Toxificación de la naturaleza Toxificación de la naturaleza Iniciada a partir de la Revolución Industrial Presencia de nuevas substancias o incremento de las concentraciones de otras ya existentes Contaminación difusa que llega a todos los puntos del Planeta (atmósfera) Planeta (atmósfera) Todos los seres vivos de la Tierra Todos los seres vivos de la Tierra, incluido el hombre, están sometidos a una mezcla compleja de substancias una mezcla compleja de substancias tóxicas (dosis bajas, pero crónicas)
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Toxificación de la naturalezade la naturalezaimedea.uib-csic.es/master/cambioglobal/Modulo_II_cod101605/PilarF... · Kow = coeficiente de reparto octanol-agua Koc=coeficiente de
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Toxificación de la naturalezaToxificación de la naturaleza
Iniciada a partir de la Revolución Industrial Presencia de nuevas substancias o incremento de las
concentraciones de otras ya existentes Contaminación difusa que llega a todos los puntos del
Planeta (atmósfera)Planeta (atmósfera)
Todos los seres vivos de la Tierra Todos los seres vivos de la Tierra, incluido el hombre, están sometidos a una mezcla compleja de substanciasuna mezcla compleja de substancias tóxicas (dosis bajas, pero crónicas)
Cambio Ambiental
Cambios en las estructuras y condiciones de los ecosistemas debidos a la presencia de residuos contaminantes permanentes
Ejemplos:
•Cambio climático y gases invernadero•Disminución de la capa de ozono y freonesp y•Acidificación y emisiones de óxidos de nitrógeno y azufre
Cambio AmbientalCambio Ambiental
PROVOCADO POR COMPUESTOS QUÍMICOS ESPECÍFICOS, É
Q ,NATURALES O ANTROPOGÉNICOS
EFECTOS NOCIVOS SOBRE LA SALUD O LOS ECOSISTEMAS
DETECTABLES EN ZONAS REMOTAS (TRANSPORTADOS POR LA ATMÓSFERA)
C t i t l l b lContaminantes a escala global
Presencia en el medio de residuos permanentes con propiedades ambientales adversaspropiedades ambientales adversasCO2 y gases invernadero cambio
climáticoclimáticoFreones problema del ozonoRadioisótoposRadioisótoposMetales Pesados (Hg, Pb, Cd)C O áContaminantes Orgánicos Persistentes
(POPs)
Contaminantes orgánicos persistentesContaminantes orgánicos persistentesContaminantes orgánicos persistentesContaminantes orgánicos persistentesConvenio de Estocolmo (Mayo 2001)Convenio de Estocolmo (Mayo 2001)
Tratado internacional sobre POPs (UNEP). Estocolmo (Mayo 2001)
Regula la producción, importación, exportación y uso delos 16 POPs identificados.
P hibi ió d l d ió d Ald i hl d di ld i Prohibición de la producción y uso de Aldrin, chlordano, dieldrin, hexabromobifenilo, chlordecona (kepona), mirex y toxafeno.
Prohibición de la producción y uso de HCB como plaguicida, con p y p galgunas excepciones en países en vías de desarrollo.
Prohibición de la producción y limitación del uso de heptachlor y PCBs con un periodo de transición hasta el 2025 en los paísesPCBs, con un periodo de transición hasta el 2025 en los países en vías de desarrollo.
Limitación de la producción y/o uso de lindano y DDTs, a excepción de los países de la zona tropical y para el control de laexcepción de los países de la zona tropical y para el control de la malaria.
Obligación de la aplicación de la mejor tecnología posible para li it l i i d di i f HCB HAPlimitar las emisiones de dioxinas, furanos, HCB y HAPs.
Tóxicos Disminución de las cáscaras de huevo en Disminución de las cáscaras de huevo en
aves Disrupción endocrina Disfunciones del sistema inmunológico Enfermedades neurológicas Efectos teratogénicos Efectos teratogénicos Efectos mutagénicos y cancerígenos. Reducción inmunidad en lactantes conReducción inmunidad en lactantes con
aumento de los procesos infecciosos y anomalías en el crecimiento
Aldrin 33-320 mg/kg 2.2-53 µg/L S Grupo 3Endrin 3-36 < 1,0 S Grupo 3Dieldrin 37-330 1.1-41 S Grupo 3Dieldrin 37 330 1.1 41 S Grupo 3Clordano 83-1720 0.4 S Grupo 2BHeptaclor 40-116 ---- Grupo 2BMirex 600->3000 1-10 S Grupo 2BDDT 100-1770 0.4-42 K Grupo 2BHCB 2600-4000 ---- Grupo 2BpToxafeno 46-365 1.8-22 S Grupo 2BDioxina*** 0.0006-1.157 46 x10-6 K Grupo 2BPCB 2000 10000 0 015 2 74 K G 2APCBs 2000-10000 0.015-2.74 K Grupo 2APAH (B[a]P) ---- ---- K Grupo 2A*Disruptor Endocrino, K, conocido; S, sospechoso, P, probable (ES&T, 368A, 1999)**Clasificación IARC 2A probable carcinógeno humano; 2B posible carcinógeno humano 3 noClasificación IARC, 2A probable carcinógeno humano; 2B posible carcinógeno humano, 3, no clasificable, pruebas insuficientes*** Valores para 2,3,7,8-TCDD.Fuente: UNEP, 1998
Atmosphere
Atmosphere
Vegetation
Soil
WaterWater
Concentraciones de compuestos organoclorados en p gmuestras de sangre de distintas poblaciones (µg/L)
HCB pp’-DDE pp’-DDT PCBs
Holanda 1,4 2,9 <1
USA 1,7 11,8 3,0
Barcelona 4,8 1,6
Flix (Tarragona) 26 12
Suecia 0,2 0,9* 6,1
G l di 0 9 4 0* 14 8Groenlandia 0,9 4,0* 14,8
Islandia 0,3 0,9* 4,6
*Suma de DDE y DDT
Concentraciones de compuestos organoclorados enConcentraciones de compuestos organoclorados en muestras de leche materna (µg/g lípido)
2 3 7 8 TCDD Cloracné porfiria cutánea tardía (Sarcoma 2,3,7,8-TCDD. Cloracné, porfiria cutánea tardía. (Sarcoma de tejidos blandos y cáncer del aparato respiratorio).
DDT y derivados Enfermedades cerebrovasculares mayor DDT y derivados. Enfermedades cerebrovasculares, mayor riesgo de cáncer de mama (p,p’-DDE, efectos estrogénicos)
HAP. Cáncer testicular, cáncer de estómagoHAP. Cáncer testicular, cáncer de estómago
PCBs. Exantema y acné, deficiencias en la memoria, problemas de comportamiento. Cáncer gastrointestinalp p g
HCB. Porfiria cutánea túrcica, úlcera rosada en lactantes
Fuente : UNEP, 1998
Concentración de compuestos organoclorados en enfermos de cáncer de páncreas exocrino y casos control
Norsrom et al., 1988Muir et al 1988osos polares, peces) Clordanos Muir et al., 1988
HCHs en agua de mar. Distribución latitudinal
Iwata et al., Environ Sci. Technol., 27, 1080-1098 (1993)
PCBs #126 y #169 en el aire del Océano Atlántico
90 860°60°60°60°
Lohmann et al., Environ.Sci. Technol., 35, 4046-4053 (2001)
80
90
7
8
# 126# 169
123
45
78
910
1113
45°
30°
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ITCZ
H
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1113
45°
30°
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ITCZ
H
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ITCZ
H
60
70
m3 5
6
m3
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HL
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ITCZ
HL
40
50
126]
in fg
/m
3
4
169]
in fg
/m2728293132
3337
3840
41
4243 44
4647
484950
53
Falkland Islands
Montevideo
Signy
Bird Island
South Georgia
45°
60°
75°
2728293132
3337
3840
41
4243 44
4647
484950
53
Falkland Islands
Montevideo
Signy
Bird Island
South Georgia
45°
60°
75°
2728293132
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4647
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Falkland Islands
Montevideo
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Bird Island
South Georgia
45°
60°
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2728293132
3337
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4243 44
4647
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Falkland Islands
Montevideo
Signy
Bird Island
South Georgia
45°
60°
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20
30[#1
2
3 [#153
Halley7553
Halley7553
Halley7553
Halley75
0
10
0
1
-80 -60 -40 -20 0 20 40 60° la titude
PRODUCCION Y USO DE PCBsPRODUCCION Y USO DE PCBs
From K. Breivik, A. Sweetman, J.M. Pacyna, K.C. Jones, Sci. Total Environ. 290, 181-198 (2002)
Distribución Global de PCBsDistribución Global de PCBs100000
1.8
2.0
80000
CB
s
1.4
1.6
PCB
22Emissions (2000)
60000
f tot
al P
1.0
1.2
ns o
f
P
40000
Usa
ge o
f
0.6
0.8
Emis
sion
20000
U
0.2
0.4
E
Usage0
-90 -60 -30 0 30 60 900.0
g
Usos de PCB y distribución latitudinal en suelos
100000
120000
100000
120000
80000
100000
y w
t) 80000
100000
onne
s)
60000
nc (p
g/g
dry
60000
B u
sage
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40000
Soil
con
40000
Tota
l PC
0
20000
0
20000
0-90 -60 -30 0 30 60 90
La titude
0
Distribución y procesos en el medio ambiente
iPartición Gas-Partícula
Gas
Intercambiovegetación-aire
Deposición húmeda
Deposición seca
Aire Deposición húmeda
Intercambio Gas-Superficie acuosaFotodegradación
Superficie
Aire
Bioacumulación
Transporte hidráulicoIntercambiosuelo-aire
pterrestre
Agua
Pv = presión parcial de vapor (Pa)S = solubilidad en agua (moles/m3)BFC = factor de bioacumulación
BioacumulaciónDisuelto
g
OrganismosC c o de b o cu u c óH= constante de la Ley de Henry (Pa m3/mol)Kow = coeficiente de reparto octanol-aguaKoc=coeficiente de reparto agua-carbono orgánico
Sedimentación
Organismos
i i idPAH. Inventario en Reino UnidoAire : 148 ng/m3
Influencia de los bosques en el destino de qlos contaminantes orgánicos semivolátiles
Distribución entre los compartimentos ambientales de un contaminante con log Koa entre 9-10 y log H entre –2.5 y -9.5 (estimación para el año 1999).Wania and McLachlan, ES&T (2001), 35, 582-590.
Regiones de alta montaña Regiones de alta montaña Zonas PolaresZonas PolaresRegiones de alta montaña Regiones de alta montaña Zonas PolaresZonas Polares
Areas remotas a latitudes templadasAreas remotas a latitudes templadasAreas remotas a latitudes templadasAreas remotas a latitudes templadas Alejadas de las fuentes de Alejadas de las fuentes de
contaminación, pero más contaminación, pero más cercanas que las zonas polares cercanas que las zonas polares (mayor diversidad de (mayor diversidad de
i i id i i id contaminantes: pesticidas contaminantes: pesticidas de uso actual, hidrocarburos de uso actual, hidrocarburos aromáticos policíclicos ) aromáticos policíclicos ) aromáticos policíclicos,..) aromáticos policíclicos,..)
Meteorología característica que Meteorología característica que favorece el transporte y deposición favorece el transporte y deposición p y pp y pde contaminantes desde las fuentes de contaminantes desde las fuentes potenciales o áreas densamente potenciales o áreas densamente pobladaspobladaspobladaspobladas
Zonas de alta montañaZonas de alta montaña
Meteorología: Temperaturas bajasPrecipitación elevada (mayorPrecipitación elevada (mayor frecuencia de nieve)
Día: Vientos ascendentes
Noche : Vientos descendentes
““C ldC ld t i ” i t d lt t ñt i ” i t d lt t ñColdCold--trapping” en sistemas de alta montañatrapping” en sistemas de alta montaña
Enriquecimiento selectivo de algunos contaminantes Enriquecimiento selectivo de algunos contaminantes Enriquecimiento selectivo de algunos contaminantes Enriquecimiento selectivo de algunos contaminantes orgánicos en los ecosistemas de alta montaña como orgánicos en los ecosistemas de alta montaña como consecuencia de los procesos de transporte deposición y consecuencia de los procesos de transporte deposición y consecuencia de los procesos de transporte, deposición y consecuencia de los procesos de transporte, deposición y acumulación controlados por la temperaturaacumulación controlados por la temperatura
LATITUDESLATITUDES ALTAS
LATITUDES
T m = -2/8 ºC
INTERMEDIAS35-60ºN
T m = 10 -20 ºC Fernández y Grimalt, Chimia (2003)
Contaminantes en zonas de alta montaña
Las zonas de alta montaña representan un gradiente d d di i bi l ñ lacusado de condiciones ambientales a pequeña escala
(temperatura, precipitación, vegetación) El transporte y procesos de distribución de los
contaminantes puede ser representativo de los mecanismos que operan a escala globalque operan a escala global.
Ecosistemas centinela para investigar los mecanismosde transporte y acumulación de contaminantes a nivel global
Contaminación en zonas de alta Contaminación en zonas de alta montaña. Importa?montaña. Importa?
Impacto sobre los seres humanos.Impacto sobre los seres humanos. Directamente sobre los que habitan en estas zonas, Directamente sobre los que habitan en estas zonas, q ,q ,
generalmente consumidores de productos locales (zonas de generalmente consumidores de productos locales (zonas de montaña: 27 % superficie terrestre, 22 % de la población montaña: 27 % superficie terrestre, 22 % de la población
di l)di l)mundial).mundial).
Indirectamente sobre la población en generalIndirectamente sobre la población en general
Fuente de recursos importante para la población Fuente de recursos importante para la población Principal suministro de Principal suministro de
agua potable y de uso agrícola agua potable y de uso agrícola agua potable y de uso agrícola agua potable y de uso agrícola
(compuestos solubles en agua)(compuestos solubles en agua)
Contaminación en zonas de alta montaña Contaminación en zonas de alta montaña Contaminación en zonas de alta montaña. Contaminación en zonas de alta montaña. Importa?Importa?
Impacto sobre los seres humanosImpacto sobre los seres humanos Indirectamente sobre la población generalIndirectamente sobre la población general
Zonas de explotación agrícola y ganadera para la Zonas de explotación agrícola y ganadera para la p g y g pp g y g pproducción de carne y productos frescos producción de carne y productos frescos (contaminantes lipofílicos)(contaminantes lipofílicos)
Atmósfera
VegetaciónVegetación
Suelo
Contaminación en zonas de alta montaña. Contaminación en zonas de alta montaña. Importa?Importa?
Impacto sobre las comunidades de organismos y Impacto sobre las comunidades de organismos y l h ú i l h ú i plantas, en muchos casos únicas y con un gran plantas, en muchos casos únicas y con un gran
valor ecológicovalor ecológico Mayor acumulación de lípidosMayor acumulación de lípidos Mayor acumulación de lípidosMayor acumulación de lípidos Crecimiento más lentoCrecimiento más lento Vidas más Vidas más largaslargas
Zonas remotas en latitudes l dtempladas
80o 21
¿Cómo se distribuyen los contaminantesorgánicos persistentes menos volátiles en zonas de latitudes templadas?
80o 21
zonas de latitudes templadas?
1. Escura, 1680 m nivel de mar2. Cimera, 2140 m3 La Caldera 3050 m
70o
16
183. La Caldera, 3050 m4. Redó, 2240 m5. Aubé, 2090 m6. Noir, 2750 m7. Di Latte, 2540 m8 L 2340
60o 17
1920
8. Lungo, 2340 m9. Mittlerer Plenderlesee, 2317 m10.Oberer Plenderlesee, 2344 m11.Schwarzsee ob Sölden, 2799 m12.Gossenköllesee, 2413 m
Lagos de alta montaña Lagos de alta montaña Lagos de alta montaña Lagos de alta montaña CaracterísticasCaracterísticas
Situados por encima de la línea Situados por encima de la línea de árbolesde árbolesAlejados de cualquier fuente de Alejados de cualquier fuente de contaminación antropogénicacontaminación antropogénicaHidrología dominada por la Hidrología dominada por la
i it ió t fé ii it ió t fé iprecipitación atmosféricaprecipitación atmosféricaForman parte de las fuentes Forman parte de las fuentes naturales de aguanaturales de aguaC biertos de hielo d rante na C biertos de hielo d rante na Cubiertos de hielo durante una Cubiertos de hielo durante una parte importante del añoparte importante del añoOligotróficos, bajo contenido en Oligotróficos, bajo contenido en carbono orgánicocarbono orgánicocarbono orgánicocarbono orgánicoBajas temperaturas. Poca Bajas temperaturas. Poca biodiversidad. Cadenas tróficas biodiversidad. Cadenas tróficas simplessimplespp
Contaminantes orgánicos en aire de zonas remotasContaminantes orgánicos en aire de zonas remotas. Mecanismos de transporte y acumulación
146PCBs (pg/m3)HCB (pg/m3)
114
119 68
114
62 89
51 78
Contaminantes orgánicos en aire de zonas remotasContaminantes orgánicos en aire de zonas remotas
HAPs totalesparticulate phase PAH
Mar-981,2
2000
4000
pg/m
3July-96Oct-96Feb-97
Mar-97
July-98
June-97July-97
0
0,4
0,8
REDO GOSSENKÖLLE OVRE p
0gas phase PAHMar-98
July-96
July-98Mar-97Feb-97
July-97
June-972
3
t t l PAH
Oct-96
y
0
1
REDO GOSSENKÖLLE OVRE
total PAH Mar-98
Oct-96July-96
July-98Mar-97Feb-97 July-97
June-97
1
2
3
4
Fernández et al., Environ. Sci. Technol. (2002)*Datos de Izaña y Skalnate de van Drooge et al., Environ. Sci. Pol. Res. (2010)
orgánica del sedimento Mayor influencia local y/o 70o
0
50
100
150
200
5
15
25
0
1700
y yregional
Valores muy similares en el Oeste y Centro de
60o
10
11
el Oeste y Centro de Europa 50o
7 89
35o N
40o1
2
3
4
56
35o N
10o W 0o 10o E 20o E 30o E
Fernández et al., Environ. Sci. Technol. (1999)
SnowSnow Annual precipitation in high altitude regions is dominated by Annual precipitation in high altitude regions is dominated by
snowfall.
Snow is an efficient scavenger of gas phase and particle Snow is an efficient scavenger of gas-phase and particle-associated compounds from the atmosphere.
Seasonal snowpack represents an integrated record of Seasonal snowpack represents an integrated record of atmospheric deposition during the period of snow accumulation. A significant fraction of these POPs will be released to these ecosystems during snowmelt.y g
POPs accumulated in glaciers and global warming: high mountain regions as potential secondary sources of legacymountain regions as potential secondary sources of legacy POPs.
Contaminantes orgánicos en nieve
Guillem Carrera, Pilar Fernández, Rosa M. Vilanova y Joan O. Grimalt. Atmospheric Environment 35 245 254Atmospheric Environment, 35, 245-254 (2001)
(a) Colerración vs 1/TEMP (ºK). (b) Pendientes de la correlación vs 1/TEMP, solo para aquellas con coeficientes de correlación mayores que 0,6. (c) Método análitico no permite la determinación de estos compuestos en los sedimentos. (d) Datos de: Mackay et al., Illustratedh db k f h i l h i l ti d i t l f t f i h i l V l Ihandbook of physical-chemical properties and environmental fate for organic chemicals. Vol. I.Monoaromatic hydrocarbons, chlorobenzenes and PCBs (Lewis, Chelsea, 1992)
Study area : Tatra region (a case of high pollution load)Study area : Tatra region (a case of high pollution load)
Above Lomnica pass (2300 m asl)Lomnica peak (2634 m asl)
Lomnica pass (2150 m asl)
Sk l t Pl M t St (1787 l)
Above Skalnate Pleso (1840 m asl)
Below Skalnate Pleso (1683 m asl)
Skalnate Pleso Meteor. St. (1787 m asl)
POPs in Snowpack. Altitudinal gradients
PCB 101 PCB 180 γ-HCH α-Endosulfan
r = 0.766 r = 0.756r = 0.909 r = 0.893
BDE 47 Fluoranthene Chrysene Benzo[a]pyrene
r = 0.673 r = 0.699 r = 0.703 r = 0.752
Arellano, Fernández, Grimalt, et al., Environ. Sci Technol (2011)
POPs in snowpack. Relation with particle concentration
Lagos Alta MontañaLagos Alta Montaña 50 ng/g (media)
IMPACTO SOBRE LOS PECES DEL ARTICOIMPACTO SOBRE LOS PECES DEL ARTICO VS. LAGOS DE ALTA MONTAÑA
40.0
50.0
60.0
High Mountain LakesArctic
5.0
6.0
7.0High Mountain Lakes
Arctic
0.0
10.0
20.0
30.0
ng/g
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
ng/g
HCB
aHCH
gHCH
pp'D
DE
pp'D
DT
PCB2
8
PCB5
2
PCB1
01
PCB1
18
PCB1
53
PCB1
38
PCB1
80
PCB2
8
PCB5
2
PCB1
01
PCB1
18
PCB1
53
PCB1
38
PCB1
80
COMPOSICIÓN MEDIA DE COMPUESTOS ORGANOCLORADOS EN TRUCHAS DE REGIONES ARTICAS Y LAGOS SITUADOS A MAS DE 2 000DE REGIONES ARTICAS Y LAGOS SITUADOS A MAS DE 2,000 m a.s.m.
Datos de truchas de regiones árticas:
S M All Gill C P G b l R Wil D H L d T L W d J L S i d L R C tiS.M. Allen-Gill, C.P. Gubala, R. Wilson, D.H. Landers, T.L. Wade, J.L. Sericano and L.R. Curtis.
Organochlorine Pesticides and Polychlorinated Biphenyls (PCBs) in Sediments and Biota from Four
US Arctic Lakes. Arch. Environ. Contam. Toxicol. 33, 378-387 (1997)
Algunas conclusionesAlgunas conclusionesAlgunas conclusionesAlgunas conclusionesLas zonas de alta montaña de latitudes intermedias presentan unas Las zonas de alta montaña de latitudes intermedias presentan unas pp
características meteorológicas que favorecen el transporte y características meteorológicas que favorecen el transporte y deposición de los contaminantes atmosféricos emitidos en las deposición de los contaminantes atmosféricos emitidos en las zonas urbanas e industrialeszonas urbanas e industriales
Estas zonas se encuentran bajo el impacto de una gran variedad de Estas zonas se encuentran bajo el impacto de una gran variedad de contaminantes, incluso aquellos menos persistentes que no llegan contaminantes, incluso aquellos menos persistentes que no llegan a las zonas polaresa las zonas polaresa las zonas polares.a las zonas polares.
La concentración de los contaminantes OC en el aire de zonas La concentración de los contaminantes OC en el aire de zonas remotas es uniforme e independiente del área de estudio.remotas es uniforme e independiente del área de estudio.
La La temperatura es el factor determinante de la deposición y temperatura es el factor determinante de la deposición y acumulación selectiva de ciertos contaminantes persistentes en acumulación selectiva de ciertos contaminantes persistentes en las zonas de alta montaña.las zonas de alta montaña.las zonas de alta montaña.las zonas de alta montaña.
Como resultado del proceso, hay un efecto neto de transferencia de Como resultado del proceso, hay un efecto neto de transferencia de contaminantes orgánicos desde las zonas contaminadas a los contaminantes orgánicos desde las zonas contaminadas a los i t t i b f t d dil ió i t t i b f t d dil ió sistemas remotos, sin que se observen efectos de dilución sistemas remotos, sin que se observen efectos de dilución