Issuu on Google+

Hidrobiologia

La conca de la Noguera de Tor: fisicoquímica i comunitats

Camp d’’Aprenentatge de la Vall de Boí


2


Hidrobiologia

La conca de la Noguera de Tor: fisicoquímica I comunitats

Camp d'Aprenentatge de la Vall de Boí Departament d’’Educació Generalitat de Catalunya

Josep M. Serrano i Farrera Isabel Reynal i Pons Elena Batlle i Megale


FITXA DIDÀCTICA Àmbit curricular: Biologia i Química Nivell educatiu: Batxillerat Estacionalitat: Tot l'any

Objectius Estudiar les característiques d’’una conca fluvial des de diferents punts de vista I treure conclusions sobre la influència del substrat geològic i

l'activitat

humana en la qualitat de les aigües.

Característiques de l'activitat Tipus: Treball de camp i laboratori Descripció: Planificació del mostratge. Presa de mostres d'aigua I d’’organismes en els diferents punts. Anàlisi de les característiques físiques I químiques de l’’aigua fent ús de diferents tècniques (volumetries, colorimetries i fotometries). Estudi dels organismes indicadors (morfologia i classificació). Cada grup de treball estudia un punt de mostratge diferent i al final s'elaboren les dades conjuntes i es treuen conclusions. Material: contenidors de plàstic I vidre per a la presa de mostres al camp, conductivímetre, oximetre, instrumental de laboratori: vidre, fotòmetre, espectrofotòmetre, lupes binoculars. Durada: 5 hores. Treball de camp: 2 hores. Treball de laboratori: 3 hores.

Observacions Es treballa en grups petits (2-3 persones)

2


Índex Introducció ......................................................................................................... 5 La conca de la Noguera de Tor ......................................................................... 6 El substrat geològic ........................................................................................... 7 L’’ús de l’’aigua ................................................................................................... 9 Els organismes ................................................................................................ 10 Treball de camp ............................................................................................... 16 Treball de laboratori ........................................................................................ 18 Anàlisi química ............................................................................... 21 Analítica amb tests ......................................................................... 33 Observació i classificació d’’organismes ......................................... 34 Taules de resultats .......................................................................................... 35 Conclusions ..................................................................................................... 37

3


4


Introducció La quantitat d’’aigua a la Terra és d’’uns 1.4x1012 hm3. La major part, un 97% es troba als oceans formant el compartiment de l’’aigua marina. La resta és l’’aigua dolça dels rius i llacs, l’’aigua en forma de vapor de l’’atmosfera i l’’aigua en estat sòlid dels casquets polars i glaceres. Aquests compartiments estan en contacte els uns amb els altres i l’’aigua flueix a través d’’ells gràcies a l’’energia solar (més de la meitat de l’’energia que rep la Terra s’’inverteix en aquest cicle). Aquest procés termodinàmic el coneixem amb el nom de cicle de l’’aigua. En les circumstàncies actuals, l’’aigua dels oceans es renova totalment en uns 4000 anys. L’’aigua atmosfèrica si no es renovés precipitaria tota en uns 12 dies i, si s’’assequessin totes les fonts per falta de precipitació, els rius deixarien de portar-ne al mar en un mes. transport net de vapor

precipitació

precipitació evaporació transpiració

evaporació

escolament riu

infiltració

oceans llac

flux de retorn

flux d’’aigua subterrània

Figura 1: el cicle de l’’aigua

En els darrers anys, amb l’’augment important del grau de sensibilització de la societat envers els temes ambientals s’’han engegat molts programes de control de les aigües dolces. Per fer aquest control cal planificar un mostratge i determinar les tècniques que s’’utilitzaran per a l’’estudi de les mostres. En la planificació cal tenir en 5


compte les característiques de la conca hidrogràfica, el seu substrat geològic i l’’ús i gestió que es fa de l’’aigua. Respecte a les tècniques, aquests programes inclouen estudis fisicoquímics de l’’aigua i estudis dels organismes. Els primers es basen en analítiques de diferents variables (temperatura, alcalinitat, pH, fosfats, oxigen dissolt, conductivitat, etc.) Els resultats obtinguts amb aquestes anàlisis donen una ràpida i bona perspectiva de la qualitat de l’’aigua en el moment d’’extracció de les mostres. En canvi, els estudis dels organismes que viuen en els sistemes aquàtics donen una idea més bona de l’’estat de l’’aigua en el temps. Ens informen de la situació actual i de la història prèvia a la recollida de les mostres, així com de la situació de l’’ecosistema aigües amunt a una longitud variable del punt de recollida de la mostra. Per exemple, si un riu ha estat sotmès a un abocament contaminant, aquest només és detectable, amb mètodes físics o químics, durant un lapse de temps molt curt posterior a l’’abocament. En canvi, l’’efecte produït a les comunitats d’’organismes es perllonga en el temps i és més o menys reversible en funció del grau d’’afectació. Per tant, l’’aproximació més acurada per conèixer l’’estat real d’’un riu és una combinació dels dos sistemes: l’’analítica fisicoquímica i l’’estudi dels organismes.

La conca de la Noguera de Tor La xarxa hidrogràfica de la Vall de Boí està profundament excavada en els Pirineus centrals. Les carenes que flanquegen la vall tenen elevacions superiors als 3000 m a la part alta (pics de Besiberri, Punta Alta, Comaloforno, etc.) i superiors a 2000m, fins i tot a la part més baixa de la conca La Noguera de Tor és el col·lector de totes les aigües. El riu pren el nom a l'aiguabarreig de les riberes de Caldes i de St. Nicolau, a la Farga a 1300 m. Discorre pel fons de la vall rebent aportacions dels barrancs laterals (St. Martí, Durro, Barruera, Cardet, etc.) i desemboca a la Noguera Ribagorçana prop de Castelló de Tor (850m) L’’extensió total de la conca de la Noguera de Tor és de 220 km2. Pel fet de trobar-nos en una zona dels Pirineus centrals afectada al llarg del quaternari pel glaciarisme, a les capçaleres de la conca hi ha molts estanys d'origen glacial (uns 70). Hem de destacar també els aportaments d'aigua de neoformació, encara que ínfims comparativament, dels afloraments termals localitzats a Caldes de Boí.

6


El substrat geològic Gairebé tota la conca està excavada damunt de materials paleozoics, i només a uns 2 km més amunt de l'aiguabarreig de les dues Nogueres trobem materials mesozoics. Per tant podem dir que la Vall de Boí en la seva majoria forma part dels Pirineus centrals. La capçalera està majoritàriament excavades en un substrat granitoide: el batòlit de la Maladeta. És una gran massa de granodiorita d'uns 400 km2 que depassa de molt la superfície de la conca. La granodiorita és una roca magmàtica, plutònica formada per quars, feldspat (plagioclasa i microclina) i mica. Aigües avall del balneari de Caldes, pel riu de Caldes i aigües avall de l'estany Llebreta, pel de St. Nicolau, hi ha el contacte entre el batòlit i els materials del Devonià (calcoesquists, pissarres, marbres, quarsites, esquists motejats i pòrfirs). És a partir de la Farga, quan el riu entra al territori de materials cambro-ordovicians (calcoesquists, pissarres, quarsites i marbres). Tots aquests materials són metamòrfics excepte els pòrfirs que tenen un origen magmàtic i són tots paleozoics. Després de l'embassament de Cardet el riu torna a entrar en contacte amb els materials devonians. Una mica abans d'arribar al poble de Llesp es comencen a trobar pissarres de color gris clar, corresponents al Carbonífer. A partir de l'embassament de Llesp trobem els materials del Triàsic (Era Secundària) que són majoritàriament gresos vermellosos, conglomerats, calcàries i guixos.

7


Figura 2: mapa geològic de la Vall de Boí 8


L’’ús de l’’aigua A la Vall de Boí l’’aigua es fa anar per a activitats domèstiques, ramaderes, industrials i de lleure. Activitats domèstiques: l’’aigua potable que arriba a les cases prové dels barrancs laterals de manera que cap poble pren l’’aigua directament de la Noguera de Tor. Aquests aigua és clorada, distribuïda a la xarxa i recollida a les clavegueres. Les aigües residuals del Pla de l’’Ermita, Taüll, Boí i Erill van a parar a l’’estació depuradora situada prop d’’aquest darrer poble i, una vegada tractades, a la Noguera de Tor. Les de Barruera van a la seva estació depuradora i després també al riu. Les aigües residuals de Durro, Cardet, Saraís i Cóll es vessen directament al barranc laterals corresponent sense depuració. Activitats agrícoles i ramaderes: s’’utilitza poca aigua. Les activitats agrícoles es limiten a horts domèstics i prats. Els primers es reguen amb aigua de la xarxa o bé directament del barranc. La majoria dels prats no es reguen. Els animals passen una bona part de l’’any lliures als parts o pastures. Quan durant els dies hivernals més freds es tanquen a les quadres se’’ls dóna també aigua de la xarxa o bé del barranc lateral. Activitats industrials: a la Vall de Boí la indústria més important és la hidroelèctrica. Ocupa molt espai i fa un gran ús de l’’aigua. Modifica bastant els cabals però no té efecte sobre la qualitat física ni química. Al llarg de la Noguera de Tor hi ha tot un seguit de petites rescloses o assuts que deriven una part de l’’aigua del riu cap a una canonada o canal, el qual circula horitzontalment per l’’interior o l’’exterior de la muntanya fins uns quilòmetres més avall, on hi ha una petita central que aprofita el desnivell per generar energia. Al peu de la central una part de l’’aigua va al riu i l’’altra a l’’assut, repetint el mateix esquema. Activitats de lleure: bàsicament hi ha dues activitats que fan ús de l’’aigua: l’’estació d’’esquí i les piscines. L’’estació utilitza aigua del barranc de Mulleres (afluent del de St. Martí) per als canons de neu. Les piscines fan anar aigua de la xarxa.

9


Els organismes Les comunitats d'organismes que viuen en els medis aquàtics continentals solen presentar una bona diversitat: larves d'insectes, mol·luscs, diverses classes de cucs, de crustacis, algues, plantes aquàtiques, organismes unicel·lulars, amfibis, peixos, etc. En aquests medis també podríem considerar tot un seguit de plantes i animals els quals, tot i no viure immersos en l'aigua, depenen fortament d'ella: aus que s'alimenten de peixos, mamífers que fan el cau prop de l'aigua, plantes que necessiten un alt grau d'humitat, etc. La diversitat de formes és molt gran i les adaptacions i exigències de cada organisme, diferents. En estudiar els organismes que viuen en diferents rius i, dins d'ells en diferents indrets, s'observa que n'hi ha que es troben en quasi tots els ambients. Són organismes poc exigents, capaços de viure en amplis marges de variabilitat de variables com la temperatura, la disponibilitat d'oxigen, la presència de matèria orgànica, etc. Es troben per tot arreu i la seva presència no indica cap característica concreta de la qualitat de l'aigua. N'hi ha uns altres que només es presenten en determinades condicions. Estan molt ben adaptats a ambients concrets i són incapaços de resistir canvis en les condicions del medi. Estan molt especialitzats i la seva presència és indicadora d'alguna o algunes característiques de l'aigua, per això s'anomenen organismes indicadors. La presència d'unes espècies o altres, així com el grau de diversitat de la comunitat, s'utilitzen per elaborar les taules d'índex biològics utilitzades en els estudis de qualitat de les aigües. Hi ha diferents índex: BMWP, FBILL, BMWPC, etc. Cadascun d'ells té característiques pròpies, però tenen en comú: - Es basen en la comunitat de macroinvertebrats del bentos. - Exigeixen mostratges complets de diferents perfils transversals de la llera del riu. - Exigeixen classificar els organismes almenys fins a nivell de família. El tipus de treball que es fa al Camp d'Aprenentatge, per diferents motius, no contempla mostratges exhaustius. Per aquest motiu, per determinar els índexs biològics, hem fet unes adaptacions del mètode BMWPC i considerem que els resultats que s'obtenen són altament acceptables. El mètode a seguir és el següent: -

Es mostreja la riba del riu (aproximadament, uns 10 m de longitud per 1m d'ample)

-

Es classifiquen els organismes i se'ls associen els números establerts a la taula de classificació adjunta. 10


-

Es fa la mitjana dels valors obtinguts i s'estableixen els següents rangs de qualitat: QUALITAT DE L'AIGUA

ÍNDEX

Aigües molt netes

>6

Aigües lleugerament contaminades

entre 4 i 6

Aigües contaminades

entre 2 i 4

Aigües molt contaminades

<2

Les aigües molt contaminades, s'anomenen polieutròfiques. La seva concentració d'oxigen és molt baixa o nul·la. Hi habiten microorganismes reductors i larves que respiren oxigen atmosfèric. Les aigües amb un cert grau de contaminació són més pobres en oxigen i més riques en matèria orgànica, fosfats, etc. Són aigües mesotròfiques. En elles hi podem trobar moltes algues i organismes amb hemoglobina en el seu medi intern. Les aigües netes, oligotròfiques, són riques en oxigen i pobres en matèria orgànica. En elles es on trobem la màxima diversitat d'organismes, amb menys algues que a les mesotròfiques. Si, a més a més, són riques en bicarbonats, hi trobem molts organismes amb closca.

11


Els organismes i els índex biològics ÍNDEX BIOLÒGIC

ORGANISMES Cranc de riu (Cr)

Dípters (Blefaricèrids) (I)

CARACTERÍSTIQUES És un crustaci que necessita aigües ben oxigenades, enriquides en sals i temperades. És omnívor.

Les larves es troben en aigües de fort corrent, molt fredes i molt oxigenades. Són herbívores. Els adults s'alimenten de sang.

10 Efemeròpters (I) (Heptagènids i Efemèrids)

Plecòpters (I)

8

7

Les larves dels heptagènids viuen entre les pedres en llocs amb fort corrent i toleren molt poc la contaminació. Són herbívores. Viuen més d'un any. Els adults tenen 4 ales i 2-3 cues, viuen pocs dies i no mengen.

Viuen en aigües fredes, netes i gens contaminades. Les larves poden viure d'un a tres anys i són omnívores. Els adults tenen 4 ales, viuen poques setmanes i són herbívors.

Teixidor (I)

Viu en aigües molt netes i tranquil·les. És carnívor.

Odonats (I)

En aquest grup hi ha els insectes que es coneixen amb el nom de libèl·lules. Les larves es desplacen pel substrat o entre la vegetació submergida, són carnívores i poden viure més d'un any. Els adults són carnívors i sempre volen prop de l'aigua.

Tricòpters amb capsa (I)

Les larves viuen sota les pedres o entre la vegetació submergida. Fabriquen seda amb la qual lliguen pedretes o restes vegetals per fer-se l'estoig que les protegeix dels depredadors. Són herbívores. Els adults tenen quatre ales cobertes de pèls. Són de costums nocturns i gairebé no mengen.

12


6

Gambetes de riu (Cr)

Són omnívores. Necessiten aigües poc mineralitzades i amb abundant vegetació aquàtica.

Efemeròpters (Bètids) (I)

Les larves dels bètids viuen entre les pedres i la vegetació submergida. Són reptants i nedadores. Poden viure més d'un any i són herbívores. Els adults tenen 4 ales i 2-3 cues, viuen molt poc temps i no mengen.

Odonats (I)

En aquest grup hi ha els insectes que es coneixen vulgarment com espiadimonis. Les larves es desplacen pel substrat o entre la vegetació submergida, són carnívores i poden viure més d'un any. Els adults són carnívors i sempre volen prop de l'aigua.

Ancil (M)

Necessita aigües una mica riques en carbonats. Són herbívors brostejadors.

Bivalves (M)

Viuen en aigües amb poc corrent. Són filtradors.

Coleòpters (I)

A les aigües dolces hi ha coleòpters que passen totes les fases (larves i adults) a l'aigua i altres que només hi viuen durant una fase. Alguns són característics d'aigües tranquil·les i altres de ràpides. Generalment les larves es desplacen pel fons i els adults són nedadors. Respecte a l'alimentació n'hi ha d'herbívors i de carnívors.

5 Cucs de pèl (C)

Les larves viuen fixades al substrat mitjançant ungles o Dípters (Simúlids) xarxes de seda. Són filtradores. Els adults són mosques (I) negres. Les femelles xuclen sang i els mascles s'alimenten de sucs vegetals.

Escorpí d'aigua (I) Viu en aigües tranquil·les. És carnívor.

Hidra (Cd)

Són pòlips solitaris carnívors. Dins el seu cos poden tenir algues simbionts que els hi donen color verd.

13


5

Tricòpter sense capsa (I)

Les larves viuen fixades en el substrat mitjançant urpes i xarxes de seda. Són omnívores i mengen tot el que, arrossegat pel corrent, queda enganxat a la xarxa. Són molt tolerants a la contaminació. Els adults tenen quatre ales cobertes de pèls. Són de costums nocturns i gairebé no mengen.

Aranya d'aigua (A)

4

Àcar d'aigua (A)

Tenen una distribució molt àmplia i són molt tolerants davant de condicions diferents. Són carnívors.

Dípters (Ceratopogònids) (I)

Els adults són mosquits molt petits. Les femelles s'alimenten de sang i la seva picada és molt irritant. Les larves s'alimenten de matèria orgànica en descomposició (detritívores).

Dípters (Tipúlids) (I)

Les larves viuen al fons i s'alimenten de matèria en descomposició (detritívores). Els adults semblen mosquits molt grans però no piquen. Són llepadors.

Planàries (C)

Siàlids (I)

Barquers (I)

Cargol d'aigua (M) 3

Són cucs plans, no segmentats i carnívors. Les larves viuen dins dels sediments tous d’’aigües fresques i lentes. Són carnívores. Els adults tenen quatre ales que pleguen sobre l’’abdomen com una teulada. S’’alimenten de nèctar i pol·len.

Viuen en llacunes i aiguamolls. Són carnívors.

Viuen en aigües tranquil·les. Són detritívors.

Hidròmetra (I)

Viuen a la superfície de les aigües arrecerades. Són carnívors.

Isòpodes (Cr)

Viuen dins els sediments tous. D’’aigües més aviat temperades. Són detritívors.

14


3

2

Planorbis (M)

Viuen enterrats en substrats tous, sobretot entre les arrels de plantes submergides. Són detritívors.

Sabater (I)

Viuen a la superfície de les aigües arrecerades. Són carnívors.

Sangoneres (C)

Són cucs plans. Tenen ventoses a l'extrem del cos que serveixen per desplaçar-se i per enganxar-se a les preses. Són carnívores.

Dípters (Quironòmids) (I)

Les larves d'aquests dípters tenen hemoglobina en el seu medi intern. Viuen enterrades al sediment dins de petits tubs de fang. Són filtradores. Els adults viuen molt poc i no mengen.

Cucs (C)

Viuen enterrats en el sediment i són detritívors. Suporten graus de contaminació molt alts. No s'han de confondre amb els cucs de terra. Aquests no són aquàtics però necessiten viure en llocs molt humits perquè no tenen protecció contra la sequedat. És freqüent trobar-los en els marges fangosos dels rius i són detritívors.

Dípters (Culícids) (I)

Les larves viuen al fons i són filtradores. Els adults són mosquits. Les femelles piquen i s'alimenten de sang. Els mascles de sucs vegetals.

Dípters (Sírfids) (I)

Les larves poden viure en aigües gairebé anòxiques perquè respiren l'oxigen atmosfèric mitjançant el sifó extensible que tenen. Són carnívores. Els adults són mosques grosses, amb l'abdomen ratllat de groc i negre. S'alimenten de pol·len i nèctar.

1

A: aràcnids

C: cucs

Cd: cnidaris

Cr: crustacis

I: insectes

M: mol·luscs

15


TREBALL DE CAMP Material necessari Un flascó gran (uns 750 cc) de plàstic amb tapa Un flascó de Winkler Un tub de plàstic d’’uns 4 cc amb tap tres flascons petits (uns 100 cc) de plàstic amb tapa Pinzells I termòmetre

Metodologia Disseny del mostratge Heu de triar els punts on recollireu les mostres. Per fer-ho heu de tenir en compte el substrat geològic, les confluències dels barrancs laterals, els abocaments i també, l’’esforç i el cost en desplaçaments. Marqueu en el mapa de la pàgina 8 els punts escollits. En cada punt s’’han de fer les següents tasques:

Característiques del punt Nom: Data: Temperatura de l'aire:

Temperatura de l'aigua:

Descripció general del punt: Tipus de vegetació que hi ha a la ribera: Arbres

‰

Arbusts

‰

Herbes

‰

Absent

‰

Blocs rocosos a la llera: Molts

‰

Bastants

‰ 16

Pocs

‰

Cap ‰


Sediments negres: Presència

‰

Absència

‰

Transparència de l'aigua Molt

‰

Bastant

‰

Poc

‰

Gens

‰

Tipus de règim: Laminar

‰

Turbulent

‰

Altres observacions:

Recollida de mostres d’’aigua per a l’’analítica Netegeu els flascons i els taps i els ompliu d’’aigua tots excepte dos dels petits. El flascó de vidre s’’ha de tapar dins l’’aigua per tal que no hi quedin bombolles.

Recollida d’’organismes Ompliu els flascons restants amb aigua fins a la meitat. Serviran per guardar els organismes que agafeu. Els trobareu majoritàriament agafats a la part de sota de les pedres submergides, al sediment o entre la vegetació aquàtica. Ajudeu-vos amb el pinzell.

17


TREBALL DE LABORATORI Material necessari

MATERIAL DE VIDRE: Buretes, dispensadors, comptagotes, provetes, vasos de precipitats APARELLS: Conductivímetre, fotòmetre de flama, lupes binoculars, oximetre i pHmetre REACTIUS: Àcid sulfúric (concentrat i 0.01M), ataronjat de metil, cromat potàssic (5%), EDTA-Na2 (0.0025M), hidròxid sòdic (1M), murexida, nitrat de plata (0.01M), reactiu de Winkler, solució de midó al 2%, solucions tampó per a pH, solució indicadora de pH, sulfat manganós (48%), tiosulfat sòdic (0.0125M) ALTRES: Paper de filtre, pinzells, plaques de Petri, taules de classificació de macroinvertebrats

Tècniques analítiques Volumetries Són mètodes d’’anàlisi quantitatiu amb els que es determina la quantitat continguda

d’’una en

substància una

solució

mesurant el volum d’’una altra solució, coneguda,

de que

concentració reacciona

quantitativament amb ella. La solució de concentració coneguda, que s’’anomena solució valorada, s’’afegeix gota a gota, amb una bureta, a la solució que ha de ser 18


analitzada fins al final de la reacció. Aquesta operació s’’anomena valoració. El seu punt final es reconeix generalment utilitzant substàncies indicadores que canvien de color quan s’’ha assolit l’’equivalència però que no intervenen en la reacció. El volum de la solució valorada que s’’ha gastat per completar la reacció ens serveix per conèixer el volum de la substància problema. Analitzarem amb aquestes tècniques l’’alcalinitat, els clorurs, l’’oxigen dissolt i el calci.

Colorimetria També és un mètode quantitatiu amb el que es mesura la quantitat d’’una determinada substància en una solució analitzant el color d’’aquesta. El color de les solucions es deu a la presència d’’un ió colorat o d’’un compost obtingut per reacció química i la seva intensitat depèn de la concentració. Aquest color es compara amb solucions de referència de la mateixa substància i de concentració coneguda. La comparació es pot fer mitjançant observació directa o bé utilitzant aparells com el colorímetre o l’’espectrofotòmetre. Analitzarem amb colorimetria el pH (determinació visual). També es basen en aquestes tècniques l’’anàlisi del fòsfor (determinació amb espectrofotometria) i moltes de les analítiques amb ús de tests.

Fotometria de flama o fotometria d’’emissió atòmica L’’anàlisi dels ions dels metalls alcalins, Li+, Na+, K+, Cs+ , Rb+ era molt dificultós fins que es va tirar endavant aquesta tècnica. Aquests elements donen molt poques sals insolubles (per això difícilment es poden precipitar). Tampoc donen sals colorades i per aquest motiu no podem utilitzar mètodes colorimètrics. En canvi, pel seu potencial d’’ionització, els seus ions són fàcilment excitables pel calor. Si injectem ions sodi, potassi o liti a l’’interior d’’una flama de baixa temperatura (per 19


exemple butà i aire, d’’uns 1700º©) els ions s’’exciten i després, a l’’exterior de la flama i quan tornen al seu estat normal, donen un espectre d’’emissió característic: groc pel Na+, carmesí el Li+ i infraroig el K+ . Aquesta propietat és típica dels elements alcalins. Els ions del altres metalls necessitarien una flama més calenta, per exemple acetilè amb oxigen, de 3000ºC per a ser excitats. Per això, en injectar per polvorització una dissolució d’’aigua a una flama de butà I aire (1700ºC) ja eliminem de cop les interferències dels altres elements que no s’’exciten. Les interferències entre ells s’’eliminen mitjançant un filtre que és del mateix color que la flama, és a dir, groc per al sodi, infraroig per al potassi I carmesí per al liti. La intensitat del color de la flama es mesura amb un fotòmetre incorporat a l’’aparell el qual dóna una resposta elèctrica, generalment mil·livolts, proporcional a la concentració. A concentracions inferiors a 10 mg/l de sodi o potassi la resposta sol ser lineal. Analitzarem amb el fotòmetre aquests dos elements.

Amb aparells especials: conductivitat i oxigen.

20


Anàlisi química

Alcalinitat total L’’alcalinitat total, coneguda també com a duresa total, es defineix com la quantitat d'àcid invertit en la substitució dels carbonats i bicarbonats, generalment de calci i de magnesi, que porta l'aigua. S'expressa en mg de carbonat càlcic per litre d'aigua o en graus francesos (1ºF = 10 mg/l).

Tècnica analítica Determinarem l'alcalinitat total (AT) amb titulació amb un àcid fort (però molt diluït), fins que un indicador canviï la coloració. L'àcid és el sulfúric 0.01M. L'indicador és l'ataronjat de metil. Triem aquest indicador perquè vira a la zona àcida, a un pH entre 4.7 i 3.5. Ens interessa aquest pH baix perquè així tenim la seguretat que ja no hi ha bicarbonats. L'ataronjat de metil canvia de color groc taronja a rosat.

Metodologia 1. 2. 3. 4. 5.

Mesura amb una proveta 50 ml d’’aigua del flascó gran Diposita’’ls en un vas de precipitats de 200 ml Afegeix 5 gotes de solució alcohòlica d’’ataronjat de metil Enrasa la bureta que conté àcid sulfúric 0.01M Afegeix lentament l’’àcid, remenant contínuament, fins que observis un canvi de color (del groc al rosat)

Càlculs AT (mg/l)

=

ml H2SO4 x 2M x 1000 = ml H2SO4 x 20

AT (ºF)

=

AT (mg/l) / 10

AT =

mg/l

AT =

21

ºF


Carboni inorgànic El carboni inorgànic total és la suma del C procedent del CO2, H2CO3, H+CO3= i CO3=. Representa la reserva de carboni que tenen a disposició els vegetals aquàtics per portar a terme la fotosíntesi. És una variable imprescindible quan es vol fer estudis de producció primària. Amb l'ajut del gràfic estima el carboni inorgànic de la mostra. pH: AT (mg/l):

Carboni inorgànic =

mg/l

8.0 7.5 7.2

AT (mg/l)

250

7.0 6.8

225 200

6.5

175 150 125 100 75 50 25

0

6

12

18

24

36

30

42

mg/l de C inorgànic

22

48

54

60

66

pH


pH El pH de les aigües dolces acostuma a ser lleugerament alcalí. L'aigua ideal pel consum humà ha de tenir un pH proper a 7.5. L'aigua de mar té un pH proper a 8.2. El de l'aigua de pluja és lleugerament àcid, perquè les gotetes d'aigua, en el seu recorregut, es carreguen d'àcid carbònic procedent del CO2 atmosfèric.

Tècnica analítica Per a mesurar-lo farem servir un mètode colorimètric. Consisteix en preparar una sèrie de patrons, és a dir, de solucions de pH conegut, a les quals se'ls afegeixen dues

gotes de l'indicador mixt (format per la barreja a parts iguals de tres

substàncies indicadores: fenolftaleïna, roig de cresol i blau de bromotimol). Cada solució pren un determinat color, diferent de tots els altres, variant, poc a poc, del groc al lila. El color és estable més d'un any si no s'exposen a la llum directa del sol.

Metodologia Afegeix a la mostra d’’aigua del tub dues gotes de la solució indicadora mixta. Tapa’’l sacseja’’l bé, deixa’’l reposar dos o tres minuts i compara el color que pren amb els patrons per determinar el pH.

pH =

Clorurs A l'aigua de mar el ió clorur (Cl-) és el més abundant, amb concentracions típiques de 19 g/l. Les aigües dolces en solen contenir poc i rarament hi ha aigües dolces amb concentracions superiors a 1 g/l. Solament són riques en clorurs les aigües que discorren per conques de clima àrid i amb sediments salins. És a dir, en el contingut en clorurs té una gran importància el tipus de substrat per on discorren les aigües i no es pot considerar, en general, indicatiu de contaminació.

23


Tècnica analítica Els ions plata Ag+ precipiten quantitativament els ions Cl-, formant-se un precipitat de AgCl. Per mesurar els clorurs necessitarem una sal soluble de plata, el nitrat, naturalment en concentració coneguda, i un indicador. La concentració que farem anar pel nitrat de plata és la 0.01 M. L'indicador és el cromat potàssic. Aquesta sal dóna un color groc llimona a la dissolució. Quan s'ha acabat tot el clorur en la titulació, queden ions Ag+ lliures i es forma cromat de plata, de color vermellós. Quan el color comença a canviar interromprem la titulació.

Metodologia 1. Mesura 100 ml d’’aigua del flascó gran amb una proveta 2. Posa’’ls en un vas de precipitats de 200 ml 3. Afegeix 3 gotes de solució concentrada de cromat potàssic 4. Enrasa la bureta que conté la dissolució de nitrat de plata 0.01 M 5. Afegeix poc a poc el nitrat a la mostra fins que canviï de color

Càlculs mg/l de Cl- = ml de nitrat de plata gastats x M x PM (Cl-) x 1000 / ml (mostra) com M = 0.01

PM (Cl-) = 35.45

ml (mostra) = 100

mg/l de Cl- = ml de AgNO3 x 3.545

Clorurs =

24

mg/l


Oxigen dissolt Aquesta variable és de gran interès perquè el seu valor depèn de factors de suma importància en ecologia, com són la turbulència en la interfase aigua - aire, la respiració dels animals, la fotosíntesi i respiració dels vegetals i, fins i tot, l'activitat bacteriana en la descomposició de la matèria orgànica.

Tècnica analítica El mètode que utilitzarem és una volumetria indirecta, és a dir, el que mesurarem directament no és l'oxigen sinó el iode que s'allibera en una sèrie de reaccions. Així, en afegir la dissolució concentrada de sal manganosa (sulfat o clorur) i després el reactiu de Winkler (que és molt alcalí) es genera un pH bàsic i, en aquestes condicions, es forma un precipitat d'hidròxid manganós. L'oxigen de la mostra reacciona quantitativament amb aquest hidròxid donant un compost de Mn tetravalent. Si després acidifiquem el iodur del reactiu Winkler, es genera iode en quantitat equivalent a l'oxigen que hi havia a la mostra. El iode es valora amb tiosulfat sòdic en una volumetria "clàssica" (iodometria) en presència de midó. L'anàlisi consta de dues etapes ben diferenciades: la fixació de l'oxigen amb despreniment de iode (I2), i l'anàlisi d'aquest amb iodometria.

Metodologia 1. Al flascó de vidre de 300 ml per oxigen, afegeix 1 ml (12 gotes aproximadament) de sulfat manganós i 1 ml de reactiu de Winkler. 2. Tapa el flascó amb cura de manera que no quedi cap bombolla d’’aire a l’’interior. Sacseja’’l bé invertint-lo. 3. Quan tot el precipitat format ocupa el terç inferior del flascó torna a sacsejarlo. 4. Afegeix 1 ml d’’àcid sulfúric concentrat (unes 12 gotes). El medi àcid fa que es dissolgui el precipitat desprenent-se iode. Aquesta dissolució és ràpida si es va sacsejant el flascó. 5. Mesura 50 ml de la mostra amb una proveta i posa’’ls en un vas de precipitats. 6. Afegeix unes gotes de midó al 2%. La solució pren un color blau negrós. 7. Valora aquesta solució amb tiosulfat sòdic (0.0125M) fins que perdi el color blau i es torni incolora. 25


Càlculs ml O2 / l = ml de tiosulfat x 3.15

Oxigen =

ml/l

Aquesta expressió és vàlida solament quan el volum de mostra analitzada és de 50 ml i la molaritat del tiosulfat és exactament 0.0125 M. Per passar de ml/l a mg/l cal aplicar el factor de correcció de 1.43 que es dedueix de la relació entre el pes molecular i el volum molar de l’’oxigen (32/22.4). La solubilitat de l’’oxigen en aigua augmenta en disminuir la temperatura d’’aquesta. Per a corregir l'efecte de la temperatura donem una taula que ens permetrà calcular el tant per cent de saturació de l'aigua.

Càlculs Saturació d’’O2 =

% saturació = 100 x a / s

%

a = ml O2 / l s = saturació O2 / l (veure taula adjunta) Taula de solubilitat de saturació de l’’oxigen a l’’aigua ml/l d’’O2

S

ml/l d’’O2

S

dissolt

ml/l O2 dissolt ( )

dissolt

ml/l O2 dissolt ( )

10.00

8.80

11º

7.75

6.82

9.96

8.76

12º

7.58

6.67

9.68

8.52

13º

7.42

6.53

9.43

8.30

14º

7.26

6.39

9.19

8.09

15º

7.10

6.25

8.96

7.88

16º

6.69

5.89

8.73

7.68

17º

6.82

6.00

8.52

7.50

18º

6.68

5.88

8.31

7.31

19º

6.54

5.75

8.11

7.14

20º

6.42

5.65

10º

7.93

6.98

21º

6.29

5.53

temperatura

temperatura

( ) ml/l d’’O2 dissolt aplicant un factor de correcció de 0.88 sobre els valors de la columna de l’’esquerra per l’’alçada a la que es troba Barruera (1090 m).

26


Mesura de l'oxigen dissolt amb l'oximetre L'oximetre és un instrument amb tecnologia digital que dóna directament el contingut d'oxigen dissolt a l'aigua. Un elèctrode genera una tensió ( en mil·livolts) proporcional a l'oxigen dissolt. Aquesta és mesurada per un mil·livoltímetre digital. L'aparell disposa d'un mecanisme de calibratge que és una mica complex. Una vegada calibrat l'aparell (feina ja realitzada per un professor), introduir la sonda a la mostra i llegir directament la quantitat d'oxigen que ve donada en ml/l. Cal tenir en compte que l'aparell està dissenyat bàsicament pel treball de camp. Per tant la sonda es submergeix directament a l'aigua del riu.

Conductivitat Per mesurar-la utilitzarem el conductivímetre, el qual està format per una sonda i un indicador digital calibrat en microsiemens (PS) o mil·lisiemens (mS), segons l'escala. Un PS/cm és la conductivitat corresponent a una resistència de 1000000 ohms per cada cm, o sigui que cada cm lineal d'aigua tindria una resistència d'un milió d'ohms. En augmentar la salinitat, aquesta resistència disminueix, perquè augmenta la presència de ions capaços de conduir el corrent elèctric, i per tant, augmenta la conductivitat. Així doncs, la conductivitat ens donarà una idea de la quantitat de substàncies dissoltes que es troben a l'aigua.

Conductivitat =

PS/cm

Estima de la concentració total de soluts Per a conductivitats inferiors a 1000 PS: Soluts totals (mg/l) = 0.75 x conductivitat (PS)

Concentració de soluts =

27

mg/l


Sodi i potassi Els patrons Són necessaris per ajustar l'aparell dins els marges de concentració de les nostres mostres. La resposta de l'aparell no és linearment dependent de la concentració. Això només és cert per a baixes concentracions, per exemple fins 10 mg/l de Na+, pel fet què els ions interfereixen entre ells i l'energia emesa per uns pot ser absorbida per uns altres (lleis de Kirshov). Quan la concentració de ions és ja molt elevada, un increment posterior afectarà molt poc la intensitat de la flama. Per poder treballar en la zona lineal de la flama, serà necessari diluir amb aigua destil·lada quan ens adonem que som davant d'una aigua que pot presentar una concentració elevada de Na+, K+ o Li+, per exemple realitzant abans la prova de la conductivitat. Caldrà disposar de patrons fins a 10 mg/l de Na+ (per exemple 0.5, 1, 2, 2.5, 5, 7.5 i 10 mg /l), pel K+ fins a 5 mg/l repartits també en quatre o cinc patrons. Els patrons s'obtenen diluint una solució coneguda de garantia.

Metodologia 1. Engega l’’aparell. Automàticament s’’engega el compressor d’’aire i s’’obren totes les vàlvules de gas i un tyristor fa saltar unes xispes que encenen la flama. 2. Posa el punt decimal al seu lloc amb ““decimal point””. Posa el filtre a la posició de l’’element a analitzar. 3. Calibra l’’aparell: ajusta a 00.0 amb el botó ““blank””. El display ha de marcar 00.0 quan no hi entra mostra (sonda a l’’aire) o quan hi entri aigua destil·lada. 4. Introdueix la sonda al recipient del patró escollit, el de 2 mg/l per al sodi i el de 5 mg/l per al potassi. Ajusta el display a 02.0 o a 05.0 segons el cas. 5. Torna a ajustar a 00.0 si el display marca + o –– quan la sonda està a l’’aire. Si s’’ha de tocar molt l’’ajustament, s’’ha de repetir el punt 4. 6. L’’aparell queda ajustat per a l’’element. Posa la mostra d’’un flascó petit sota la sonda i llegeix al display. Aquest indica la concentració en la mateixa unitat que el patró. 7. Introdueix la sonda en l’’aigua destil·lada abans de passar d’’una mostra a una altra. 28


Sodi =

mg/l

Potassi =

mg/l

1

10 2

8 11

3 9

12 18 17

14 7

19 5

6

15

4 16

13 20

Figura 3: esquema del fotòmetre de flama: 1) selector de filtres, 2) display digital, 3) finestra per observar la flama, 4) regulador del gas, 5) regulador-ajustador de blancs (botó ““blank””), 6) ajustador de la sensibilitat, 7) ajustador fi de la sensibilitat, 8) selector del punt decimal (decimal point), 9) interruptor d’’encesa, 10) indicador de funcionament, 11) indicador de flama encesa, 12) fixació del nebulitzador, 13) nebulitzador, 14) cambra de nebulització, 15) canonada del gas, 16) canonada de l’’aire, 17) tub en U, 18) desguàs, 19) tub aspirador, 20) patró de calibratge.

29


Calci El calci és un dels elements més abundants a l'escorça de la Terra representant un 3.6 % del total. La major part d'aquesta quantitat es troba en els silicats de les roques ígnies (principalment plagioclases càlciques). Només una petita part és constitutiva de les roques carbonàtiques, però com aquestes són molt més solubles, gran part del calci que es troba a les aigües dolces prové d'aquestes roques.

Tècnica analítica En aquest cas fem anar també una tècnica volumètrica. La sal disòdica de l'àcid etilen-diamino-tetracètic (EDTA) té la propietat de "segrestar" ions, especialment divalents. Si a una dissolució d'ions calci, a un pH determinat, hi afegim una solució de la sal disòdica d'EDTA, a mesura que l'anem afegint els ions calci van quedant retinguts per les molècules de l'EDTA formant un complex tan estable que els ions calci " es com si no hi fossin". Fins a l'extrem que els indicadors específics del calci donen negatiu si la quantitat d'EDTA és suficient per emmascarar tots els ions calci. Necessitarem, per tant una dissolució valorada d'EDTA-Na2. Un indicador específic pel calci, la murexida o el calcon, i un controlador de pH (treballarem a pH molt alcalí), que pot ser una solució d'hidròxid sòdic 1 M, per precipitar el Mg++ que interfereix.

Metodologia 1. Mesura 50 ml d’’aigua del flascó gran amb una proveta i posa’’ls en un vas de precipitats de 200 ml. 2. Afegeix 10 ml de solució 1M d’’hidròxid sòdic (NaOH). 3. Afegeix una punta d’’espàtula de murexida. 4. Enrasa la bureta que conté una dissolució d’’EDTA-Na2 (0.0025M). 5. Valora lentament fins al viratge (del rosa al violeta). El viratge ha de ser total, és a dir, el color final completament violeta.

30


Càlculs mg/l de Ca++ = ml EDTA x M x P atòmic Ca x 1000 / ml mostra mg/l de Ca++ = ml EDTA x 0.0025 x 40 x 1000 / 50 Ca++ (mg/l) = 2 x ml EDTA

Calci =

mg/l

Magnesi Element molt abundant a la Terra on forma part dels silicats ferromagnesians i de les roques sedimentàries carbonàtiques. En aquestes moltes vegades constitueix una sèrie isomòrfica amb el calci (calcita –– dolomita) és a dir, el magnesi va substituint el calci en el procés conegut com dolomitització. A les aigües continentals és freqüent trobar relacions calci: magnesi que van de 3:1 a 4:1.

Tècnica analítica Com que ja hem calculat l’’alcalinitat expressada en carbonat càlcic (en realitat és la suma de carbonats) i el calci, es pot fer una estima de la quantitat de Mg++ amb l’’expressió: Mg++ = 0.288 (AT –– 2.5 x Ca++) Aquesta relació és vàlida només per aigües continentals poc mineralitzades (com les de la conca de la Noguera de Tor) i no massa riques en sulfats.

Càlculs Mg++ (mg/l) = 0.288 (AT –– 2.5 x Ca++) AT ++

Ca

= alcalinitat total expressada en mg / l = calci expressat en mg / l Magnesi =

31

mg/l


Fosfats El fòsfor és el nutrient més limitant a les aigües. L’’única forma mineral en què es presenta és el ió fosfat trivalent. A les roques ígnies el fòsfor és relativament abundant, formant part de l’’apatit. A la conca de la Noguera de Tor, les granodiorites de la zona superior són relativament riques en aquest element (poden contenir fins un 2% d’’apatit). A les aigües no contaminades per matèria orgànica, el fòsfor es troba en concentracions molt baixes (pràcticament indetectables amb el present mètode). Serà doncs un indicador de contaminació orgànica i fecal, per la seva abundància en les restes d’’aliments i substàncies fecals.

Tècnica analítica Utilitzarem el mètode conegut com el dels blau de molibdè. Consisteix en tractar la mostra amb una dissolució de molibdat amònic en medi àcid, seguit d’’un tractament reductor amb clorur estannós. La solució pren una coloració blava, la intensitat de la qual és proporcional a la concentració de fosfats fins a 1 mg/l de fòsfor (en forma de fosfat). La coloració s’’analitza per espectrofotometria. Abans de passar les mostres per l’’espectrofotòmetre, cal calibrar-lo amb un blanc fet amb aigua destil·lada i reactius (12 gotes de reactiu A i 6 gotes de reactiu B).

Metodologia 1. Mesura 10 ml d’’aigua del flascó gran amb una proveta i posa’’ls en un col·lector. 2. Afegeix 12 gotes de reactiu A 3. Remena bé i espera 1 minut 4. Afegeix 6 gotes de reactiu B 5. Als 5 minuts, llegeix a l’’espectrofotòmetre a 700 nm

Càlculs Si A és l’’absorbància llegida:

P =

P (mg / l) = 2.36 x A 32

mg/l


Analítica amb tests Actualment hi ha una gran oferta per poder fer anàlisis químiques amb l’’ús de tests colorimètrics ja preparats per diferents empreses relacionades amb el control de la qualitat de les aigües. Us en proposem alguns que poden ser útils per fer analítiques específiques de determinades aigües.

Clor residual Serveix per analitzar la presència d’’aquest element en aigües de consum i en les de piscines. S’’utilitza generalment el test de l’’ortotolidina. Aquesta substància, en presència de clor i en medi àcid, dóna un color groc susceptible de ser analitzat visualment o bé amb un espectofotòmetre analitzant en la banda de 430 nm.

Sulfurs Les aigües potables no n’’han de contenir en absolut. La seva presència es deu sempre a contaminació domèstica o industrial. Pot ser interessant analitzar-los quan se sospita la seva presència per la seva característica olor.

Nitrits Generalment, els ambients aquàtics són oxidants i l’’aigua conté nitrats, que poden procedir dels substrat geològic pel qual circula l’’aigua (sòls guixencs, per exemple) o bé són d’’origen domèstic per oxidació de la matèria orgànica. En general, l’’aigua no conté nitrits. Quan hi són presents es pot sospitar la presència d’’enterobacteris, perquè aquest transformen els nitrats presents a l’’aigua en nitrits.

33


La prova de detecció de nitrits és molt més sensible que la de nitrats. El test que us proposem es coneix com el mètode de la sulfanilamida. En ambient àcid, els ions nitrit es combinen amb aquesta substància doanat una sal diazònica la qual, en presència de naftalina, pren un color vermell violaci. La intensitat de color està relacionada amb la concentració de nitrits.

Observació i classificació d’’organismes

1. Disposa els organismes trobats en una safata de plàstic. 2. Observa'ls detingudament i un per un amb l'ajut de la lupa binocular (no posis mai l'organisme directament damunt la platina, sinó en una de les peces d'una placa de Petri). 3. Classifica'ls amb ajut de la taula dicotòmica de classificació d'invertebrats d'aigua dolça. 4. Anota els índexs biològics dels organismes trobats a la taula de resultats II i fes la mitjana dels valors obtinguts per determinar la qualitat de l'aigua.

34


Taula de resultats I Punts de mostratge

Variables

1

2

3

4

5

6

7

8

Temperatura 潞C Alcalinitat (mg/l) Carboni inorg. (mg/l) pH Clorurs (mg/l) Oxigen dissolt (ml/l) % saturaci贸 O2 Conductivitat (PS) Sodi (mg/l) Potassi (mg/l) Calci (mg/l) Magnesi (mg/l) Soluts totals (mg/l)

Identificaci贸 dels punts de mostratge 1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

35

9

10


Taula de resultats II Punts de mostratge

Organismes

1

2

3

4

Índex biològic mitjà 36

5

6

7

8

9

10


Conclusions

37


Generalitat de Catalunya Departament d’’Educació

38


hidrogeologia CdA