Mapa geoquímico de suelos y cultivos, dos casos

El ININ hoy
Mapa geoquímico de suelos y cultivos,
dos casos: Jamaica y Ocoyoacac
Por M. Balcázar ([email protected]), C. Grant, J.
Preston, G. Lalor, J. H. Flores, P. Peña, A. López
CASO JAMAICA
Introducción
¿Qué es un mapa geoquímico?
Un mapa geoquímico contiene información sobre
la concentración de elementos de la tabla
periódica distribuidos en una región ya sea
geográfica, geológica ó litológica. Para su
determinación se utilizan diversas técnicas
analíticas convencionales o nucleares; entre
éstas últimas se tiene el Análisis por Activación
Neutrónica, Fluorescencia de Rayos X, Absorción
Atómica. Las técnicas nucleares tienen una mayor
sensibilidad que las convencionales y permiten
determinar muy pequeñas concentraciones de
elementos.
El gran volumen de información que se maneja
en estos mapas geoquímicos, requiere de un
software denominado Sistema de Información
Geográfica (SIG), donde además se incluyen, en
forma georeferenciada (posición satelital) otros
datos como hidrología, asentamientos
poblacionales, pozos y manantiales de agua
potable, curvas de nivel, vías de transportación,
tipos de cultivo, etc…
Estos mapas geoquímicos son de gran utilidad
en la prospección de minerales, determinación
de riesgos a la población por la presencia de
elementos con concentración por arriba de los
límites permitidos, riesgos ambientales debido
al posible mal uso de suelo en zonas de recarga
de acuíferos, evolución de acciones ambientales
de restauración de una región dada y otros datos.
Los suelos, acuíferos y cultivos presentan rasgos
propios naturales y antropogénicos, cuya
caracterización y evolución en el tiempo
permiten identificar yacimientos minerales
específicos; determinar el impacto de su
explotación sobre los seres humanos y sobre
el ambiente; investigar los procesos de recarga
de acuíferos y determinar la asimilación de
elementos traza en cultivos.
Una caracterización apropiada involucra la
detección de los isótopos radiactivos naturales
uranio 238, radio 226 y radón 222, la
determinación de elementos trazas presentes
e identificables por Análisis por Activación
Neutrónica o por Emisión de Rayos por
Inducción de Partículas (respectivamente NAA
y PIXE, por sus siglas en inglés) y las
características físicas y químicas del agua del
acuífero en cuestión. (Para abundar sobre esta
aplicación, puede consultarse el artículo
Tecnologías nucleares para el ambiente.
Protección del aire, tierra y océanos en la
página 6 de esta misma edición).
Es necesario geo-referenciar, almacenar y
analizar todos los datos en un Sistema de
Contacto
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Información Geográfica (SIG) que permita
Nacional de Investigaciones Nucleares.
además la introducción de características
hidrológicas, geológicas, litológicas,
Jamaica tiene como uno de sus principales
topográficas y poblacionales de la región, así
productos la bauxita (áreas sombreadas de
como la correlación de variables y el
la figura 1), mineral de importancia
despliegue de la información en mapas
económica del cual se extrae el aluminio. Las
específicos.
características geológicas de Jamaica
permitieron asociar al mineral uranio con la
Para cubrir esta necesidad se creó un proyecto
bauxita, por lo cual se postuló que la presencia
bilateral, apoyado por la Secretaría de
de los productos de decaimiento del uranio
Relaciones Exteriores de México, en el que
en el condado de Santa Elizabeth (puntos
participan el Centro Internacional de Ciencias
oscuros de la figura 1) era, a su vez, indicativa
Medioambientales y Nucleares (ICENS) de la
de la presencia de los yacimientos de bauxita.
Universidad de Mona, Jamaica, y el Instituto
Nacional de Investigaciones Nucleares (ININ).
La evaluación de la concentración del radio
a cada punto donde se evaluó radón se hizo
Estudio de bauxita en Jamaica
colectando aproximadamente ½ Kg de suelo
del sitio de estudio. Cada muestra se seca, se
A solicitud del Centro Internacional de
tamiza y se coloca en un contenedor de 35
Ciencias Medioambientales y Nucleares
cm3, sellado con parafina para evitar fuga de
(ICENS) de la Universidad de Mona, Jamaica,
radón, donde permanece por 30 días hasta
la Secretaría de Relaciones Exteriores de
alcanzar un equilibrio secular con el radio.
México apoya el proyecto bilateral
La actividad del radio se evaluó
denominado Geochemical mapping of soils
indirectamente a través de los productos de
and food crops using nuclear analytical
decaimiento bismuto 214 (214Bi) y plomo 214
techniques, desarrollado en el Instituto
(214Pb) con un detector de germanio hiperpuro.
Figura 1 Determinación de uranio y torio en suelo, radón en cuevas
y yacimientos de bauxita en Jamaica.
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Contacto
Nuclear
La evaluación de la concentración de uranio
Figura 2. Aspectos del
monitoreo in situ en la
cueva de Manchester
donde se registraron
valores elevados de
concentración de radón
se realizó mediante NAA, tanto en el reactor
SLOWPOKE 2 de Jamaica como en el reactor
SLOWPOKE de la Universidad de Alberta,
Canadá, mediante la reacción 238U(n,g,b) 239Np.
En la primera parte del proyecto se
encontraron zonas con concentraciones
anómalas de los elementos radiactivos
naturales uranio 238, radio 226 y radón 222
en suelo y aire, principalmente asociados a
los yacimientos de bauxita. Los datos se
integraron en un SIG no solo por el interés
económico del mineral, sino también para
análisis de cultivos por ser las zonas de estudio
de gran actividad agrícola. Para la
Los niveles de radón obtenidos en la región
determinación masiva de la concentración de
de ríos se correlacionan con el contenido de
radón en suelo en lugares remotos se utilizaron
radio en suelo de casas habitación de
detectores plásticos pasivos (del tipo Kodak
construcción similar. Con base en las
LR115).
determinaciones de radio encontrado en suelo
en varios sitios de Jamaica es poco probable
Radiación ambiental
que las casas de construcción contemporánea,
bien ventiladas, excedan el límite impuesto por
En una segunda parte, se investigó la
la Comisión Internacional de la Radiación
radiación natural por arriba de lo normal, en
(ICRP), que es de 200 becquereles por metro
la región de ríos al noroeste de Jamaica
cúbico (Bq/m3). Solo casas construidas con
asumiendo su presencia por la lixiviación de
materiales locales con pisos de madera o pisos
torio y uranio desde los depósitos de bauxita
no cubiertos, en áreas de alto contenido de
situados a mayor altura.
radio (>48 mg/kg) pueden potencialmente
exceder este nivel. Aunque la exposición al
Para la determinación de radón se
radón es un problema complejo, su restricción
seleccionaron cuevas de interés turístico y
se logra fácilmente una vez que el problema
espeleológico en cuatro condados de Jamaica
ha sido identificado. Las acciones de
(marcadas también en la figura 1). Se comparó
remediación son simples y se traducen en una
esta concentración con aquella en casas y
reducción significativa de la exposición a la
laboratorios del ICENS en la ciudad de
radiación ionizante por esta fuente.
Kingston; la evaluación del radón se realizó
con un equipo portátil Alpha GUARD que,
La concentración de radón medida en el
además de radón, determina in situ
laboratorio del ICENS fue similar en las casas
simultáneamente la humedad y la temperatura.
y en algunos casos menor debido a las
condiciones de aire acondicionado que induce
Contacto
Nuclear 2 7
una renovación de la atmósfera del
Dos cuevas profundas, de difícil acceso y
laboratorio, por lo que es improbable alcanzar
visitadas solo por espeleólogos que se
los límites determinados por el ICRP de 600
encuentran en el interior de la isla son Windsor
Bq/m para los lugares de trabajo. Basado en
(2 en la figura 1) y Manchester (4 en la figura
las 2,000 horas laborables por año, la
1), localizadas en sitios de elevada
presencia de radón no requiere una
radiactividad. En la primera se obtuvieron
intervención correctiva.
valores de concentración de radón de entre
3
250 Bq/m3 y 350 Bq/m3; sin embargo, no se
Presencia de radón en cuevas turísticas
tienen datos a profundidad de la cueva. En la
y de interés para espeleólogos
segunda, la concentración de radón se elevó
de 536 Bq/m3 en los primeros 10 minutos
La concentración de radón en cuevas sí mostró
hasta alcanzar un máximo de 2,592 Bq/m3.
variaciones significativas en varias áreas de
Basado en estas medidas y usando el valor
Jamaica. Afortunadamente las cuevas abiertas
de restricción de 3 mSv para lugares de
al turismo tienen concentraciones de radón
trabajo se recomienda que posibles visitas
bajas y no requieren remediación alguna. Este
guiadas no permanezcan en ella más de 1.5
es el caso de la cueva de Green Grotto (1 en
horas por día o más de 400 horas por año.
la figura 1) en St. Anne, cuya concentración
La cueva Manchester sí representa un riesgo
de radón varió entre 30 Bq/m y 40 Bq/m , a
para guías o espeleólogos, y la estancia en la
lo largo de sus 1,525 m de largo que incluye
misma no puede ser mayor a 400 horas por
un lago subterráneo. Esta cueva es una de
año, información que se recomendó colocar
las mayores atracciones turísticas, premiada
a la entrada de la cueva para ecoturismo no
en 2003 por la asociación Green Globe 21.
guiado.
Otra de las cuevas abierta al público, Xtabi
CASO OCOYOACAC
3
3
Sea (2 en la figura 1), con comunicación al
mar, mostró concentraciones máximas de 10
Introducción
Bq/m y mínimas aún debajo del límite de
3
detección del equipo, debido a la renovación
Al igual que en el caso de Jamaica, las
permanente de aire de la cueva causada por
actividades de investigación en Ocoyoacac,
el oleaje marino que llega hasta ella.
Estado de México, utilizan la misma
metodología: isótopos radiactivos naturales y
Estos resultados muestran que las cuevas
un Sistema de Información Geográfica,
turísticas hasta ahora monitoreadas tienen
aunque los objetivos son diferentes.
concentraciones de radón muy por debajo de
los límites de 200 Bq/m3 estipulados por el
Los trabajos de investigación en el municipio
ICRP, por lo cual no representan un riesgo ni
de Ocoyoacac se diseñaron con base en la
para el turismo ni para los guías que laboran
preocupación de algunos habitantes por la
en ellas, ya que tampoco se alcanzan los
paulatina disminución en el caudal de arroyos
límites de los 600 Bq/m marcados por el ICRP
y manantiales que proporcionan el soporte
3
para lugares de trabajo.
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Contacto
Nuclear
de una actividad económica importante. El
La precipitación pluvial que recarga los
municipio de Ocoyoacac, representado por su
acuíferos
presidente,
Rivera
fisicoquímicas de la geología propia del medio
Guadarrama y el regidor de Agua Potable
poroso a través del cual se filtra, ya que al
Drenaje y Alcantarillado, Andrés Faustino
lixiviar las capas litológicas, los minerales
Valdés Reyes, así como por la presidencia del
constituyentes de las rocas aportan
Comisariado de Tepexoyuca representado por
concentraciones específicas de compuestos e
el Estaban Valle Romero, ha dado facilidades
isótopos radiactivos naturales. Además una vez
para estos estudios.
que el agua alcanza el acuífero, éste también
doctor
Santiago
adquiere
características
aporta características propias de la geología
El propósito fue determinar procesos de
del sitio. En consecuencia, este es un estudio
recarga de acuíferos y manantiales del
multidisciplinario que involucra características
Municipio, con el objetivo de sugerir un
químicas del agua, isótopos radiactivos
manejo de uso de la tierra que incluya
naturalmente presentes en pequeñísimas
estrategias de protección y reforestación,
cantidades, geología del área y su litología,
ocupación de suelo y cultivos. Aunque a la
así como algunos métodos de exploración
fecha existen diversos estudios sobre
geofísica, todo ello manejado en un SIG.
contaminación de agua en el Valle de Toluca,
éste no es un problema de contaminación,
Geoquímica del agua
sino un paso por delante sobre el cuidado de
este recurso vital para la población.
Entre los diversos elementos que el agua
disuelve cuando se filtra y en su acuífero están
presentes cationes (calcio, magnesio, sodio, y
potasio) y aniones (bicarbonato/carbonato,
sulfato y cloro). La evaluación de estos iones
en el agua permite clasificar el agua
subterránea. Una representación gráfica útil
para el análisis sistemático de esta clasificación
se realiza con el denominado diagrama tri
lineal de Piper. La figura 3 muestra este
diagrama para los primeros resultados
obtenidos en los manantiales de Tepexoyuca
(El Túnel y la Perita).
Sistema de Información Geográfica (SIG)
La composición iónica del agua se debe a la
configuración del terreno que se observa en
Figura 3 El diagrama de Piper para los manantiales El Túnel
(triángulos) y La Perita (círculos) indica que el tipo de agua en
ambos casos es bicarbonatada cálcica y/o magnésica
sus curvas de nivel, localización de pozos y
manantiales, asentamientos poblacionales y
otras características geológicas y litológicas y
Contacto
Nuclear 2 9
está capturada en un SIG. La figura 4 muestra
un despliegue en la pantalla de la
computadora de este SIG para los manantiales
considerados en Tepexoyuca (rectángulo
inferior izquierdo) y Ocoyoacac (círculo
superior derecho). A partir de la base de datos
que conforma el SIG, se puede elaborar mapas
específicos desplegando selectivamente la
información deseada; la Figura 5 muestra un
desplegado particular de las características
geológicas correspondientes.
Figura 6 Determinación in situ de radón en el
manantial de El Pedregal, Tepexoyuca
Isótopos radiactivos naturales
Además de la influencia geológica del sitio y
del acuífero mismo se observan cambios en
la concentración de iones en el agua en
tiempos intermedios debido a variaciones en
las épocas de estiaje o de precipitación pluvial.
El radón es un trazador natural que responde
a variaciones del acuífero en tiempos cortos,
ya que tiene una vida media de 3.8 días, así
que en 19 días (5 vidas medias) solo el 3%
del radón pertenece a la etapa anterior. Por
ser un gas noble no se combina con otras
sustancias químicas, no requiriéndose
correcciones por la presencia de iones en el
agua. Es indicativo del tipo de roca, ya que
proviene de la concentración de uranio y
Figura 4 Despliegue del Sistema de Información Geográfica
para el caso específico de los manantiales de Tepexoyuca
(rectángulo) y Ocoyoacac (círculo).
puede ser indicativo del caudal por la
capacidad de mayor o menor lixiviación del
radio. El radón se detecta fácilmente in situ, lo
cual lo hace un excelente indicador de
procesos geofísicos. La figura 6 (izquierda)
muestra el equipo portátil durante la
determinación de radón en el manantial de
El Pedregal, Tepexoyuca (derecha)
La diferencia entre los valores máximos y
mínimos de concentración de radón en Bq/L
entre los manantiales es hasta de 30 veces
Figura 5 Mapa de las características geológicas de los
manantiales de Tepexoyuca y Ocoyoacac a partir del
Sistema de Información Geográfica.
Métodos de exploración geofísica
Con la colaboración del Instituto de Geofísica
de la UNAM (J. E. Hernández), se utilizó
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Contacto
Nuclear
Figura 7 Perfiles de resistividad eléctrica indicando un espectro de humedad
de los manantiales de El Túnel, Tepexoyuca.
equipo de exploración magnética y eléctrica
en el área de los manantiales de El Túnel (19°
característicos de los acuíferos (geoquímica del
agua, isótopos radiactivos naturales, perfiles
15’ 21’’N, 99° 25’ 59’’W, 2692 msnm).
geomagnéticos y geoeléctricos), todos ellos
Se realizaron cinco perfiles magnéticos y dos
de la comunidad de ambas entidades,
perfiles eléctricos a lo largo de longitudes entre
40 m y 90 m, para estimar el espesor de la
capa sedimentaria y para determinar
estructuras superficiales menores a 10 m,
donde en algunos casos se localiza el nivel
georeferenciados en un SIG. Se tiene el interés
Tepexoyuca y Ocoyoacac para incrementar la
toma de datos que permita una estadística
suficiente en el modelado de los acuíferos y su
recarga.
freático.
El logro de este modelo permitirá a la
Las exploraciones magnéticas y eléctricas se
y protección de áreas, que posibilitarán
complementaron, cubriendo el espectro de
baja y alta frecuencia respectivamente. La
figura 7 muestra dos perfiles (uno
perpendicular al otro) de resistividad eléctrica
comunidad realizar estrategias de uso de suelo
establecer estrategias, no solo para la
preservación de mantos acuíferos, sino también
para el incremento de la captación de agua
potable.
del medio poroso granular. La mínima
resistividad indica las zonas de muy alta
humedad. La figura 8 ilustra el grupo de
trabajo preparando la exploración eléctrica
cercana al manantial de El Túnel
Conclusiones
Los trabajos realizados permiten contar con
una base de datos regionales (geología,
hidrología, curvas de nivel, localización
poblacional), así como con los primeros datos
Figura 8 Preparando la exploración eléctrica. Tec.
Antonio Anastasio (ININ), Dr. J. H. Flores (ININ), Tec.
Víctor Aguirre (ININ), Dr. J. E. Hernández (UNAM) y
regidor Andrés Faustino Valdés.
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