Monitoreo ambiental

El monitoreo ambiental describe los procesos y actividades que deben llevarse a cabo para caracterizar y monitorear la calidad del medio ambiente. El monitoreo ambiental se utiliza en la preparación de evaluaciones de impacto ambiental, así como en muchas circunstancias en las que las actividades humanas conllevan un riesgo de efectos nocivos en el medio ambiente natural. Todas las estrategias y programas de monitoreo tienen razones y justificaciones que a menudo están diseñadas para establecer el estado actual de un medio ambiente o para establecer tendencias en los parámetros ambientales. En todos los casos, los resultados del seguimiento serán revisados, analizados estadísticamente y publicados. Por lo tanto, el diseño de un programa de monitoreo debe tener en cuenta el uso final de los datos antes de que comience el monitoreo.

El monitoreo ambiental incluye el monitoreo de la calidad del aire, los suelos y la calidad del agua.

Monitoreo de la calidad del aire

Los contaminantes del aire son sustancias atmosféricas, tanto naturales como antropogénicas, que pueden tener un impacto negativo en el medio ambiente y la salud de los organismos. Con la evolución de nuevos productos químicos y procesos industriales ha llegado la introducción o elevación de contaminantes en la atmósfera, así como la investigación y las regulaciones ambientales, aumentando la demanda de monitoreo de la calidad del aire.

El monitoreo de la calidad del aire es un desafío de promulgar, ya que requiere la integración efectiva de múltiples fuentes de datos ambientales, que a menudo se originan en diferentes redes e instituciones ambientales. Estos desafíos requieren equipos y herramientas de observación especializados para establecer las concentraciones de contaminantes del aire, incluidas redes de sensores, modelos de sistemas de información geográfica (GIS) y el Servicio de observación de sensores (SOS), un servicio web para consultar datos de sensores en tiempo real.Los modelos de dispersión del aire que combinan datos topográficos, de emisiones y meteorológicos para predecir las concentraciones de contaminantes del aire suelen ser útiles para interpretar los datos de monitoreo del aire. Además, la consideración de los datos del anemómetro en el área entre las fuentes y el monitor a menudo brinda información sobre la fuente de los contaminantes del aire registrados por un monitor de contaminación del aire.

Los monitores de calidad del aire son operados por ciudadanos, agencias reguladoras e investigadores para investigar la calidad del aire y los efectos de la contaminación del aire. La interpretación de los datos de monitoreo del aire ambiental a menudo implica una consideración de la representatividad espacial y temporal de los datos recopilados y los efectos en la salud asociados con la exposición a los niveles monitoreados. Si la interpretación revela concentraciones de múltiples compuestos químicos, del análisis de los datos puede surgir una "huella digital química" única de una fuente particular de contaminación del aire.

Muestreo de aire

El muestreo de aire pasivo o "difusivo" depende de las condiciones meteorológicas, como el viento, para difundir los contaminantes del aire en un medio adsorbente. Los muestreadores pasivos, como los tubos de difusión, tienen la ventaja de ser pequeños, silenciosos y fáciles de implementar, y son especialmente útiles en los estudios de calidad del aire que determinan áreas clave para el monitoreo continuo en el futuro.

La contaminación del aire también se puede evaluar mediante el biomonitoreo con organismos que bioacumulan contaminantes del aire, como líquenes, musgos, hongos y otra biomasa. Uno de los beneficios de este tipo de muestreo es cómo se puede obtener información cuantitativa a través de mediciones de compuestos acumulados, representativos del entorno del que provienen. Sin embargo, se deben hacer consideraciones cuidadosas al elegir el organismo en particular, cómo se dispersa y la relevancia para el contaminante.

Otros métodos de muestreo incluyen el uso de un denudador, dispositivos de trampa de agujas y técnicas de microextracción.

Monitoreo de suelos

El monitoreo del suelo involucra la recolección y/o análisis del suelo y su calidad asociada, constituyentes y estado físico para determinar o garantizar su idoneidad para el uso. El suelo enfrenta muchas amenazas, que incluyen compactación, contaminación, pérdida de materia orgánica, pérdida de biodiversidad, problemas de estabilidad de pendientes, erosión, salinización y acidificación. El monitoreo del suelo ayuda a caracterizar estas amenazas y otros riesgos potenciales para el suelo, los entornos circundantes, la salud animal y la salud humana.

Evaluar estas amenazas y otros riesgos para el suelo puede ser un desafío debido a una variedad de factores, incluida la heterogeneidad y complejidad del suelo, la escasez de datos de toxicidad, la falta de comprensión del destino de un contaminante y la variabilidad en los niveles de detección del suelo. Esto requiere un enfoque de evaluación de riesgos y técnicas de análisis que prioricen la protección ambiental, la reducción de riesgos y, si es necesario, los métodos de remediación. El monitoreo del suelo juega un papel importante en esa evaluación de riesgos, no solo ayudando en la identificación de áreas afectadas y en riesgo, sino también en el establecimiento de valores básicos de fondo del suelo.

Históricamente, el monitoreo del suelo se ha centrado en condiciones y contaminantes más clásicos, incluidos elementos tóxicos (p. ej., mercurio, plomo y arsénico) y contaminantes orgánicos persistentes (COP). Sin embargo, históricamente, las pruebas para estos y otros aspectos del suelo han tenido su propio conjunto de desafíos, ya que el muestreo en la mayoría de los casos es de naturaleza destructiva y requiere múltiples muestras a lo largo del tiempo. Además, pueden introducirse errores analíticos y de procedimiento debido a la variabilidad entre las referencias y los métodos, especialmente a lo largo del tiempo. Sin embargo, a medida que evolucionan las técnicas analíticas y se difunden los nuevos conocimientos sobre los procesos ecológicos y los efectos de los contaminantes, es probable que el enfoque del monitoreo se amplíe con el tiempo y la calidad del monitoreo continúe mejorando.

Muestreo de suelo

Los dos tipos principales de muestreo de suelo son el muestreo manual y el muestreo compuesto. El muestreo manual implica la recolección de una muestra individual en un momento y lugar específicos, mientras que el muestreo compuesto implica la recolección de una mezcla homogeneizada de múltiples muestras individuales en un lugar específico durante diferentes momentos o en múltiples ubicaciones en un momento específico. El muestreo del suelo puede ocurrir tanto a nivel del suelo poco profundo como en lo profundo del suelo, y los métodos de recolección varían según el nivel de recolección. Palas, barrenas, sacatestigos, muestreadores de tubo sólido y otras herramientas se utilizan en niveles de suelo poco profundos, mientras que los métodos de tubo dividido, tubo sólido o hidráulico se pueden utilizar en terrenos profundos.

Programas de seguimiento

Monitoreo de la contaminación del suelo

El monitoreo de la contaminación del suelo ayuda a los investigadores a identificar patrones y tendencias en la deposición, el movimiento y el efecto de los contaminantes. Las presiones humanas como el turismo, la actividad industrial, la expansión urbana, el trabajo de construcción y las prácticas agrícolas/forestales inadecuadas pueden contribuir y empeorar la contaminación del suelo y hacer que el suelo se vuelva inadecuado para el uso previsto. Tanto los contaminantes inorgánicos como los orgánicos pueden llegar al suelo y tener una amplia variedad de efectos perjudiciales. Por lo tanto, el monitoreo de la contaminación del suelo es importante para identificar áreas de riesgo, establecer líneas de base e identificar zonas contaminadas para remediación. Los esfuerzos de monitoreo pueden variar desde granjas locales hasta esfuerzos a nivel nacional, como los realizados por China a fines de la década de 2000,proporcionando detalles tales como la naturaleza de los contaminantes, su cantidad, efectos, patrones de concentración y factibilidad de remediación. Los equipos de monitoreo y análisis tendrán idealmente altos tiempos de respuesta, altos niveles de resolución y automatización, y un cierto grado de autosuficiencia. Las técnicas químicas pueden usarse para medir elementos tóxicos y COP mediante cromatografía y espectrometría, las técnicas geofísicas pueden evaluar las propiedades físicas de grandes terrenos y las técnicas biológicas pueden usar organismos específicos para medir no solo el nivel de contaminantes sino también los subproductos de la biodegradación de contaminantes. Estas técnicas y otras se están volviendo cada vez más eficientes, y la instrumentación de laboratorio se está volviendo más precisa, lo que genera resultados de monitoreo más significativos.

Monitoreo de la erosión del suelo

El monitoreo de la erosión del suelo ayuda a los investigadores a identificar patrones y tendencias en el movimiento del suelo y los sedimentos. Los programas de monitoreo han variado a lo largo de los años, desde investigaciones académicas a largo plazo en terrenos universitarios hasta estudios basados ​​en reconocimiento de áreas biogeoclimáticas. Sin embargo, en la mayoría de los métodos, el enfoque general es identificar y medir todos los procesos de erosión dominantes en un área determinada. Además, el monitoreo de la erosión del suelo puede intentar cuantificar los efectos de la erosión en la productividad de los cultivos, aunque es un desafío "debido a las muchas complejidades en la relación entre los suelos y las plantas y su manejo en un clima variable".

Monitoreo de la salinidad del suelo

El monitoreo de la salinidad del suelo ayuda a los investigadores a identificar patrones y tendencias en el contenido de sal del suelo. Tanto el proceso natural de intrusión de agua de mar como los procesos inducidos por el hombre de la gestión inadecuada del suelo y el agua pueden provocar problemas de salinidad en el suelo, con hasta mil millones de hectáreas de tierra afectadas en todo el mundo (a partir de 2013). El monitoreo de la salinidad a nivel local puede observar de cerca la zona de la raíz para medir el impacto de la salinidad y desarrollar opciones de gestión, mientras que a nivel regional y nacional el monitoreo de la salinidad puede ayudar a identificar áreas en riesgo y ayudar a los legisladores a abordar el problema antes de que se propague.El proceso de monitoreo en sí puede realizarse utilizando tecnologías como la detección remota y los sistemas de información geográfica (SIG) para identificar la salinidad a través del verdor, el brillo y la blancura a nivel de la superficie. El análisis directo del suelo de cerca, incluido el uso de técnicas de inducción electromagnética, también se puede utilizar para controlar la salinidad del suelo.

Monitoreo de la calidad del agua

Diseño de programas de vigilancia ambiental

El monitoreo de la calidad del agua es de poca utilidad sin una definición clara e inequívoca de las razones para el monitoreo y los objetivos que satisfará. Casi todo el monitoreo (excepto quizás la teledetección) es en parte invasivo del medio ambiente bajo estudio y el monitoreo extenso y mal planificado conlleva un riesgo de daño al medio ambiente. Esta puede ser una consideración crítica en áreas silvestres o al monitorear organismos muy raros o aquellos que son reacios a la presencia humana. Algunas técnicas de seguimiento, como la pesca con redes de enmalle para estimar las poblaciones, pueden ser muy dañinas, al menos para la población local y también pueden degradar la confianza del público en los científicos que llevan a cabo el seguimiento.

Casi todos los principales proyectos de monitoreo ambientalista forman parte de una estrategia de monitoreo o campo de investigación general, y estos campos y estrategias se derivan de los objetivos o aspiraciones de alto nivel de una organización. A menos que los proyectos de monitoreo individuales encajen en un marco estratégico más amplio, es poco probable que se publiquen los resultados y se perderá la comprensión ambiental producida por el monitoreo.

Parámetros

ver también Parámetros de calidad ambiental de agua dulce

Químico

El rango de parámetros químicos que tienen el potencial de afectar cualquier ecosistema es muy amplio y en todos los programas de monitoreo es necesario apuntar a un conjunto de parámetros basados ​​en el conocimiento local y prácticas pasadas para una revisión inicial. La lista puede ampliarse o reducirse en función del desarrollo de conocimientos y el resultado de las encuestas iniciales.

Los entornos de agua dulce se han estudiado ampliamente durante muchos años y existe una sólida comprensión de las interacciones entre la química y el medio ambiente en gran parte del mundo. Sin embargo, a medida que se desarrollen nuevos materiales y surjan nuevas presiones, será necesario revisar los programas de monitoreo. En los últimos 20 años, la lluvia ácida, los análogos de hormonas sintéticas, los hidrocarburos halogenados, los gases de efecto invernadero y muchos otros han requerido cambios en las estrategias de monitoreo.

Biológico

En el monitoreo ecológico, la estrategia y el esfuerzo de monitoreo están dirigidos a las plantas y los animales en el ambiente bajo revisión y son específicos para cada estudio individual.

Sin embargo, en un monitoreo ambiental más generalizado, muchos animales actúan como indicadores sólidos de la calidad del medio ambiente que están experimentando o han experimentado en el pasado reciente. Uno de los ejemplos más conocidos es el seguimiento del número de peces salmónidos, como la trucha marrón o el salmón del Atlántico, en sistemas fluviales y lagos para detectar tendencias lentas en efectos ambientales adversos. La fuerte disminución de las poblaciones de peces salmónidos fue uno de los primeros indicios del problema que más tarde se conoció como lluvia ácida.

En los últimos años se ha prestado mucha más atención a un enfoque más holístico en el que la salud del ecosistema se evalúa y se utiliza como herramienta de seguimiento en sí misma. Es este enfoque el que sustenta los protocolos de seguimiento de la Directiva Marco del Agua en la Unión Europea.

Radiológico

La vigilancia de la radiación implica la medición de la dosis de radiación o la contaminación por radionúclidos por motivos relacionados con la evaluación o el control de la exposición a la radiación ionizante o sustancias radiactivas, y la interpretación de los resultados. La 'medición' de la dosis a menudo significa la medición de una cantidad de dosis equivalente como sustituto (es decir, sustituto) de una cantidad de dosis que no se puede medir directamente. Además, el muestreo puede estar involucrado como un paso preliminar a la medición del contenido de radionucleidos en medios ambientales. Los detalles metodológicos y técnicos del diseño y funcionamiento de programas y sistemas de vigilancia para diferentes radionucleidos, medios ambientales y tipos de instalaciones figuran en la Guía de seguridad RS-G-1.8 del OIEA y en el Informe de seguridad No. 64 del OIEA.

El monitoreo de la radiación a menudo se lleva a cabo utilizando redes de sensores fijos y desplegables, como Radnet de la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. y la red SPEEDI en Japón. Organizaciones como el Equipo de apoyo de emergencia nuclear también realizan estudios aerotransportados.

Microbiológico

Las bacterias y los virus son los grupos de organismos microbiológicos más comúnmente monitoreados e incluso estos solo son de gran relevancia cuando el agua en el medio acuático se utiliza posteriormente como agua potable o donde se practica la recreación de contacto con el agua, como la natación o el piragüismo.

Si bien los patógenos son el principal foco de atención, el principal esfuerzo de monitoreo casi siempre se dirige a especies indicadoras mucho más comunes, como Escherichia coli, complementado con recuentos generales de bacterias coliformes. La lógica detrás de esta estrategia de monitoreo es que la mayoría de los patógenos humanos se originan en otros humanos a través de la corriente de aguas residuales. Muchas plantas de tratamiento de aguas residuales no tienen una etapa final de esterilización y, por lo tanto, descargan un efluente que, aunque tiene un aspecto limpio, todavía contiene muchos millones de bacterias por litro, la mayoría de las cuales son bacterias coliformes relativamente inofensivas. Contar el número de bacterias de aguas residuales inofensivas (o menos dañinas) permite hacer un juicio sobre la probabilidad de que esté presente un número significativo de bacterias o virus patógenos. DóndeLos niveles de E. coli o coliformes exceden los valores de activación preestablecidos, luego se inicia un monitoreo más intensivo que incluye un monitoreo específico para especies patógenas.

Poblaciones

Las estrategias de seguimiento pueden producir respuestas engañosas cuando se basan en recuentos de especies o la presencia o ausencia de organismos particulares si no se tiene en cuenta el tamaño de la población. Comprender la dinámica de las poblaciones de un organismo que se está monitoreando es fundamental.

Por ejemplo, si la presencia o ausencia de un organismo en particular dentro de un cuadrado de 10 km es la medida adoptada por una estrategia de monitoreo, entonces una reducción de la población de 10,000 por cuadrado a 10 por cuadrado pasará desapercibida a pesar del impacto muy significativo experimentado por el organismo..

Programas de seguimiento

Todo el monitoreo ambiental científicamente confiable se realiza de acuerdo con un programa publicado. El programa puede incluir los objetivos generales de la organización, referencias a las estrategias específicas que ayudan a lograr el objetivo y detalles de proyectos o tareas específicos dentro de esas estrategias. La característica clave de cualquier programa es la lista de lo que se está monitoreando y cómo se realiza ese monitoreo. a tener lugar y la escala de tiempo en la que todo debe suceder. Por lo general, ya menudo como un apéndice, un programa de monitoreo proporcionará una tabla de ubicaciones, fechas y métodos de muestreo que se proponen y que, si se llevan a cabo en su totalidad, entregarán el programa de monitoreo publicado.

Hay una serie de paquetes de software comerciales que pueden ayudar con la implementación del programa, monitorear su progreso y señalar inconsistencias u omisiones, pero ninguno de ellos puede proporcionar el bloque de construcción clave que es el programa en sí.

Sistemas de gestión de datos de monitoreo ambiental

Dados los múltiples tipos y el aumento de los volúmenes y la importancia de los datos de monitoreo, los sistemas de gestión de datos ambientales (EDMS) o E-MDMS de software comercial son cada vez más comunes en las industrias reguladas. Proporcionan un medio para administrar todos los datos de monitoreo en un solo lugar central. La validación de calidad, la verificación del cumplimiento, la verificación de que se han recibido todos los datos y el envío de alertas generalmente están automatizados. La funcionalidad típica de interrogación permite la comparación de conjuntos de datos tanto temporal como espacialmente. También generarán informes regulatorios y de otro tipo.

Existe un esquema de certificación formal específicamente para el software de gestión de datos ambientales. Esto lo proporciona la Agencia de Medio Ambiente del Reino Unido bajo su Esquema de Certificación de Monitoreo (MCERTS).

Métodos de muestreo

Existe una amplia gama de métodos de muestreo que dependen del tipo de entorno, el material que se está muestreando y el posterior análisis de la muestra. En su forma más simple, una muestra puede ser llenar una botella limpia con agua de río y enviarla para un análisis químico convencional. En el extremo más complejo, los datos de muestra pueden ser producidos por dispositivos de detección electrónicos complejos que toman submuestras durante períodos de tiempo fijos o variables.

Los métodos de muestreo incluyen el muestreo de juicio, el muestreo aleatorio simple, el muestreo estratificado, el muestreo sistemático y en cuadrícula, el muestreo por conglomerados adaptativo, las muestras al azar, el monitoreo semicontinuo y el muestreo pasivo continuo, la vigilancia remota, la teledetección, el biomonitoreo y otros métodos de muestreo.

Muestreo de juicio

En el muestreo de juicio, la selección de unidades de muestreo (es decir, el número y la ubicación y/o el momento de la recolección de muestras) se basa en el conocimiento de la característica o condición que se investiga y en el juicio profesional. El muestreo por juicio se distingue del muestreo basado en la probabilidad en que las inferencias se basan en el juicio profesional, no en la teoría científica estadística. Por lo tanto, las conclusiones sobre la población objetivo son limitadas y dependen completamente de la validez y precisión del juicio profesional; Las declaraciones probabilísticas sobre los parámetros no son posibles. Como se describe en los capítulos siguientes, el juicio de expertos también se puede usar junto con otros diseños de muestreo para producir un muestreo efectivo para decisiones defendibles.

Muestreo aleatorio simple

En el muestreo aleatorio simple, las unidades de muestreo particulares (por ejemplo, ubicaciones y/o tiempos) se seleccionan usando números aleatorios, y todas las selecciones posibles de un número dado de unidades son igualmente probables. Por ejemplo, se puede tomar una muestra aleatoria simple de un conjunto de tambores numerando todos los tambores y seleccionando aleatoriamente números de esa lista o muestreando un área usando pares de coordenadas aleatorias. Este método es fácil de entender y las ecuaciones para determinar el tamaño de la muestra son relativamente sencillas. El muestreo aleatorio simple es más útil cuando la población de interés es relativamente homogénea; es decir, no se esperan patrones importantes de contaminación o “puntos calientes”. Las principales ventajas de este diseño son:

1. Proporciona estimaciones estadísticamente imparciales de la media, las proporciones y la variabilidad.
2. Es fácil de entender y fácil de implementar.
3. Los cálculos del tamaño de la muestra y el análisis de datos son muy sencillos.

En algunos casos, la implementación de una muestra aleatoria simple puede ser más difícil que otros tipos de diseños (por ejemplo, muestras en cuadrícula) debido a la dificultad de identificar con precisión ubicaciones geográficas aleatorias. Además, el muestreo aleatorio simple puede ser más costoso que otros planes si las dificultades para obtener muestras debido a la ubicación provocan un gasto de esfuerzo adicional.

Muestreo estratificado

En el muestreo estratificado, la población objetivo se separa en estratos que no se superponen, o subpoblaciones que se sabe o se piensa que son más homogéneas (en relación con el medio ambiental o el contaminante), de modo que tiende a haber menos variación entre las unidades de muestreo en el muestreo. mismo estrato que entre unidades de muestreo en diferentes estratos. Los estratos pueden elegirse sobre la base de la proximidad espacial o temporal de las unidades, o sobre la base de información preexistente o juicio profesional sobre el sitio o proceso. Las ventajas de este diseño de muestreo son que tiene potencial para lograr una mayor precisión en las estimaciones de la media y la varianza, y que permite calcular estimaciones confiables para subgrupos de población de especial interés.

Muestreo sistemático y en cuadrícula

En el muestreo sistemático y en cuadrícula, las muestras se toman a intervalos espaciados regularmente en el espacio o el tiempo. Se elige una ubicación o tiempo inicial al azar, y luego se definen las ubicaciones de muestreo restantes para que todas las ubicaciones estén a intervalos regulares sobre un área (cuadrícula) o tiempo (sistemático). Ejemplos Muestreo de cuadrícula sistemática: cuadrícula cuadrada Muestreo de cuadrícula sistemática: cuadrículas triangulares Las cuadrículas sistemáticas incluyen cuadrículas cuadradas, rectangulares, triangulares o radiales. Cressie, 1993. En el muestreo sistemático aleatorio, se elige al azar una ubicación (o momento) de muestreo inicial y se especifican los sitios de muestreo restantes para que se ubiquen de acuerdo con un patrón regular. El muestreo sistemático aleatorio se utiliza para buscar puntos calientes y para inferir medias, percentiles u otros parámetros y también es útil para estimar patrones espaciales o tendencias a lo largo del tiempo.

El muestreo de conjuntos clasificados es un diseño innovador que puede ser muy útil y rentable para obtener mejores estimaciones de los niveles medios de concentración en el suelo y otros medios ambientales al incorporar explícitamente el juicio profesional de un investigador de campo o un método de medición de detección de campo para elegir ubicaciones de muestreo específicas. en el campo. El muestreo de conjuntos clasificados utiliza un diseño de muestreo de dos fases que identifica conjuntos de ubicaciones de campo, utiliza mediciones económicas para clasificar las ubicaciones dentro de cada conjunto y luego selecciona una ubicación de cada conjunto para el muestreo. En el muestreo de conjuntos clasificados, m conjuntos (cada uno de tamaño r) de ubicaciones de campo se identifican mediante un muestreo aleatorio simple. Las ubicaciones se clasifican de forma independiente dentro de cada conjunto utilizando el criterio profesional o mediciones económicas, rápidas o sustitutas. Luego se selecciona una unidad de muestreo de cada conjunto (basado en los rangos observados) para la medición posterior utilizando un método más preciso y confiable (por lo tanto, más costoso) para el contaminante de interés. En relación con el muestreo aleatorio simple, este diseño da como resultado muestras más representativas y, por lo tanto, conduce a estimaciones más precisas de los parámetros de la población. El muestreo de conjuntos clasificados es útil cuando el costo de ubicar y clasificar ubicaciones en el campo es bajo en comparación con las mediciones de laboratorio. También es apropiado cuando se dispone de una variable auxiliar económica (basada en el conocimiento o la medición de expertos) para clasificar las unidades de población con respecto a la variable de interés. Para usar este diseño de manera efectiva, es importante que el método de clasificación y el método analítico estén fuertemente correlacionados.

Muestreo adaptativo por conglomerados

En el muestreo por conglomerados adaptativo, las muestras se toman utilizando un muestreo aleatorio simple y se toman muestras adicionales en lugares donde las mediciones superan algún valor de umbral. Es posible que se necesiten varias rondas adicionales de muestreo y análisis. El muestreo adaptativo por conglomerados rastrea las probabilidades de selección para las fases posteriores del muestreo, de modo que se pueda calcular una estimación imparcial de la media de la población a pesar del sobremuestreo de ciertas áreas. Un ejemplo de aplicación del muestreo por conglomerados adaptativo es la delimitación de los bordes de una columna de contaminación. El muestreo adaptativo es útil para estimar o buscar características raras en una población y es apropiado para mediciones rápidas y económicas. Permite delinear los límites de los puntos calientes,

Tomar muestras

Las muestras al azar son muestras tomadas de un material homogéneo, generalmente agua, en un solo recipiente. Llenar una botella limpia con agua de río es un ejemplo muy común. Las muestras aleatorias brindan una buena vista instantánea de la calidad del entorno muestreado en el punto de muestreo y en el momento del muestreo. Sin un seguimiento adicional, los resultados no pueden extrapolarse a otros tiempos ni a otras partes del río, lago o agua subterránea.

Para permitir que las muestras al azar o los ríos se consideren representativos, se requieren estudios de transectos transversales y longitudinales repetidos realizados en diferentes momentos del día y épocas del año para establecer que la ubicación de la muestra al azar es tan representativa como sea razonablemente posible. Para ríos grandes, tales estudios también deben tener en cuenta la profundidad de la muestra y cómo gestionar mejor los lugares de muestreo en épocas de inundaciones y sequías.

En los lagos, las muestras al azar son relativamente sencillas de tomar utilizando muestreadores de profundidad que pueden bajarse a una profundidad predeterminada y luego cerrarse atrapando un volumen fijo de agua desde la profundidad requerida. En todos los lagos, excepto en los menos profundos, hay cambios importantes en la composición química del agua del lago a diferentes profundidades, especialmente durante los meses de verano, cuando muchos lagos se estratifican en una capa superior cálida y bien oxigenada (epilimnión) y una capa inferior fría y desoxigenada. (hipolimnion).

En el entorno marino de mar abierto, las muestras tomadas al azar pueden establecer una amplia gama de parámetros de referencia, como la salinidad y una gama de concentraciones de cationes y aniones. Sin embargo, cuando las condiciones cambiantes son un problema, como cerca de ríos o descargas de aguas residuales, cerca de los efectos del vulcanismo o cerca de áreas de entrada de agua dulce por el derretimiento del hielo, una muestra al azar solo puede dar una respuesta muy parcial cuando se toma por sí sola.

Monitoreo semicontinuo y continuo

Existe una amplia gama de equipos de muestreo especializados disponibles que se pueden programar para tomar muestras a intervalos de tiempo fijos o variables o en respuesta a un disparador externo. Por ejemplo, se puede programar un muestreador automático para que comience a tomar muestras de un río a intervalos de 8 minutos cuando la intensidad de la lluvia supera 1 mm/hora. El desencadenante en este caso puede ser un pluviómetro remoto que se comunica con el muestreador mediante el uso de un teléfono celular o tecnología de ráfagas de meteoritos. Los muestreadores también pueden tomar muestras discretas individuales en cada ocasión de muestreo o agrupar muestras en un compuesto para que, en el transcurso de un día, dicho muestreador pueda producir 12 muestras compuestas, cada una compuesta por 6 submuestras tomadas a intervalos de 20 minutos.

El monitoreo continuo o casi continuo implica tener una instalación analítica automatizada cerca del entorno que se está monitoreando para que los resultados puedan, si es necesario, verse en tiempo real. Dichos sistemas a menudo se establecen para proteger suministros de agua importantes, como en el sistema de regulación del río Dee, pero también pueden ser parte de una estrategia de monitoreo general en grandes ríos estratégicos donde la alerta temprana de problemas potenciales es esencial. Dichos sistemas proporcionan de forma rutinaria datos sobre parámetros como el pH, el oxígeno disuelto, la conductividad, la turbidez y el color, pero también es posible operar la cromatografía de gases líquidos con tecnologías de espectrometría de masas (GLC/MS) para examinar una amplia gama de posibles contaminantes orgánicos. En todos los ejemplos de análisis automatizado del lado de la orilla, existe el requisito de bombear agua desde el río hasta la estación de monitoreo. Elegir una ubicación para la entrada de la bomba es tan importante como decidir la ubicación de una muestra al azar del río. El diseño de la bomba y la tubería también requiere un diseño cuidadoso para evitar que se introduzcan artefactos a través de la acción de bombear el agua. La concentración de oxígeno disuelto es difícil de mantener a través de un sistema de bombeo y las instalaciones de GLC/MS pueden detectar contaminantes microorgánicos de las tuberías y prensaestopas.

Muestreo pasivo

El uso de muestreadores pasivos reduce en gran medida el costo y la necesidad de infraestructura en el lugar de muestreo. Los muestreadores pasivos son semidesechables y se pueden producir a un costo relativamente bajo, por lo que se pueden emplear en grandes cantidades, lo que permite una mejor cobertura y la recopilación de más datos. Debido a que es pequeño, el muestreador pasivo también se puede ocultar y, por lo tanto, reducir el riesgo de vandalismo. Ejemplos de dispositivos de muestreo pasivo son el muestreador de gradientes difusivos en películas delgadas (DGT), el Chemcatcher, el muestreador integrador de productos químicos orgánicos polares (POCIS), los dispositivos de membrana semipermeable (SPMD), los dispositivos de membrana líquida estabilizada (SLMD) y una bomba de muestreo de aire.

Vigilancia remota

Aunque la recopilación de datos en el sitio utilizando equipos de medición electrónicos es un lugar común, muchos programas de monitoreo también usan vigilancia remota y acceso remoto a datos en tiempo real. Esto requiere que el equipo de monitoreo en el sitio esté conectado a una estación base a través de una red de telemetría, una línea fija, una red de telefonía celular u otro sistema de telemetría como Meteor burst. La ventaja de la vigilancia remota es que muchas fuentes de datos pueden ingresar en una sola estación base para su almacenamiento y análisis. También permite establecer niveles de activación o niveles de alerta para sitios y/o parámetros de monitoreo individuales, de modo que se pueda iniciar una acción inmediata si se excede un nivel de activación. El uso de vigilancia remota también permite la instalación de equipos de monitoreo muy discretos que a menudo pueden estar enterrados, camuflado o atado a profundidad en un lago o río con solo un látigo corto que sobresale de la antena. El uso de dicho equipo tiende a reducir el vandalismo y el robo cuando se monitorea en lugares de fácil acceso para el público.

Sensores remotos

La teledetección ambiental utiliza aeronaves o satélites para monitorear el medio ambiente utilizando sensores multicanal.

Hay dos tipos de teledetección. Los sensores pasivos detectan la radiación natural que emite o refleja el objeto o el área circundante que se observa. La luz solar reflejada es la fuente más común de radiación medida por sensores pasivos y, en la teledetección ambiental, los sensores utilizados se ajustan a longitudes de onda específicas desde el infrarrojo lejano a través de frecuencias de luz visible hasta el ultravioleta lejano. Los volúmenes de datos que se pueden recopilar son muy grandes y requieren soporte computacional dedicado. El resultado del análisis de datos de la teledetección son imágenes de colores falsos que diferencian pequeñas diferencias en las características de radiación del entorno que se está monitoreando. Con un operador hábil eligiendo canales específicos, es posible amplificar diferencias que son imperceptibles para el ojo humano.

La detección remota activa emite energía y utiliza un sensor pasivo para detectar y medir la radiación que se refleja o retrodispersa desde el objetivo. LIDAR se usa a menudo para adquirir información sobre la topografía de un área, especialmente cuando el área es grande y el levantamiento manual sería prohibitivamente costoso o difícil.

La teledetección permite recopilar datos sobre zonas peligrosas o inaccesibles. Las aplicaciones de teledetección incluyen el seguimiento de la deforestación en áreas como la cuenca del Amazonas, los efectos del cambio climático en los glaciares y las regiones árticas y antárticas, y el sondeo de las profundidades costeras y oceánicas.

Las plataformas orbitales recopilan y transmiten datos de diferentes partes del espectro electromagnético, lo que, junto con la detección y el análisis aéreos o terrestres a mayor escala, proporciona información para monitorear tendencias como El Niño y otros fenómenos naturales a corto y largo plazo. Otros usos incluyen diferentes áreas de las ciencias de la tierra, como la gestión de recursos naturales, la planificación del uso de la tierra y la conservación.

Biomonitoreo

El uso de organismos vivos como herramientas de monitoreo tiene muchas ventajas. Los organismos que viven en el ambiente bajo estudio están constantemente expuestos a las influencias físicas, biológicas y químicas de ese ambiente. Los organismos que tienen tendencia a acumular especies químicas a menudo pueden acumular cantidades significativas de material a partir de concentraciones muy bajas en el medio ambiente. Muchos investigadores han utilizado musgos para monitorear las concentraciones de metales pesados ​​debido a su tendencia a adsorberlos selectivamente.

De manera similar, las anguilas se han utilizado para estudiar los productos químicos orgánicos halogenados, ya que estos se adsorben en los depósitos de grasa dentro de la anguila.

Otros métodos de muestreo

El muestreo ecológico requiere una planificación cuidadosa para que sea representativo y lo menos invasivo posible. Para pastizales y otros hábitats de crecimiento bajo, el uso de un cuadrado, un marco cuadrado de 1 metro, se usa a menudo con el número y tipo de organismos que crecen dentro de cada área de cuadrante contada.

Los sedimentos y los suelos requieren herramientas de muestreo especializadas para garantizar que el material recuperado sea representativo. Dichos muestreadores suelen estar diseñados para recuperar un volumen específico de material y también pueden estar diseñados para recuperar la biota viva del suelo o del sedimento, como el muestreador de cuchara Ekman.

Interpretaciones de datos

La interpretación de los datos ambientales producidos a partir de un programa de monitoreo bien diseñado es un tema amplio y complejo abordado por muchas publicaciones. Lamentablemente, a veces los científicos abordan el análisis de los resultados con un resultado preconcebido en mente y usan o abusan de las estadísticas para demostrar que su propio punto de vista particular es correcto.

Las estadísticas siguen siendo una herramienta que es igualmente fácil de usar o de abusar para demostrar las lecciones aprendidas del monitoreo ambiental.

Índices de calidad ambiental

Desde el comienzo del monitoreo ambiental basado en la ciencia, se han diseñado una serie de índices de calidad para ayudar a clasificar y aclarar el significado de los volúmenes considerables de datos involucrados. Decir que un tramo de río está en "Clase B" probablemente sea mucho más informativo que afirmar que este tramo de río tiene una DBO media de 4,2, una media de oxígeno disuelto del 85 %, etc. En el Reino Unido, la Agencia de Medio Ambiente empleó formalmente una sistema llamado Evaluación General de la Calidad (GQA) que clasificó los ríos en seis bandas de letras de calidad de la A a la F en función de criterios químicos y criterios biológicos.La Agencia de Medio Ambiente y sus socios delegados en Gales (Countryside Council for Wales, CCW) y Escocia (Scottish Environmental Protection Agency, SEPA) emplean ahora un sistema de clasificación biológica, química y física para ríos y lagos que se corresponde con la Directiva Marco del Agua de la UE..