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El estudio mapeó 135 000 cuencas hidrográficas en todo el planeta; encontró que solo 25 de estas representan casi la mitad de la contaminación por nitrógeno aportada por los desechos humanos. Estas 25 se identificaron tanto en el mundo en desarrollo como en el mundo desarrollado.

Los alimentos que comemos, los líquidos que bebemos y los medicamentos que tomamos, una vez que son expulsados de nuestro cuerpo, deben terminar en alguna parte. Gracias a un modelo científico publicado recientemente, se logró rastrear el destino de una avalancha mundial de desechos humanos. Lo que se mira no es un lindo espectáculo.

Según ese modelo nuevo, las aguas residuales agregan alrededor de 6,2 millones de toneladas anuales de nitrógeno a las aguas costeras del mundo; es el equivalente al 40 % de la cantidad emitida por los vertidos agrícolas. El nitrógeno es uno de los peores contaminantes de los océanos de nuestro planeta, ya que causa proliferación tóxica de algas, eutrofización y zonas muertas.

El estudio mapeó 135 000 cuencas hidrográficas en todo el planeta, y descubrió que solo 25 de estas representan casi la mitad de las “entradas de nitrógeno de aguas residuales en el océano”.

“La magnitud de los impactos de las aguas residuales en los ecosistemas costeros, especialmente en cuanto a los aportes de nitrógeno, fue bastante sorprendente”, comenta Cascade Tuholske, investigador de posgrado en Columbia Climate School, quien formó parte del equipo interdisciplinario que creó el modelo.

Contaminación en el río Misisipi. Esta cuenca está entre los veinticinco peores contaminadores de nitrógeno del mundo debido a las aguas residuales. Imagen cortesía de Mississippi Watershed Management Organization a través de Flickr (CC BY-NC 2.0).


Al evaluar las descargas directas y sépticas de aguas residuales en las costas, el estudio reveló que las peores cuencas hidrográficas que contaminan con nitrógeno “están concentradas en India, Corea [del Sur] y China, pero también se encuentran en otros continentes, y una sola cuenca (el río Yangtsé, en el norte de China) representa el (11 %) del nitrógeno de las aguas residuales del mundo”.

En otro hallazgo, América del Sur y África representan niveles de nitrógeno mucho más altos de lo que se pensaba anteriormente, mientras que una cuenca de Estados Unidos, la del Misisipi, figura entre los principales culpables.

La liberación de nitrógeno es solo uno de los problemas causados por las aguas residuales humanas. Tuholske y su equipo también rastrearon organismos indicadores de contaminación fecal. Descubrieron que las 25 cuencas hidrográficas más contaminadas (“ubicadas en casi todos los continentes”) emiten el 51 % de estos organismos, “en particular en deltas y estuarios densamente poblados en el sur y este de Asia, así como también en África”.

El estudio mundial no pretende ser exhaustivo: “Nuestro trabajo no se ocupa de metales pesados, fósforo ni plásticos. Es decir, hay productos farmacéuticos [también] —señala Tuholske—. La lista sigue y sigue respecto de lo que ponemos en nuestras cuencas hidrográficas que está afectando las áreas costeras”.

A) Mapa global de las fuentes terrestres (de verde a azul) y de dispersión costera de ingresos (de amarillo a morado) de nitrógeno total de aguas residuales. Las plumas costeras se han amortiguado en segmentos de línea para exagerar los patrones, de modo que sean visibles a escala global. Los recuadros muestran vistas ampliadas de los ríos B) Ganges, C) Danubio y D) Yangtsé, que muestran plumas de contaminación en alta resolución. Imagen cortesía de Tuholske et al. (2021) (CC BY 4.0).

Tratamiento de aguas residuales: una crisis mundial

Como especie, realmente no sabemos cuántos desechos arrojamos a las aguas de la Tierra ni el verdadero impacto de ello. Los cálculos más aproximados del total liberado al medioambiente sin tratamiento, hasta el 2017, rondaban el 80 %, según los hallazgos de un informe de la ONU. Un cálculo reciente reduce esta cifra al 48 %, lo que puede demostrar un progreso, pero esa cifra también es especulativa.

En todo el mundo, 3 600 millones de personas, o casi la mitad de la población humana, carecían de acceso a servicios de saneamiento gestionados de forma segura en el 2020. Aproximadamente unos 494 millones de personas todavía defecan al aire libre. Según la Organización Mundial de la Salud, la contaminación del agua (que provoca enfermedades como el cólera, la disentería y la diarrea) mata a más de 485 000 personas por año.

Pero eso es solo parte de la historia. Si usted se encuentra entre los que están conectados a un sistema moderno de eliminación de aguas residuales, sus desechos fluyen a una planta de tratamiento municipal después de haber descargado el inodoro. Pero eso no garantiza una eliminación adecuada. Incluso en países con plantas de tratamiento en funcionamiento, esas instalaciones suelen ser anticuadas e incapaces de eliminar una multitud de contaminantes de las aguas residuales, incluidos nitrógeno, fósforo, interruptores endocrinos y productos farmacéuticos.

Las altas tasas de tratamiento del agua no garantizan que contaminantes presentes en las aguas residuales (como los productos farmacéuticos) no se viertan en las cuencas hidrográficas y en las aguas costeras, debido a los desagües de alcantarillado combinado y a las diferencias en el tratamiento. Imagen cortesía de Aviavlad a través Pixabay.

“Creo que la gente supone que, si se construye una planta de tratamiento de aguas residuales moderna o terciaria, está limpiándose el agua», comenta Tuholske.

Señala el río Misisipi como ejemplo: a pesar de las muchas plantas de tratamiento a lo largo de Estados Unidos, esta cuenca se encuentra entre las 25 peores contaminantes de nitrógeno del mundo. «Creo que esperaríamos que nuestro tratamiento de aguas residuales en los Estados Unidos fuera suficiente para no afectar los ecosistemas río abajo pero, cuando tenemos en cuenta el nitrógeno, es un gran problema en el Golfo de México”.

Según el estudio de Tuholske, el 63 % de la contaminación mundial por nitrógeno generada por aguas residuales proviene de los sistemas de alcantarillado; el 32 %, de la salida directa; y el 5 %, de los sistemas sépticos. Agrega que el problema es causado por la falta de acceso a un saneamiento adecuado, así como a sistemas de tratamiento que están obsoletos o no están diseñados para eliminar los nutrientes y otros contaminantes de los desechos.

De hecho, existe una falla masiva en la eliminación de desechos en muchos sistemas de alcantarillado municipales diseñados a fines del siglo XIX y a principios del siglo XX. En Reino Unido, Estados Unidos y otros lugares, muchas ciudades todavía usan desagües de alcantarillado combinado, donde las mismas tuberías transportan desechos humanos y aguas pluviales. Como resultado de esto, las fuertes lluvias pueden desbordar las plantas de tratamiento de aguas residuales, y esas instalaciones se ven obligadas a desviar la avalancha de aguas pluviales, aguas residuales sin tratar o aguas residuales parcialmente tratadas directamente a ríos y a estuarios.


Eutrofización en la desembocadura del río Misisipi. Imagen cortesía del Servicio Nacional Oceánico de la NOAA a través de Flickr (Public domain).

Un informe de Rivers Trust, mediante el uso de datos de la Agencia Ambiental del Reino Unido, señaló más de 400 000 notificaciones de descarga de aguas residuales en Inglaterra en el 2020. Escocia se enfrenta a una situación similar, con miles de litros de aguas residuales descargadas desde el 2016. Alrededor del 60 % de la ciudad de Nueva York todavía cuenta con desagües de alcantarillado combinado, y las playas para nadar se cierran de manera intermitente después de grandes lluvias, debido al peligro para la salud pública.

Arreglar el problema es costoso: según una estimación del 2012 de la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA, por sus siglas en inglés), “las correcciones de los desagües les costarían a los neoyorquinos 5 100 millones de dólares durante 20 años. Estas correcciones se suman a los 26 300 millones de dólares necesarios para otras mejoras en la infraestructura de aguas residuales”.

En municipios de todo el mundo (llenos de viejos desagües de alcantarillado combinado), también se está viendo que las actualizaciones del sistema tienen un alto costo. Pero hacerlo es más urgente que nunca: el cambio climático está aumentando la intensidad de las tormentas, y eso pone aún más presión sobre estos sistemas. Un informe de USA Today reveló que el 97 % de lugares con alcantarillado combinado en los Estados Unidos ha experimentado “un aumento tanto en las precipitaciones anuales como en las precipitaciones extremas durante los últimos 30 años”. Esto, probablemente, provocó descargas de aguas residuales más frecuentes.

La contaminación de las aguas residuales no solo pone en riesgo la salud pública, sino que también daña nuestros sistemas alimentarios. En un estudio donde se analizó el rol de la urbanización en la propagación de patógenos y contaminantes en las aguas costeras de Birmania, se encontraron más de 87 patógenos bacterianos humanos potenciales y 78 contaminantes diferentes en el tejido de las ostras en el archipiélago de Mergui.

Esto no es un caso aislado de degradación del ecosistema. Joleah Lamb, profesora asistente de Ecología y Biología Evolutiva en la Universidad de California (Irvine), quien dirigió la investigación de Birmania, está llevando a cabo un estudio similar en el área de Seattle, en colaboración con el Departamento de Pesca y Vida Silvestre de Washington, la Universidad de Cornell y el Departamento de Recursos Naturales de Washington. Ella sostiene que anteriormente se han encontrado antidepresivos, medicamentos de quimioterapia, medicamentos para el corazón y opioides en los mejillones del área de Seattle, potencialmente su presencia sería una consecuencia del mal funcionamiento de las plantas de tratamiento de aguas residuales y los desagües de alcantarillado combinado.

“También estamos encontrando, en estos mejillones, tipos de patógenos muy similares a los que estamos encontrando en Birmania. Por lo tanto, no es solo un problema que estamos teniendo en lugares como Asia”, afirma Lamb.

Imagen de satélite que muestra el flujo de sedimentos hacia el archipiélago de Mergui, Birmania. La investigación, dirigida por Joleah Lamb, indica que las aguas residuales contribuyen a la distribución de patógenos y contaminantes en el área. Imagen cortesía del Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA a través de

Un “cóctel tóxico” que envenena las aguas del mundo

Los desechos humanos son un hecho de la vida, y nuestra completa incapacidad para desecharlos adecuadamente está contribuyendo a que se ejerza una intensa presión sobre el “espacio operativo seguro” de la Tierra. Esta zona de operación segura fue definida por primera vez en el 2009 por un equipo de científicos internacionales que reconocieron nueve límites planetarios, límites más allá de los cuales la humanidad no puede ir sin desestabilizar y amenazar la vida en la Tierra tal como la conocemos. La eliminación inadecuada de aguas residuales está afectando una variedad de estos límites.

“Ahí dentro hay más que caca y pis”, comentó a Mongabay Stephanie Wear, científica sénior y asesora de estrategia de The Nature Conservancy (TNC). Ella define el problema de la contaminación por aguas residuales como una “amenaza interseccional”, en la que los desechos representan un “cóctel tóxico” para el medioambiente, que ahora tiene un impacto negativo en al menos cinco de los nueve límites planetarios. Esto contribuye a la contaminación de nutrientes por nitrógeno, la degradación de la biodiversidad, el daño a los sistemas de agua dulce, la contaminación por nuevas entidades químicas y el cambio climático.

Mundialmente, los aportes humanos de nitrógeno y de fósforo debido al vertido de fertilizantes sintéticos agrícolas y a los desechos humanos ya nos han empujado más allá del límite planetario seguro establecido por los científicos. En nuestras costas, este exceso de nutrientes aumenta el riesgo de eutrofización, lo que supone una amenaza para diversos ecosistemas acuáticos al provocar la proliferación tóxica de algas, mareas rojas y anoxia.

Tuholske y su equipo superpusieron su mapa de contaminación por aguas residuales con las áreas de coral y praderas marinas en todo el mundo. Descubrieron que el 56 % de los arrecifes de coral del planeta y el 88 % de sus praderas marinas están expuestos al nitrógeno en las aguas residuales, principalmente debido a las entradas directas y sépticas de aguas residuales.


Los nueve límites planetarios. La contaminación por aguas residuales y aguas servidas contribuye a desestabilizar al menos cinco de los límites planetarios, incluidos los flujos biogeoquímicos (a través de la contaminación de nutrientes por nitrógeno y fósforo), la integridad de la biodiversidad, el agua dulce, las nuevas entidades químicas y el cambio climático. Imagen cortesía de J. Lokrantz/Azote, basado en Steffen et al. (2015).

Representación de arrecifes de coral (mapa A) y lechos de pastos marinos (mapa B) fuertemente impactados (puntos rojos), no impactados o expuestos (puntos azul oscuro) e impactados (puntos amarillos) por el nitrógeno en aguas residuales. Imagen cortesía de Tuholske et al. (2021) (CC BY 4.0).

En los últimos 10 años, el crecimiento de algas se ha disparado en los arrecifes de coral del mundo: aumentó un 20 % y coincidió con una disminución del coral duro. Una combinación de cambio climático con exceso de nutrientes, que actúan como fertilizante para las algas, está poniendo en riesgo los arrecifes de coral, según Helen Fox, directora de conservación de Coral Reef Alliance.

Las aguas residuales también se han relacionado con enfermedades de los corales. La viruela blanca en el coral cuerno de alce (Acropora palmata), amenazado en toda su área de distribución en el Caribe, se ha relacionado con la Serratia marcescens, una bacteria transmitida por humanos. “También estamos viendo brotes similares en el Indo-Pacífico”, dice Lamb. Ella señala que la enfermedad de la banda negra en los corales se ha relacionado con el aumento de nutrientes y con los eventos de calentamiento. “Es una especie de tormenta perfecta para diferentes tipos de enfermedades porque los patógenos transmitidos por agua realmente funcionan bien en un ambiente cálido”.

El descubrimiento del coronavirus (que causa la COVID-19) en las aguas residuales también genera preocupación entre los científicos porque se teme que las especies marinas, incluidas las ballenas y los delfines, puedan padecer esta enfermedad.

Blanqueamiento de coral frente a Isla Lagarto, Gran Barrera de Coral, Australia. Antes (marzo 2016) y después (mayo 2016). Una vez que los corales mueren, pueden verse envueltos por capas de algas y plantas marinas bien nutridas por el exceso de nutrientes nitrogenados contenidos en las aguas residuales. Imagen cortesía de The Ocean Agency/Ocean Image Bank.

Proliferación de algas verdes en el mar Báltico. En todo el mundo, las aguas residuales contribuyen a la contaminación por nitrógeno y por fósforo. Ambos actúan como nutrientes y pueden exacerbar la proliferación de algas que pueden ser tóxicas y que, además, consumen grandes cantidades de oxígeno en los ecosistemas acuáticos. Esto provoca anoxia y pérdida de biodiversidad. Imagen cortesía de la Agencia Espacial Europea a través de Flickr (CC BY-SA 2.0).

Aguas residuales, pastos marinos y límites planetarios

Los pastos marinos del mundo y los ecosistemas en los que viven brindan muchos servicios ecosistémicos. Algunas especies de pastos marinos se conocen especialmente por su enorme potencial para almacenar CO2, según afirma Benjamin Jones, director de operaciones internacionales y fundador de Project Seagrass. Pero esa capacidad se ve amenazada por las aguas residuales y por otros tipos de contaminación.

Un estudio publicado a principios del 2021 indica que el 19,1 % del área de praderas marinas en el planeta se ha perdido desde la década de 1880. Algunas partes del mundo muestran tasas estables de pastos marinos, pero la tendencia general es descendente.

Además de su potencial para almacenar carbono, los pastos marinos ofrecen una serie de otros beneficios, como ser criaderos de peces y hábitat para especies amenazadas, como dugongos y tortugas marinas. Irónicamente, otro servicio puede incluir la capacidad de los pastos marinos para frenar las enfermedades humanas.

La creciente evidencia sugiere que los pastos marinos desempeñan un papel en la purificación de las aguas costeras y también en la protección de los arrecifes de coral, según explica Lamb, quien forma parte del equipo que reveló este hallazgo.

“Descubrimos que hubo una reducción del 50 % en los patógenos que afectan a las personas, los peces y los invertebrados, y creímos que eso era simplemente asombroso. Realmente no conocemos el mecanismo exacto, pero suponemos que los pastos marinos actúan como un sistema natural de tratamiento de aguas residuales”, explica.


Tortuga verde pastando en pastos marinos en la bahía de Akumal, México. El 86 % de las praderas marinas del mundo están expuestas a la contaminación por nitrógeno de las aguas residuales humanas. Imagen cortesía de P. Lindgren a través de Wikimedia Commons (CC BY-SA 3.0).

El vertido de desechos humanos en las praderas marinas está agregando otro nivel de daño a estos ecosistemas que ya están en peligro. La contaminación por nutrientes da un impulso a las plantas epífitas, organismos que Jones describe como el peor enemigo de los pastos marinos. “Es el crecimiento de estos organismos en las hojas de los pastos marinos y dentro de los pastos marinos en el medioambiente lo que crea esa claridad reducida en la columna de agua [que], básicamente, solo ahoga los pastos marinos hasta su desaparición”.

Al contribuir a la destrucción de las praderas marinas, la contaminación por aguas residuales también podría estar empeorando el cambio climático. Cuando los pastos marinos mueren, liberan el carbono almacenado en el ecosistema. “Cuanto más degradamos las praderas marinas a través de, por ejemplo, aguas residuales y altos nutrientes, más riesgo corremos de aumentar las emisiones netas y de aumentar el carbono en la atmósfera”, sostiene Jones.

Río arriba, los impactos en los sistemas fluviales de agua dulce pueden ser tan graves como en los estuarios. En Inglaterra, solo el 14 % de los ríos evaluados en el 2020 tenían buena salud ecológica. Ninguno obtuvo un certificado de salud por estar libre de químicos. El mercurio está entre los contaminantes encontrados; un legado de la minería del carbón, según considera Christine Colvin, directora de asociaciones y comunicaciones de Rivers Trust. Pero otros productos químicos y contaminantes siguen llegando a los ríos de Inglaterra y de todo el mundo a través de las aguas residuales, lo que tiene un impacto negativo en el límite planetario. Aún no se ha definido el umbral de desestabilización del sistema operativo de la Tierra para el límite planetario de las nuevas entidades. Este nivel de incertidumbre deja a la humanidad desinformada en cuanto al riesgo.

Los nutrientes en las aguas residuales pueden causar una disminución de la claridad del agua, lo que puede conducir a la muerte de los pastos marinos. Imagen cortesía de Benjamin Jones/Project Seagrass.

“Se dice que no se puede gestionar lo que no se mide. Pero también, a medida que comenzamos a medirlo, se demostró que la magnitud del problema [de la contaminación del agua] es mucho mayor”, explica Colvin, y señala que ha habido algunas mejoras en los últimos años, en particular cuando se trata de eliminar el fósforo de las aguas residuales.

“Uno de los puntos de conversación dentro de todo el debate acerca de los límites planetarios es sobre los puntos de inflexión… ¿Dónde nos estamos acercando a los puntos de inflexión del impacto acumulativo de este tipo de cóctel químico que estamos encontrando en nuestros sistemas fluviales y lacustres? Creo que eso es algo a lo que debemos prestar atención”.

Algunos ecosistemas acuáticos de agua dulce y de agua salada, incluidos los pantanos de agua dulce y las marismas saladas, tienen la capacidad de purificar las aguas residuales y se consideran aliados en la lucha contra la contaminación por aguas residuales. Pero los contaminantes y la sobrecarga de nutrientes están poniendo en riesgo la supervivencia de estos ecosistemas.

Wear, de TNC, realizó un estudio que rastreaba el diclofenaco (un fármaco antiinflamatorio) como indicador de la contaminación acuática. Ella descubrió que el 30 % de las marismas saladas en el mundo están expuestas a la contaminación: el 76 % de las de China tienen niveles muy altos de contaminación, mientras que esa cifra es del 17 % en Estados Unidos. Su investigación reveló que, en todo el planeta, “el 55,7 % de las ecorregiones con una riqueza muy alta en especies de peces (más de 451 especies) tienen niveles altos o muy altos [de diclofenac]”.
 

Desechos en tierra

Los ecosistemas acuáticos no son los únicos afectados por las aguas residuales. Los lodos de las plantas tratadoras (también conocidos como biosólidos), es decir, el material pegajoso sobrante del proceso de tratamiento de aguas residuales, se utiliza en todo el mundo como fertilizante y como medio para reciclar los nutrientes, tan perjudiciales para las aguas costeras. En el 2019, Estados Unidos produjo aproximadamente 4,75 millones de toneladas secas de lodos de plantas de tratamiento, y poco más de la mitad se aplicó a tierras agrícolas.

Sin embargo, dependiendo de los métodos de tratamiento, los lodos pueden esparcir el mismo cóctel tóxico que va a los sistemas costeros. Puede filtrarse en los suelos, entrar en las cadenas alimentarias y en las aguas subterráneas, y también escurrirse hacia los arroyos y hacia los estuarios. En el 2019, un informe de la EPA de Estados Unidos señaló que 116 sustancias químicas encontradas en muestras de lodos tenían niveles de toxicidad lo suficientemente altos como para afectar a los humanos, mientras que 134 tenían niveles lo suficientemente tóxicos como para afectar el medioambiente.

Los microplásticos son contaminantes oceánicos bien conocidos, pero también se encuentran en los lodos de las plantas de tratamiento. Dependiendo de la tecnología utilizada, las plantas de tratamiento de aguas residuales pueden eliminar hasta el 99 % de los microplásticos, el resto se concentra en lodos procesados.

Una estimación establece la cantidad mínima de microplásticos esparcidos en tierras agrícolas a través de lodos en 26 156 toneladas anuales en la Unión Europea y 21 249 toneladas al año en Estados Unidos. En el mundo, puede haber más microplásticos esparcidos en la tierra que los que ingresan a los océanos, pero no lo sabemos con certeza.

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“Nuestros desechos no tienen que ser desperdiciados”, concluye Wear, de TNC. A principios del 2021, en colaboración con Helen Fox, cofundó Ocean Sewage Alliance. A pesar de la inmensa magnitud del problema de las aguas residuales, Wear es optimista sobre el impulso para encontrar soluciones.

Su nueva organización reúne a investigadores y profesionales que buscan transformar nuestro concepto de residuos viéndolos, en cambio, como un recurso renovable útil que no tiene que contaminar. La reutilización de los desechos, una vez tratados adecuadamente, podría ayudar a reducir la dependencia de fertilizantes agrícolas, abordar la seguridad del agua dulce y proporcionar fuentes de energía renovable, según se afirma en un informe del Centro de Resiliencia de Estocolmo y del Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente.

“El problema con la gestión de aguas residuales es realmente un problema tanto para los conservacionistas como para las personas en la esfera de la salud pública —plantea Tuholske. Básicamente, nuestro documento modelo [sobre aguas residuales en el mundo] pone el problema sobre la mesa para que estas dos comunidades de académicos, profesionales, miembros del Gobierno y del sector privado comiencen a trabajar juntos para mejorar tanto el ecosistema como la salud humana”.