16 4 Muestreo de suelos 4.1 Introducción Este capítulo analiza la distribución en los suelos de algunos elementos de relevancia para la determinación del contenido de arsénico en MP10 presente en la atmósfera, la identificación de sus fuentes y medios de transporte. El análisis químico utilizado para el análisis de las muestras de suelo requerió una solución de disolución bastante fuerte (ver ANEXO 2), lo cual significa que fueron disueltos también los elementos que normalmente están fuertemente unidos en el suelo. Esto hace imposible separar algunos elementos que se encuentran en forma abundante tanto en suelos naturales como en emisiones antropogénicas. Elementos pertenecientes a este grupo son Na, Fe, Al, Li y Mg. En cada estación se tomaron 12 a 14 muestras de la capa superficial del suelo (top soil) y una muestra del subsuelo (sub soil). Los resultados del análisis químico se presentan, para cada estación, como el valor mediano de todas las muestras top soil más el valor del subsuelo. La Tabla 4.1.1 muestra las concentraciones obtenidas para algunos elementos de interés para este estudio. Tabla 4.1.1 Número de muestras tomadas en el top soil y niveles de algunos elementos en los suelos (mg/kg) SMHI 30 de noviembre de 2000: Informe final del proyecto Línea base de arsénico del material particulado respirable 17 4.2 Comparación de niveles de algunos elementos específicos El arsénico es un elemento tóxico y aparece en la naturaleza principalmente en la forma de sulfitos asociados con el plomo, cobre, níquel y otros minerales metálicos. Suelos naturales normalmente contienen menos de 40 µg/g de arsénico, con un nivel promedio de 7 µg/g. En la vecindad de fundiciones de cobre, se han encontrado niveles entre 100-2500 µg/g (WHO, 1987). La Fig. 4.2.1 muestra que el contenido de arsénico es mayor al promedio global en las estaciones del norte - Pica, Quillagua, Toconao y Diego de Almagro. En el resto de las estaciones hacia el sur, los niveles encontrados están dentro del rango normal para suelos naturales. Quillagua muestra niveles de arsénico muy altos, tanto en la capa superficial Fig. 4.2.1 Niveles de As en las muestras de suelo como en el subsuelo. Toda la cuenca de Río Loa tiene concentraciones muy altas de arsénico natural (Fritsch et al., 1999). Las muestras con concentraciones más altas de As fueron tomadas en parte baja de las terrazas del Río Loa. El agua del Río Loa es extremadamente salada y contiene concentraciones de As muy elevadas. Esta contaminación de As no es una consecuencia directa de las emisiones industriales, sino más bien un fenómeno secundario. La evaporación intensa que caracteriza el área desértica implica que el Río Loa pierde mucho de su agua durante su trayecto. Históricamente el agua del río ha sido diluido por aguas subterráneas, pero hoy día estos flujos han disminuidos por efecto del bombeo industrial de agua subterránea a lo largo de la riberas del Río Loa. Por eso el caudal del río es muy bajo y las concentraciones de minerales siguen aumentandose con el tiempo (ver Fritsch et al., 1999). Se puede concluir que las concentraciones altas de arsénico en Quillagua principalmente están controladas por procesos de sedimentación fluvial. El transporte eólico y la deposición de arsénico en partículas respirables contribuye a una parte menor al contenido de dicho elemento en los suelos. El cobre es un nutriente vital para todos los seres vivos, pero niveles excesivos pueden ser tóxicos tanto para vegetales como animales. En el suelo normalmente se encuentra el Cu unido a sustancias orgánicas y también a óxidos de Mn y Fe. Con un pH menor a 5, la solubilidad y disponibilidad de Cu aumenta (Scheffer et al, 1989), pero el suelo relativamente básico, característico de las zonas monitoreadas en este proyecto, disminuye la movilidad del elemento. El nivel promedio de Cu en suelos es 25 mg/kg (Koljonen, 1992). La Fig. 4.2.2 Fig. 4.2.2 Niveles de Cu en las muestras de suelo muestra en general niveles elevados, en algunos casos llegando a niveles tóxicos para vegetales y animales. El nivel alto en Diego de Almagro se explica por las actividades actuales e históricas de minería de cobre en la ciudad y dentro de la cuenca del Río Salado. SMHI 30 de noviembre de 2000: Informe final del proyecto Línea base de arsénico del material particulado respirable 18 El zinc y cadmio son discutidos juntos, ya que aparecen en la naturaleza en una relación bastante constante. La relación es alrededor de 500 en rocas y alrededor de 100 en suelos (Scheffer et al., 1999). Zinc es un elemento indispensable para el hombre, animales y plantas, aunque concentraciones altas pueden ser tóxicas para plantas y microorganismos. Para un pH por encima de 6.5 se encuentra el Zn fuertemente unido a compuestos orgánicos del suelo, para pH inferior a 5 se mobiliza y está disponible para las plantas (este esquema simplificado puede tener menor validez en el norte de Chile, por el contenido bajo de material orgánico en los suelos). El zinc antropogénico en el medio ambiente tiene su origen principal en la industria pesada, en particular se le usa en la producción de hierro y acero para evitar la corrosión. Recomendaciones de niveles límite para suelos utilizados en la agricultura son del orden de 300 mg/g (Scheffer et al., 1989). El nivel promedio de Zn en suelos es 70 mg/g (Koljonen, 1992). El cadmio no es un nutriente y es tóxico para todas las formas de vida. El nivel promedio en suelos es 0.3 mg/g (Koljonen, 1992). Scheffer (1989) menciona que la disponibilidad de Cd aumenta con pH bajo y que una concentración de apenas 0.1 mg/l de Cd en una solución de suelo ya tiene efectos tóxicos sobre plantas. Las fuentes principales de cadmio son la industria pesada, lodos, tráfico y fertilizantes Fig. 4.2.3 Niveles de Zn en las muestras de suelo fosforados. Como ya se ha mencionado, Zn y Cd están naturalmente relacionados. Las emisiones antropogénicas muy a menudo incluyen tanto Cd como Zn, pero no necesariamente en la misma relación que se encuentra en suelos naturales. La Fig. 4.2.3 y 4.2.4 muestran una relación entre Zn y Cd similar a lo que se espera para suelos naturales en la mayoría de las estaciones. Distinto es para Quillagua Fig. 4.2.4 Niveles de Cd en las muestras de suelo donde los niveles de Cd son muy elevados en comparación con los de Zn. El plomo no es tan tóxico como el cadmio, pero puede, en concentraciones altas, ser dañino para la salud del hombre y para animales (Scheffer et al., 1989). El transporte de Pb se observa normalmente en la atmósfera. Las fuentes principales de Pb son el tráfico (gasolina plomada) y fundiciones. En comparación con As y Zn, el plomo es bastante inmóvil. Sin embargo, la disponibilidad del plomo aumenta con un pH menor a 4, Fig. 4.2.5 Niveles de Pb en las muestras de suelo dependiendo del SMHI 30 de noviembre de 2000: Informe final del proyecto Línea base de arsénico del material particulado respirable 19 contenido de la materia orgánica (niveles mayores de materia orgánica implica una disponibilidad menor). Considerando su inmovilidad, se recomienda para plomo un nivel limite en suelos de 100 mg/kg (Scheffer, 1989), nivel que no es superado en ninguna de las muestras analizadas (Fig. 4.2.5). El promedio global de Pb en suelos es 17 mg/kg (Koljonen, 1992). Azufre es un nutriente básico para las plantas, los animales y para el ser humano. Un exceso de azufre es tóxico para toda forma de vida. El azufre antropogénico es emitido principalmente por la industria pesada y transportado por el viento en la atmósfera (Scheffer et al., 1989). La concentración promedio global en suelos es 180 ±140 mg/kg (Koljonen 1992). La Fig. 4.2.6 muestra que la concentración de azufre en el top soil de Fig. 4.2.6 Niveles de S en las muestras de suelo Quillagua es excepcionalmente alta y que los suelos de Pica, Toconao y Diego de Almagro también son elevados. Uno de los objetivos del estudio fue "determinar el perfil de distribución de As de origen natural (geoquímico) presente en los suelos, a escala regional y para todo el país". El análisis de los suelos no ha podido, en si solo, cumplir con este objetivo. En las secciones próximas vamos a ver que el análisis del contenido del suelo ha sido muy importante para la interpretación del material particulado suspendido en el aire (MP10). Para entender mejor la distribución natural de los elementos en el medio ambiente chileno, se recomienda hacer un estudio geoquímico más amplio y detallado. Por su geología, su relieve y el clima tan distinto a otros países a nivel mundial es muy importante hacer este estudio para Chile antes de empezar a comparar con datos de otros países. En base a semejante estudio será posible determinar con alta certeza el impacto antropogénico al medio ambiente y a la salud del hombre, los animales y las plantas. Este estudio se puede combinar con la modelación de la dispersión de partículas directamente emitadas – similar al modelo utilizado en este proyecto – y eventualmente otros modelos que permiten simular los procesos de levantamiento de material particulado hacia la atmósfera por efecto del viento. Así será posible entregar recomendaciones sobre valores críticos de elementos de interés especial para Chile. SMHI 30 de noviembre de 2000: Informe final del proyecto Línea base de arsénico del material particulado respirable