Come linquinamento termico influisce sulla qualità dellacqua

termico , a volte chiamato " arricchimento termico ", è il degrado della qualità dell'acqua da qualsiasi processo che modifica la temperatura dell'acqua ambiente. L'inquinamento termico è l'aumento o la diminuzione della temperatura di un corpo idrico naturale causato dall'influenza umana. L'inquinamento termico, a differenza dell'inquinamento chimico, provoca un cambiamento nelle proprietà fisiche dell'acqua. Una causa comune di inquinamento termico è l'uso dell'acqua come refrigerante da parte delle centrali elettriche e dei produttori industriali. ^[1] Anche il deflusso urbano, ovvero l'acqua piovana scaricata nelle acque superficiali da tetti, strade e parcheggi, e i bacini idrici possono essere una fonte di inquinamento termico. ^[4] L'inquinamento termico può essere causato anche dal rilascio di acqua molto fredda dalla base dei bacini idrici nei fiumi più caldi.

Quando l'acqua utilizzata come refrigerante viene restituita all'ambiente naturale a una temperatura più elevata, l'improvviso cambiamento di temperatura diminuisce l'apporto di ossigeno e influisce sulla composizione dell'ecosistema. I pesci e altri organismi adattati a un particolare intervallo di temperatura possono essere uccisi da un brusco cambiamento della temperatura dell'acqua (un rapido aumento o diminuzione) noto come "shock termico". L'acqua calda di raffreddamento può anche avere effetti a lungo termine sulla temperatura dell'acqua, aumentando la temperatura complessiva dei corpi idrici, comprese le acque profonde. La stagionalità influisce sul modo in cui questi aumenti di temperatura sono distribuiti in tutta la colonna d'acqua. Le temperature elevate dell'acqua riducono i livelli di ossigeno, che possono uccidere i pesci e alterare la composizione della catena alimentare, ridurre la biodiversità delle specie e favorire l'invasione di nuove specie termofile. ^{[5] [6] : 375}

Fonti e

Negli

Stati Uniti, circa il 75-80% dell'inquinamento termico è generato dalle centrali elettriche. ^{[6] : 376} Il resto proviene da fonti industriali come raffinerie di petrolio, cartiere e cartiere, impianti chimici, acciaierie e fonderie. ^{[7] : 4-2 [8]}

L'acqua riscaldata da queste fonti può essere controllata con:

Uno dei maggiori responsabili dell'inquinamento termico sono i sistemi di raffreddamento a passaggio singolo (OTC) che non riducono la temperatura con la stessa efficacia dei sistemi di cui sopra. Una grande centrale elettrica può prelevare ed esportare fino a 500 milioni di galloni al giorno. ^[10] Questi sistemi producono acqua in media 10 °C più calda. ^[11] Ad esempio, il Potrero La centrale elettrica di San Francisco (chiusa nel 2011), ha utilizzato OTC e ha scaricato l'acqua nella baia di San Francisco a circa 10 °C (20 °F) al di sopra della temperatura ambiente della baia. ^[12] Oltre 1.200 strutture negli Stati Uniti utilizzano sistemi OTC a partire dal 2014. ^{[7] : 4-4}

Le temperature possono essere rilevate attraverso tecniche di telerilevamento per monitorare continuamente l'inquinamento delle piante. ^[13] Ciò aiuta a quantificare gli effetti specifici di ciascuna pianta e consente una regolazione più rigorosa dell'inquinamento termico.

La conversione degli impianti da sistemi di raffreddamento a ciclo chiuso può ridurre significativamente l'inquinamento termico emesso. ^[10] Questi sistemi rilasciano acqua a una temperatura più paragonabile all'ambiente naturale.

Quando

l'acqua si stratifica all'interno delle dighe artificiali, la temperatura sul fondo scende drasticamente. Molte dighe sono costruite per rilasciare quest'acqua fredda dal fondo nei sistemi naturali. ^[14] Questo può essere mitigato progettando la diga per rilasciare acque superficiali più calde invece dell'acqua più fredda sul fondo del bacino. ^[15]

Deflusso urbano

Durante la stagione calda, il deflusso urbano può avere impatti termici significativi su piccoli corsi d'acqua. Quando l'acqua piovana passa su tetti, parcheggi, strade e marciapiedi caldi, assorbe parte del calore, un effetto dell'isola di calore urbana. Gli impianti di gestione delle acque piovane che assorbono il deflusso o lo dirigono nelle acque sotterranee, come i sistemi di bioritenzione e i bacini di infiltrazione, riducono questi effetti termici consentendo all'acqua più tempo per rilasciare il calore in eccesso prima di entrare nell'ambiente acquatico. Questi sistemi correlati per la gestione del deflusso sono componenti di un approccio di progettazione urbana in espansione comunemente chiamata infrastruttura verde. ^[16]

I bacini di ritenzione (stagni di acqua piovana) tendono ad essere meno efficaci nel ridurre la temperatura di deflusso, poiché l'acqua può essere riscaldata dal sole prima di essere scaricata in un corso d'acqua ricevente. ^[17]

Effetti

Effetti dell'acqua calda

Una temperatura elevata riduce tipicamente il livello di ossigeno disciolto e di acqua, poiché i gas sono meno solubili nei liquidi più caldi. Questo può danneggiare animali acquatici come pesci, anfibi e altri organismi acquatici. L'inquinamento termico può anche aumentare il tasso metabolico degli animali acquatici, come attività enzimatica, con il risultato che questi organismi consumano più cibo in un tempo più breve rispetto a quando il loro ambiente non viene modificato. ^{[5] : 179} Un aumento del tasso metabolico può comportare una riduzione delle risorse; Gli organismi più adattati che si spostano nel mese di maggio hanno un vantaggio rispetto agli organismi che non sono abituati alla temperatura più calda. Di conseguenza, le catene alimentari dei vecchi e dei nuovi ambienti possono essere compromesse. Alcune specie ittiche evitano segmenti di torrente o aree costiere adiacenti a uno scarico termico. Di conseguenza, la biodiversità può essere ridotta. ^{[20] : 415–17 [6] : 380}

L'alta temperatura limita la dispersione di ossigeno nelle acque più profonde, contribuendo a creare condizioni anaerobiche. Questo può portare ad un aumento dei livelli di batteri quando c'è un'ampia scorta di cibo. Molte specie acquatiche non riescono a riprodursi a temperature elevate. ^{[5] : 179-80}

I produttori primari (ad esempio piante, cianobatteri) sono colpiti dall'acqua calda perché una temperatura dell'acqua più elevata aumenta i tassi di crescita delle piante, con conseguente riduzione della durata della vita e sovrappopolazione delle specie. Le L'aumento della temperatura può anche modificare l'equilibrio della crescita microbica, compreso il tasso di fioritura delle alghe che riducono le concentrazioni di ossigeno disciolto. ^[21]

Variazioni di temperatura anche di uno o due gradi Celsius possono causare cambiamenti significativi nel metabolismo dell'organismo e altri effetti negativi della biologia cellulare. I principali cambiamenti negativi possono includere la resa delle pareti cellulari meno permeabili all'osmosi necessaria, la coagulazione delle proteine cellulari e l'alterazione del metabolismo enzimatico. Questi effetti a livello cellulare possono influenzare negativamente la mortalità e la riproduzione.

Un forte aumento della temperatura può portare alla denaturazione degli enzimi che supportano la vita rompendo i legami idrogeno e disolfuro all'interno della struttura quaternaria degli enzimi. La diminuzione dell'attività enzimatica negli organismi acquatici può causare problemi come l'incapacità di scomporre i lipidi, che porta alla malnutrizione. L'aumento della temperatura dell'acqua può anche aumentare la solubilità e la cinetica dei metalli, che possono aumentare l'assorbimento di metalli pesanti da parte degli organismi acquatici. Ciò può portare a esiti tossici per queste specie, nonché all'accumulo di metalli pesanti a livelli trofici più elevati nella catena alimentare, aumentando l'esposizione umana attraverso l'ingestione alimentare. ^[21]

In casi limitati, l'acqua calda ha pochi effetti deleteri e può persino portare a un miglioramento della funzione dell'ecosistema acquatico ricevente. Questo fenomeno si osserva soprattutto nelle acque stagionali. Un caso estremo è derivato dalle abitudini aggregative del lamantino, che spesso utilizza i siti di scarico delle centrali elettriche durante l'inverno. Le proiezioni suggeriscono che le popolazioni di lamantini diminuirebbero dopo la rimozione di questi scarichi. ^[22]

Acqua fredda

I rilasci di acqua innaturalmente fredda dai bacini idrici possono modificare drasticamente la fauna ittica e macroinvertebrata dei fiumi e ridurre produttività fluviale. ^[23] In Australia, dove molti fiumi hanno regimi di temperatura più caldi, le specie ittiche autoctone sono state eliminate e la fauna dei macroinvertebrati è stata drasticamente modificata. I tassi di sopravvivenza dei pesci sono diminuiti fino al 75% a causa dei rilasci di acqua fredda. ^[14]

Quando

una centrale elettrica si apre o si spegne per la prima volta per riparazione o per altre cause, i pesci e altri organismi adattati a un particolare intervallo di temperatura possono essere uccisi dal brusco cambiamento della temperatura dell'acqua, un aumento o una diminuzione, noto come "shock termico". ^{[6] : 380 [24] : 478}

Effetti

biogeochimici Gli effetti del riscaldamento dell'acqua, al contrario degli effetti di raffreddamento dell'acqua, sono stati i più studiati per quanto riguarda gli effetti biogeochimici. Gran parte di questa ricerca è a lungo termine Effetti delle centrali nucleari sui laghi dopo la rimozione di una centrale nucleare. Nel complesso, l'inquinamento termico è favorevole ad un aumento della temperatura dell'acqua. ^[25] Quando le centrali elettriche sono attive, gli aumenti di temperatura dell'acqua a breve termine sono correlati al fabbisogno elettrico, con più refrigerante rilasciato durante i mesi invernali. È stato anche osservato che il riscaldamento dell'acqua persiste nei sistemi per lunghi periodi di tempo, anche dopo che le piante sono state rimosse. ^[3]

Quando l'acqua calda del refrigerante delle centrali elettriche entra nei sistemi, spesso si mescola portando a un aumento generale della temperatura dell'acqua in tutto il corpo idrico, compresa l'acqua più fredda profonda. In particolare nei laghi e nei corpi idrici simili, la stratificazione porta a effetti diversi su base stagionale. In estate, l'inquinamento termico è stato visto aumentare la temperatura dell'acqua più profonda in modo più drammatico rispetto all'acqua superficiale, attraverso la stratificazione esiste ancora, mentre in inverno le temperature dell'acqua superficiale vedono un aumento maggiore. La stratificazione si riduce nei mesi invernali a causa dell'inquinamento termico, eliminando spesso il termoclino. ^[3]

Uno studio che ha esaminato l'effetto della rimozione di una centrale nucleare nel lago Stechlin, in Germania, ha rilevato che un aumento di 2,33 °C persiste nelle acque superficiali durante l'inverno e un aumento di 2,04 °C nelle acque profonde durante l'estate, con aumenti marginali in tutta la colonna d'acqua sia in inverno che in estate. ^[3] La stratificazione e le differenze di temperatura dell'acqua dovute all'inquinamento termico sembrano essere correlate al ciclo dei nutrienti di fosforo e azoto, poiché spesso i corpi idrici che ricevono refrigerante si spostano verso l'eutrofizzazione. Tuttavia, non sono stati ottenuti dati chiari su questo, poiché è difficile distinguere le influenze da altre industrie e dall'agricoltura. ^{[26] [27]}

Analogamente agli effetti osservati nei sistemi acquatici a causa del riscaldamento climatico dell'acqua, è stato osservato che anche l'inquinamento termico aumenta le temperature superficiali in estate. Questo può creare temperature dell'acqua superficiale che portano a rilasci di aria calda nell'atmosfera, aumentando la temperatura dell'aria. ^[3] Può quindi essere visto come un contributo al riscaldamento globale. ^[28] Molti effetti ecologici saranno aggravati anche dai cambiamenti climatici, poiché la temperatura ambiente aumenta nei corpi idrici. ^[11]

I fattori spaziali e climatici possono influire sulla gravità del riscaldamento dell'acqua dovuto all'inquinamento termico. Le alte velocità del vento tendono ad aumentare l'impatto dell'inquinamento termico. Anche i fiumi e i grandi specchi d'acqua tendono a perdere gli effetti dell'inquinamento termico man mano che si allontanano dalla fonte. ^{[25] [29]}

I fiumi presentano un problema unico con inquinamento termico. Poiché le temperature dell'acqua sono elevate a monte, le centrali elettriche a valle ricevono acque più calde. La prova di questo effetto è stata osservata lungo il fiume Mississippi, poiché le centrali elettriche sono costrette a utilizzare acque più calde come refrigeranti. ^[30] Questo riduce l'efficienza degli impianti e costringe gli impianti a utilizzare più acqua e a produrre più inquinamento termico.

Vedi anche

Riferimenti