metales pesados en sedimentos de la zona costera de la bahia de

ESTUDIO DE LA CONTAMINACIÓN POR HG, PB, CD Y ZN EN LA BAHÍA DE
CHETUMAL, QUINTANA ROO, MÉXICO.
José Luis GONZALEZ1, Cristina DIAZ2, José Manuel CARRION1
Departamento de Ingeniería Ambiental, Laboratorio de Química Analítica, Universidad
de Quintana Roo, Chetumal, Quintana Roo, México, CP. 77019, Tel. 01 983 83 5 03 94,
e-mail: [email protected]. Facultad de Química, Universidad de la Habana,
San Lázaro y L. Vedado, 14400, La Habana, Cuba,e-mail: [email protected]
Palabras clave: metales pesados, mejillón
RESUMEN
En este trabajo se estudiaron diferentes métodos, haciendo uso de un conjunto de
técnicas analíticas y de métodos de procesamiento de resultados que permiten conocer
los contenidos de los metales estudiados, como sistematizar su influencia sobre los
diferentes componentes (sedimentos y un tipo de organismo bentónico) de éste
ecosistema. La contaminación de la zona costera de la bahía de Chetumal, fue
caracterizada evaluando las concentraciones de Hg, Pb, Cd y Zn en tejido de mejillones
(Mytilopsis sallei) y sedimentos marinos en dos temporadas del año 2002. Las
concentraciones de los metales estudiados en los mejillones fueron inferiores a las
encontradas en los sedimentos, observándose no obstante una misma tendencia
entre organismos y sedimentos en los puntos de muestreo.
Las concentraciones encontradas en los sedimentos oscilan entre 0.04–2.25 μg/g para
Hg, 0.17-5.63 μg/g para Pb, 0.05-1.00 μg/g para Cd y 28.67–276.9 μg/g para Zn, los
cuales son similares a los reportados por (De Luca Rebello, 1986) para sedimentos
contaminados. Los niveles de metales pesados en los mejillones están entre 0.22–2.5
μg/g para el Hg, 0.31–3.25 μg/g para Pb, 0.20–0.73 μg/g para Cd y 22.0–35.3 μg/g para
el Zn, éstos valores son inferiores a los reportados por Gundacker (Gundacker, 1999)
en los mejillones de su investigación.
INTRODUCCIÓN
La bahía de Chetumal, está situada en el extremo Sur del Estado de Quintana Roo, al
Sureste de la península de Yucatán en México. También es una zona fronteriza que
comparten México y Belice. Frente a la ciudad del mismo nombre, tiene conexión con el
Río Hondo el cual sirve como límite fronterizo con el país de Belice, Centro América, y
comunica con el mar Caribe, pasando a través de varios cayos; Esta limitada por los
paralelos 18° 21” y 18° 52” N y los meridianos 87° 54” y 88° 23” de longitud Oeste
(Figura 1).
1
Figura 1. bahía de Chetumal, Quintana Roo.
El caso particular de la bahía de Chetumal, por sus características y en particular por la
amplia variedad de especies marinas que albergan, entre las que destacan el manatí
antillano (Trichechus manatus manatus) y una especie de delfines, ha sido declarada
desde 1996 como Área Natural Protegida, “Santuario del manatí” (NOM-059-ECOL1994).
Es evidente que el desarrollo poblacional, turístico e industrial, está ocasionando daños
a las diferentes especies marinas y también a la población que utiliza esta bahía como
balneario. Es estratégico mencionar que el 1996 se encontraron más de 20,000 bagres
(Ariopsis assimilis) muertos, debido a una contaminación de fuentes no localizadas, por
plaguicidas organoclorados (Vidal, et al., 1996; Ortiz-Hernández, et al., 1997).
(Rojas et al., 2002), realizó estudios de niveles de concentración de metales pesados
en hueso y sangre de manatíes (Trichechus manatus manatus) de la Bahía de
Chetumal y río Hondo y se hallaron 14 metales en huesos de manatíes de la Bahía y un
ejemplar de la Isla Holbox; las concentraciones de Ni, Cu, Cd, Pb y Hg fueron
superiores a las reportadas en otros mamíferos marinos.
En el 2001 se realizó un estudio de especiación de metales pesados en sedimentos de
la bahía de Chetumal, Quintana Roo y la acumulación en el músculo de bagres
(Ariopsis assimilis), como resultado, el Zn y el V fueron los metales más biodisponibles
en las dos épocas del año y el Fe menos biodisponible tanto en sedimentos como en
los organismos. También las relaciones mineralógicas entre el Fe, Zn, Pb, Cu, Cd, Ni y
2
V sugirieron los aportes de estos metales de diferentes fuentes adicionales (GarcíaRíos, 2001).
Los moluscos bivalvos son uno de los muchos organismos que sirven como
bioindicadores de metales pesados, debido a que son organismos sedentarios y
mantiene una larga vida. La disponibilidad de los metales en organismos acuáticos es
influencia de varios factores externos tal como la temporada estacional, pH, la dureza
del agua, la concentración y la composición de la materia particulada. (Farrington, et al.,
1983; Barsyte D., 1999).
De acuerdo con la literatura tanto el ostión C. gigas como el mejillón Mytilus sp. , dentro
de un gran grupo de organismos marinos han sido objeto de múltiples investigaciones
en las que ha quedado de manifiesto la capacidad de estos organismos para indicar la
presencia de metales pesados y compuestos orgánico sintéticos (Goldberg, et al., 1978;
Gutiérrez-Galindo, et al., 1984).
Una de las características de estos organismos es su facilidad para concentrar una gran
variedad de compuestos provenientes de las aguas a las cuales se encuentran
expuestos (Phillips y Segar, 1986). Su contaminación proporciona una medida
integrada en el tiempo, de la biodisponibilidad del metal, que corresponde a la fracción
de su carga total que es de relevancia ecotoxicologica directa (Rainbow and Phillips,
1993).
En esta investigación se caracterizó la concentración y distribución de Zn, Pb, Cd y Hg,
en mejillones Mytilopsis sallei, empleando 5 puntos de muestreo a lo largo de la zona
costera de la bahía de Chetumal y se comparó la concentración encontrada con la
existente en los sedimentos de la misma zona, con el fin de avaluar la posibilidad de
emplear estos organismos como bioindicadores de contaminación por metales.
MATERIAL Y MÉTODOS.
En el 2002, se estudiaron los sedimentos y mejillón (Mytillopsis sallei) para evaluar la
acumulación de metales en éste organismo y establecer alguna correlación entre el
contenido de metales encontrado y el encontrado en el sedimento, con el objetivo de
evaluar en el futuro, su empleo como bioindicador. Las estaciones e muestreo se
ubican (Figura 1) a lo largo de la zona costera de la bahía de Chetumal, a una distancia
de 10 m, el recorrido se realizó con una lancha de motor fuera de borda propiedad de la
Universidad de Quintana Roo, se colectaron alrededor de 20 mejillones por estación.
Los mejillones se colectaron con la ayuda de una espátula de Polipropileno y guantes
de tela, los organismos sésiles, los organismos se lavaron y seleccionaron en
uniformidad de acuerdo al tamaña y peso, se liofilizaron, trituraron y tamizaron a una
fracción de 150 μm, se aplicó una técnica propuesta por el manual de métodos de
investigación del medio Ambiente Acuático (FAO, 1983). Los sedimentos se secaron,
liofilizaron y tamizaron empleándose la fracción menor de 63 μm para su posterior
3
digestión pseudototal de acuerdo a (ISO-11466, 1994), (Rauret, 1999). Para el análisis
de los metales, se aplicó el procedimiento descrito en la norma (ISO-11047, 1998). Las
concentraciones se determinaron con un Espectrofotómetro de Absorción Atómica (AA)
de la marca Varian, modelo SpectrAA-220 acoplado con generador de vapor (VGAAS),
modelo VGA 77. Para Zn, Cd y Pb se utilizó una llama aire acetileno y para Hg se utilizó
la generación de vapor. Para verificar la exactitud de los procedimientos de análisis
empleados se utilizó el material de referencia de mejillones NIST –SRM- 2977 y para
los sedimentos marinos se utilizó un material de referencia de sedimento calcáreo (CE141). Los resultados obtenidos se procesaron con el programa XLSTAT-Pro versión
7.5.3 (1995-2005 Addinsoft), para establecer correlaciones lineales y realizar el análisis
de componentes principales (ACP).
.
RESULTADOS Y DISCUSIONES.
Exactitud del método, se encontró que los intervalos de confianza declarados para la
muestra de referencia y los obtenidos en el laboratorio se solapan en todos los casos
(Tabla 1).
Tabla 1. Resultados del análisis de los materiales de referencia mejillones y sedimentos (n=3).
Metales pesados
CST NIST-SRM2977
CL
(CL –S)
(CL +S)
S
Hg
0.101
0.12
0.1
0.14
0.02
Pb
2.27
2.35
2.24
2.46
0.11
Cd
0.179
0.21
0.17
0.25
0.04
Zn
135
136.21
134.95
137.47
1.26
Metales pesados
CST CE-141
CL
(CL –S)
(CL +S)
S
Hg
0.06
0.06
0.05
0.07
0.01
Pb
27.32
28.5
27.27
29.73
1.23
Cd
0.36
0.4
0.33
0.47
0.07
Zn
78.11
79.1
77.99
80.21
1.11
CST = concentración de material de referencia, CL = concentración experimental, S = desviación estándar.
Las concentraciones de Hg, Pb, Cd y Zn medidas en mejillones y sedimentos, en
ambas épocas de muestreo, se presentan en la (Tabla 2). Las concentraciones son
generalmente mayores en época de lluvia que en seca, probablemente debido a la
mayor ocurrencia de fenómenos de escurrimiento en época de lluvia, así como también
se favorecen los fenómenos de mezcla de material suspendido en la columna de agua,
que se arrastra hasta la bahía.
Tabla 2. Resultados de los promedios de las mediciones en μg/g.
4
Sedimentos μg/g
Mejillones
μg/g
Muestra
Lluvia 2002
Punto Hg
S
Pb
S
Cd
S
Seca 2002
Zn
S
Hg
S
Pb
S
Cd
S
Zn
S
1´
0.50 0.06 0.31 0.01 0.20 0.01
22.00
0.71
0.52 0.01 0.60 0.07 0.21 0.01
27.80
0.14
2´
1.20 0.07 1.22 0.01 0.30 0.01
31.00
0.71
1.19 0.01 0.83 0.02 0.25 0.02
32.10
0.78
3´
1.30 0.04 1.50 0.07 0.21 0.01
35.30
0.21
1.23 0.16 1.22 0.01 0.23 0.02
28.00
0.71
4´
2.50 0.07 3.23 0.02 0.73 0.01
30.30
0.85
2.03 0.02 2.54 0.03 0.57 0.01
29.03
0.69
5´
0.23 0.01 0.51 0.01 0.50 0.07
25.00
0.71
0.22 0.01 0.45 0.04 0.47 0.01
22.03
0.69
1
0.90 0.28 0.00 0.00 0.14 0.05
33.78
1.84
0.13 0.04 0.17 0.06 0.05 0.01
28.67
6.64
2
0.99 0.27 1.92 0.08 0.42 0.36
43.56
2.14
0.24 0.06 0.61 0.19 0.09 0.03
36.89
3.79
3
1.57 0.43 4.84 0.17 0.93 0.06
88.44
5.82
0.35 0.03 1.22 0.07 0.17 0.01
43.44
4.44
4
2.25 0.09 5.63 0.28 1.00 0.07
137.78
33.90
0.70 0.06 2.84 0.29 0.45 0.12
129.56
5.36
5
1.25 0.02 4.11 0.25 0.96 0.05
276.89
23.50
0.04 0.04 0.99 0.10 0.30 0.35
35.78
16.09
S = desviación estándar.
Las concentraciones son relativamente mayores en el punto 4 que en el resto. Estas
corresponden al Balneario Punta Estrella. Esta zona refleja una mayor influenciada de
las descargas contaminantes, que la misma desembocadura punto 5, debido a los
fenómenos de transporte que ocurren en esta, que condicionan que ocurra un arrastre
de los contaminantes hacia ese punto, lo cual podría deberse a la influencia de las
corrientes marinas en esta bahía (Morales et al., 1996).
En los mejillones, se observa una secuencia de concentración de metales de
Zn>Pb>Hg>Cd, siendo el Zn siempre un orden de magnitud superior a los otros
metales. En ellos, las concentraciones de Hg, oscilaron entre 0.22 y 2.50 μg/g, entre 0.3
y 3.20 μg/g para Pb; 0.2 a 0.70 μg/g para Cd y de 22 a 35 μg/g para el Zn. Los niveles
de metales en los mejillones, fueron inferiores a los reportados por Gundacker
(Gundacker, 1999), presentando niveles de concentración de Pb entre 1 a 10 μg/g, de
Cd entre 0.5 μg/g, Cu de 9 a10 μg/g y Zn entre 5 a 500 μg/g.
Los contenidos de Hg encontrados en los sedimentos oscilan entre 0.04 a 2.25 μg/g,
entre 0.17 a 5.63 μg/g de Pb, excepto un punto donde este metal no fue detectado
(punto 1 en época de lluvia). Se encontraron concentraciones de 0.05 a 1.00 μg/g de Cd
y de Zn entre 28.67 y 276.89 μg/g. La diferencia entre las estaciones climáticas es mas
importante en los sedimentos. De manera general los sedimentos también reflejan los
mismos efectos del fenómeno de transporte sobre el punto 4.
En la (Tabla 3) se observa para los mejillones, una importante correlación Pb-Hg
(p<0.002), seguida de la correlación Pb-Cd (p<0.11). En época de seca, la correlación
mas importante es también Pb-Hg (p<0.013) pero cobra interés la correlación Hg-Zn
(p<0.119) superior a la correlación Pb-Cd (p<0.146) en lluvia. (Tabla 3). Matriz de
correlación para los metales estudiados en lluvia y seca en a) Mejillones b) Sedimentos.
5
Tabla 3. Matriz de correlación para los metales estudiados en lluvia y seca en a) Mejillones. b)
Sedimentos.
a)
b)
Hg*
Pb*
Cd*
Hg
1
Pb
0.98
1
Cd
0.53
0.67
1
Zn
0.58
0.56
-0.03
Zn*
Hg
Pb
Cd
Zn
1
1
0.92
1
0.34
0.59
1
0.65
0.35
-0.37
1
*metales en época de lluvia.
Al relacionar las concentraciones medidas en mejillones y sedimentos entre si, se
observa que se encuentran correlacionados (Tabla 3) y generalmente experimentan la
misma tendencia mostrando un ascenso hacia el punto 4 y una disminución desde éste
al punto final tanto en lluvia como en seca (punto 5). La (Figura 2) ejemplifica el caso de
la época de lluvia. Tendencia observada en las concentraciones para sedimentos (S) y
mejillones (M), en μg/g.
Sin embargo el Zn no experimenta esta tendencia. En época de lluvia su concentración
es elevada en el sedimento del punto 5 (276.89 μg/g), lo cual no se refleja en los
mejillones del punto 5´ (25 μg/g). Esto pudiera deberse a que, aunque el punto 5 se
encuentra directamente frente a la desembocadura del río, dado que el punto 5´ esta
embolsado y alejado de ella, probablemente los altos contenidos de Zn hayan sido
desplazados lejos de la costa en esa zona por la corriente del río, provocando que los
mejillones punto 5´ no reflejen la elevada concentración encontrada en los sedimentos
punto 5 en esta zona. (Tabla 2). A diferencia del resto, el Zn presenta bajos valores de
coeficientes de correlación entre mejillones y sedimentos (Tabla 4). El valor de
correlación obtenido para Cd en lluvia se debe a que su concentración en el punto 3 fue
igual a la del punto 1 en lugar del aumento esperado. (Tabla 4). Coeficientes de
correlación obtenidos al relacionar los contenidos de cada metal en los mejillones con
los de los sedimentos en las dos épocas climáticas.
Tabla 4. Coeficientes de correlación obtenidos al relacionar los contenidos de cada metal en
los mejillones con los de los sedimentos en las dos épocas.
Metal
lluvia
Seca
Hg
0.87
0.93
0.99
Pb
0.77
Cd
0.32
0.93
Zn
0.22
0.003
6
Hg M
Hg, Cd y Pb en epoca de lluvia
Hg M
Hg, Cd y Pb en epoca de seca
Hg S
Hg S
Pb S
5.0
Cd M
4.0
Cd S
3.0
2.0
Cd M
Pb M
1.0
0.0
1
2
3
puntos de muestreo
Hg M
4
5
concentración (ug/g)
Concentración (ug/g)
Pb M
Pb M
6.0
3.0
Pb S
2.5
Cd M
Cd S
2.0
1.5
1.0
Cd M
0.5
Pb M
0.0
1
2
3
Hg M
4
5
puntos de muestreo
Figura 2. Distribuciones espaciales y temporales de las tendencia observada en las
concentraciones para sedimentos (S) y mejillones (M), en μg/g.
Los resultados obtenidos del análisis de componentes principales para los cinco puntos
de muestreados de la bahía de Chetumal se presentan en las graficas 1 y 2 en ambas
estaciones climatológicas, en la (Grafica 1) obtenemos una varianza total del 94.67% a
través de dos componentes principales. El componente principal, esta definido por dos
metales Hg y Pb con similar importancia con menor cuantía para el Zn y Cd, con una
varianza de 68.73% , ya que estos elementos poseen factores de carga más elevados.
Este grupo esta compuesto por el punto de muestreo 4 (Punta Estrella) por presentar
mayor cercanía a los otros puntos de muestreo. En la (Grafica 2), obtenemos una
varianza del 96.58% a través de dos componentes principales y al igual que en la
temporada de lluvias existe un grupo de dos metales Hg y Pb con similar
comportamiento, en este análisis es mas claro la cercanía del punto de muestreo 4 al
grupo de metales Hg y Pb y con menor cuantía para el Zn y Cd con una varianza de
60.93 %. Cuando los metales están agrupados, indican también que tienen la misma
fuente de contaminación.
7
Biplot (axes F1 and F2: 94.67 %)
Biplot (axes F1 and F2: 96.58 %)
2.5
2.5
2
2
punto 3
1.5
1.5
Zn*
1
punto 2
PC2
PC2
1
0.5
Hg*
Pb*
0
punto 4
0.5
Pb
0
-0.5
punto 1
-0.5
Cd
punto 5
Hg
punto 1 punto 3
-1
punto 4
punto5
-1
punto 2
Zn
-1.5
Cd*
-2
-1.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
-2 -1.5 -1 -0.5 0
2.5
0.5
1
1.5
2
2.5
PC1
PC1
Grafica 1. Análisis de componentes
principales en los mejillones “Mytilopsis
sallei” en temporada de lluvias.
Grafica 2. Análisis de componentes
principales en los mejillones “Mytilopsis
sallei” en temporada de secas.
AGRADECIMIENTOS
Por su gran apoyo le agradecemos a la Universidad de la Habana, en especial a la
Facultad de Química de esta casa de estudios.
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