Cojata, Huarina), la región central (desembocaduras de los ríos Katari, Sehuenca y Cohana, laguna de Cumana, bahía de Cohana), y la región sur de bahía Cohana (Islas Pariti y Sicuya, totorales del litoral, Chojasivi y canal del Katari, litoral en dirección a la península de Taraco) (ver mapa).

Se repite estas campañas a lo largo de los períodos más representativos del año, o sea durante las épocas seca (mayo – octubre) y lluviosa (noviembre – abril), así como durante las transiciones entre épocas lluviosa y seca, y seca y lluviosa. Los dos períodos de mayor riesgo de deterioro son la época lluviosa (con mayor aporte de contaminación múltiple: domestica, industrial y minera) y la transición hacía la época seca cuando (con la mayor evaporación y la reducción de los caudales de los ríos) ocurre la concentración de los contaminantes y nutrientes que favorecen el crecimiento de las microalgas). Esas campañas tienen dos objetivos: (1) Cuantificar la variabilidad estacional e interanual de los parámetros, repitiendo estas campañas a lo largo de los tres años del piloto (2019-2021). (2) Identificar una red de monitoreo de la calidad de agua, seleccionando las estaciones más representativas para el estudio de los procesos de eutrofización, la ubicación de gradientes de eutrofización y de zonas con mayor riesgos de proliferación (llamada eflorescencia o ‘bloom’) de microalgas del fitoplancton. De hecho, los ‘blooms’ pueden provocar mortandades masivas de peces, ranas y aves acuáticas, como ha ocurrido en abril-mayo 2015 cuando Carteria sp., una microalga verde, prolifero en las regiones norte y central del Lago Menor, hasta la punta de la península de Taraco.

Este monitoreo periódico se realiza en base a campañas de mediciones y colectas con una frecuencia de 5-10 días (la frecuencia de paso de los satélites Sentinel-2) en una red de estaciones limnológicas dispuestas en áreas representativas particularmente vulnerables a la eutrofización. Estas estaciones son ubicadas a lo largo de transectos (gradientes) desde las fuentes de contaminación (por ej. la desembocadura del río Katari en la bahía de Cohana) hacia el agua abierta, o dispuestas a lo largo del litoral frente a fuentes puntuales (por ej. pueblos, centros de actividades…) o difusas (por ej. campos agrícolas ganaderos…) de contaminación. Su objetivo es identificar las áreas en estado de eutrofización, a fin de que las instituciones responsables de las políticas de gestión y restauración implementen medidas de mitigación.




Mediciones con sondas

A cada estación se realiza mediciones de la calidad físico-química y biológica del agua mediante sondas sumergibles (BBE, EXO2 y C-OPS); ver cuadro abajo:


La sonda FluoroProbe bbe

Características del instrumento – La FluoroProbe bbe es un instrumento de medición de alta sensibilidad para el análisis de la clorofila-a con determinación de las clases de microalgas. Durante las mediciones se toman perfiles individuales de algas verdes, algas verde-azuladas (o cianobacterias), diatomeas + dinoflagelados y criptofitas.
Esto permite analizar la aparición y distribución de, por ejemplo, las cianobacterias in situ sin necesidad de recurrir al laboratorio. Las posibles interferencias debidas a las ‘sustancias amarillas’ (mayor componente de la materia orgánica disuelta en el agua, constituida de moléculas que se lixivian principalmente de detritus en descomposición y de materia orgánica) se eliminan mediante un factor de corrección del CDOM (materia orgánica disuelta colorida) integrado.
La medición de la clorofila-a in vivo puede verse afectada por las partículas en el cuerpo de agua. Por lo tanto, una corrección es esencial cuando la turbidez es demasiado alta. La FluoroProbe bbe con el sensor de transmisión opcional proporciona una corrección automática de la turbidez utilizando la última extensión del software bbe++. La corrección de la turbidez con la FluoroProbe hace que la determinación de la clorofila-a sea aún más confiable.
La FluoroProbe bbe puede determinar rápida y confiablemente el contenido de clorofila-a de diferentes clases de microalgas hasta una profundidad de 100 m. Los datos de la medición pueden visualizarse en tiempo real en una PC o almacenarse en la sonda para su posterior evaluación.

Principio de medición – La fluorescencia de las algas (emisión a una longitud de onda de aproximadamente 700 nm) debida a la excitación por la luz visible depende principalmente de la presencia de clorofila-a, el principal pigmento responsable por la fotosíntesis en el mundo vegetal . La presencia de otros pigmentos es típica de las diferentes clases de algas. Las interacciones entre estos diferentes sistemas de pigmentos con la clorofila-a dan como resultado un espectro de excitación especial para las clases taxonómicas de algas.
Los patrones especiales de esta fluorescencia de algas - las llamadas huellas digitales (‘fingerprints’ en ingles) - se utilizan en los fluorómetros bbe para la cuantificación de las diferentes clases de algas. Las fuentes de luz de excitación son LEDs con diferentes longitudes de onda. Las huellas digitales de cuatro clases de algas y de las sustancias amarillas ya están almacenadas en la FluoroProbe. También pueden añadirse huellas digitales especiales definidas por el usuario.

Unidades – Las mediciones son expresadas en µg chl-a/L, en un rango de 0 - 200 µg chl-a/L.

Capacidad de memoria – Capacidad de memoria –


La sonda multiparametrica YSI EXO2

Características – Esta sonda multiparamétrica de calidad de agua incluye 7 puertos de sensores (incluyendo un puerto de limpiador central = un cepillo), un sensor de profundidad y un compartimento de batería (4 pilas D alcalinas). Es la mejor plataforma de su clase para datos de la más alta calidad. El rango dinámico de los sensores inteligentes de la EXO2 proporciona datos multiparamétricos exhaustivos sobre la calidad del agua, mientras que el SmartQC garantiza las calibraciones adecuadas y el mejor rendimiento de los sensores. Puede estar seguro de sus despliegues extendidos gracias a los materiales resistentes de la EXO2 y la tecnología anti-incrustante (‘anti-fouling’ en ingles) sin igual. Rango de profundidad: 0 a 250 m.

Parámetros-Los 6 Smart sensores instalados miden:

- Conductividad (en µS/cm) / Temperatura (en ºC)
- Oxígeno disuelto (en % saturación y mg/L)
- fDOM (materia orgánica disuelta fluorescente, en RFU = Relative Fluorescence Unit)
- pH y ORP (potencial de oxido-reducción, en mV)
- Algas totales: clorofila + ficocianina (en RFU)
- Turbidez (en NTU = Unidad de Turbidez Nefelométrica)

Capacidad de memoria – 512 MB, >1.000.000 de lecturas registradas.


Sonda C-OPS

Complemento

El espectroradiometro Biospherical Inc. C-OPS

Características – El C-OPS (‘Compact Optical Profiling System’ en ingles) es un sistema de perfilajes ópticos de última generación para determinar las propiedades ópticas aparentes en los sistemas acuáticos. Consta de un radiómetro de 7 cm de diámetro que mide la irradiación en el agua hacia abajo, la presión/profundidad y las inclinaciones de doble eje. Este radiómetro sumergible está equipado con hasta 19 microrradiómetros de filtro óptico, seleccionados de 8 longitudes de onda diferentes: UV-B ﴾305 y 313 nm﴿, UV-A ﴾320, 340, 380 y 395 nm﴿, y visible o PAR ﴾412 y 400-700 nm﴿. Están montados en una placa posterior única de caída libre, similar a una cometa. Para evitar las influencias de la sombra de la embarcación o del muelle, la estructura puede optimizarse para tasas de descenso lento para el trabajo en aguas muy poco profundas (por ejemplo, 3 m) y costeras, o para tasas de descenso más rápidas para las observaciones en el océano abierto. En el lago, utilizamos una tasa de 30 cm/s. El C-OPS es tan ligero que puede ser desplegado a mano por casi cualquier persona, y el sistema puede ser operado desde embarcaciones pequeñas o grandes.
El C-OPS sumergible esta complementado por un radiómetro aéreo de mismas características instalado en la cima de un mástil, afín de medir simultáneamente la irradiancia solar (energía incidente) y la energía descendiente absorbida verticalmente en la columna de agua. Los dos radiómetros están alimentados por una batería Deckbox conectada al PC para la transmisión de datos.

Parámetros – A partir de la curva de decrecimiento exponencial de la radiación solar incidente con la profundidad, el C-OPS permite calcular el coeficiente de extinción Kd (m-1), mediante la fórmula: Iz = Io exp (-Kd z), donde Iz es la energía incidente a la profundidad z, Io es la energía incidente subsuperficial (justo debajo la superficie del agua). La profundidad de extinción de la luz z1% es la profundidad a la cual se recibe 1% de la luz subsuperficial; se calcula mediante la fórmula: z1% = -log10 (0,01)/Kd.

Unidades – Para cada longitud de onda: en microwatts/(cm2 nm) para la irradiancia; para la radiación PAR (Photosynthetically Active Radiation) entre 400 y 700 nm: en µE/(cm s).




Colectas de muestras de agua y de organismos del plancton

Se colecta muestras de agua de diferentes profundidades mediante una botella Van Dorn (horizontal) o Niskin (vertical). Antes de bajarla en el agua, se arma el mecanismo para que las dos tapas sean abiertas durante el descenso. Cuando la botella llega a la profundidad deseada, se lanza un peso (llamado ‘mensajero’) en el cable, el cual cuando percuta el mecanismo cierra las dos tapas para aislar la muestra, puede ser traída de vuelta a bordo. La muestra de agua puede ser utilizada para colectar muestras de nutrientes (nitrógeno, fosforo) o de micro-algas de fitoplancton.



Botella de Niskin

La botella de Niskin (vertical) es una mejora de la botella de Nansen. Es objeto de una patente presentada por Shale Niskin en marzo de 1962. La botella tiene dos aberturas y el mensajero no hace que la botella se voltee como en la botella de Nansen.

Botella de Van Dorn

La botella de Van Dorn (horizontal) consiste en un tubo transparente. Permite tomar muestras a diferentes profundidades de agua. El diseño horizontal de la botella la hace ideal para tomar muestras en aguas estratificadas, zonas con corrientes predominantes o aguas muy poco profundas (< 1 m de profundidad).



Para colecta muestras de zooplancton (plancton animal) se puede usar:


Red cónica

Una red cónica de plancton (diámetro Ø = 30 cm, con malla de 60 µm de abertura) para colectar desde una cierta profundidad hasta la superficie. Se calcula el volumen (V, en m3) filtrado con la formula: V = z . (r2 . 3,14) donde z = profundidad (en m), r = rayo de abertura de la red = Ø / 2 (en m).

Caja de Schindler

Una Caja de Schindler permite colectar un volumen de agua (generalmente 5 o 10 L) a una profundidad determinada. Al igual de las botellas Niskin y Van Dorn, posee un mecanismo que puede ser disparado a una cierta profundidad mediante un ‘mensajero’.




Medición de la transparencia del agua

Disco de Secchi

El disco de Secchi (o disco Secchi), fue creado en 1865 por Angelo Secchi. Es un disco circular blanco liso de 30 cm de diámetro utilizado para medir la transparencia o la turbidez del agua en los cuerpos de agua. El disco está montado en una línea, y se baja lentamente en el agua. La profundidad a la que el disco ya no es visible se toma como una medida de la transparencia del agua. Esta medida se conoce como la profundidad de Secchi y está relacionada con la turbidez del agua. Desde su invención, el disco también se ha utilizado en un diseño modificado, más pequeño, de 20 cm (8 pulgadas) de diámetro, con cuadrantes blanco y negro alternados, para medir la transparencia en lagos y embalses de agua dulce..

Campañas realizadas

Caracterización de las comunidades biológicas