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Metales biodisponibles en la cuenca alta del río Torres-Vizcarra, departamentos
de Ancash y Huánuco
Bioavailable metals in the upper basin of the Torres-Vizcarra, departments of Ancash and
Huanuco
Jorge Chira Fernández*
RESUMEN
La aplicación de la técnica de extracción secuencial nos permite definir las fracciones de los
elementos metálicos que se movilizan en un ambiente dado, identificando las fracciones
biodisponibles y con ello, el real impacto ambiental producto de la dispersión de metales
pesados en sedimentos.
Los resultados de análisis total, comparados con los niveles recomendados por la Junta de
Andalucía, muestran que el arsénico y zinc sobrepasan el denominado límite de intervención,
admitiendo que el suelo se encuentra contaminado en niveles de alta toxicidad.
Los resultados de especiación química indican que las fracciones de los metales están
asociadas principalmente a los óxidos hidratados de hierro y manganeso y a la materia
orgánica, así como a la fracción residual, por lo que las fracciones biodisponibles alcanzan
niveles bastante reducidos, significando ello que no existe un impacto negativo en el ciclo de
vida en la cuenca alta de los ríos Torres-Vizcarra.
Palabras Clave: especiación química, biodisponibilidad, metales pesados, extracción
secuencial.
ABSTRACT
The application of sequential extraction technique allows us to define the fractions of the
metallic elements that are mobilized in a given environment, identifying the bioavailable
fractions and thus, the real environmental impact of the dispersion product of heavy metals
in sediments.
The total test results, compared with the levels recommended by the Junta de Andalucía,
shows that arsenic and zinc exceed the known limits of intervention, assuming that the soil is
contaminated at levels of high toxicity.
*Docente de la E.A.P. de Ingeniería Geológica de la Universidad Nacional Mayor de San
Marcos. E-mail: [email protected]
The chemical speciation results indicate that the fractions of metals are associated mainly to
hydrated oxides of iron and manganese and organic matter, as well as the residual fraction,
as bioavailable fractions reached quite low levels, meaning that no there is a negative impact
on the life cycle in the upper basin of the rivers Torres-Vizcarra.
Keywords: chemical speciation, bioavailability, heavy metals, sequential extraction.
I. INTRODUCCIÓN
poblados antes mencionados (Figura
Mediante la presente investigación se
1).
persigue determinar los niveles de
Los
biodisponibilidad
material fundamental para conocer el
pesados
de
dispersos
los
en
metales
sedimentos
sedimentos
grado
de
constituyen
contaminación
de
un
una
fluviales de la cuenca superior de los
determinada zona. En sedimentos se
ríos Torres-Vizcarra.
puede
Dicha cuenca está ubicada entre los
determinaciones:
límites
de
total de metales, que proporciona una
Ancash y Huánuco, en la que se
evaluación del nivel de contaminación
ubican poblados importantes como son
y la especiación o estudio de las
Huallanca,
Unión.
diferentes formas químicas en las que
Relevante es también la actividad
se encuentra el metal. Esta última nos
minera, dado que se cuenta con
proporciona información respecto a la
yacimientos
biodisponibilidad
de
Huanzalá,
los
departamentos
Ripán
como
además
y
La
Pucarrajo
dos
la
en
tipos
de
concentración
determinadas
pasivos
condiciones medioambientales. Las
ambientales dejados por una actividad
diferentes especies de metales tienen
antigua como lo es la Relavera
un
Huallanca,
respecto a la removilización y la
aguas
de
y
realizar
arriba
de
los
comportamiento
biodisponibilidad.
distinto
con
Figura 1. Ubicación de muestras de sedimento
II. MARCO CONCEPTUAL
Metales pesados en sedimentos
requeridos por el organismo en
Numerosos investigadores coinciden
pequeñas
en que más del 90% de la carga
pasado cierto umbral se vuelven
metálica de una corriente fluvial se
tóxicos (Co, Cr, Mo, Mn, Se y Zn), y
halla en las partículas en suspensión
los metales pesados (sin función
del agua y en los sedimentos. Las
biológica conocida) que se acumulan
partículas en suspensión en las aguas
en el organismo de los seres vivos,
consisten en minerales de arcilla,
cuya
óxidos e hidróxidos de hierro y/o
cantidades produce disfunciones y
manganeso, carbonatos, sustancias
resultan altamente tóxicos, tales
orgánicas
como Cd, Hg, Pb, Sb y Bi (Alvarez
(ácidos
húmicos)
y
cantidades,
presencia
en
pero
que
determinadas
materiales húmicos biológicos (algas
L., 2004).
y bacterias).
Dispersión y biodisponibilidad de
De acuerdo a ciertas investigaciones,
elementos traza en sedimentos
son 53 los metales pesados que
La dispersión de los elementos en los
ocurren en la naturaleza, de los
sedimentos es fuertemente afectada
cuales 17 (As, Ag, Cd, Co, Cr, Cu,
por el pH, potencial redox, y
Fe, Hg, Mn, Mo, Ni, Pb, Sb, U, V, W
ligandos complejos (orgánicos e
y Zn) están disponibles en las células
inorgánicos).
vivas y forman cationes solubles,
La
indispensables en la vida humana.
respuesta
Desde el punto de vista biológico, se
ambiental,
distinguen dos grupos de metales
significativamente, si el Al, Mn, Zn y
pesados:
a un menor grado el Cd, Co y Ni,
aquellos
elementos
movilidad
geoquímica,
a
la
se
en
acidificación
incrementará
están
también
presentes
la
En los sedimentos la removilización
fracción no residual del sedimento.
de los elementos que conforman los
El descenso de pH afectará la fase
metales
intercambiable,
cambios
luego
en
la
fase
pesados
bajo
pequeños
ambientales, es de gran
carbonatada y partes de la fase ácido-
utilidad para determinar las diversas
reducible de los sedimentos, esta
formas
última consiste de oxihidratos de Fe
encuentran, así como el tipo de
y formas menos cristalizadas (Batley,
sustrato al que se hallan asociados
G., 1989).
los
Métodos de extracción selectiva
sedimentos (Ali I..et al, 2006).
La
extracción
Una de las primeras metodologías de
consiste en una secuencia de técnicas
extracción química secuencial fue
de extracción química “selectiva”
desarrollada por Tessier A. et al.
que incluyen la sucesiva remoción de
(1979), la cual ha servido de base
estos elementos mineralógicos y sus
para
asociaciones.
planteamientos
El interés por este método se inició
especiación, como los métodos de
cuando
Forstner,
metodología
Le
de
Riche
y
Weir
químicas
cationes
el
en
que
metálicos
desarrollo
en
de
y
los
otros
posteriores
Salomons
se
de
Forstner,
reconocieron varias formas ligadas
Meguellati, etc.
químicamente de elementos traza en
III. METODOLOGÍA
suelos. Esto ha llevado a una
Cuatro parámetros han sido tomados
variedad de secuencias de solventes,
“in
desarrolladas para fines específicos
multiparámetro COMBO HANNA
(Kersten M. et al, 1990).
HI98129,
situ”
controlado
mediante
con
el
el
cual
medidas
equipo
se
de
han
pH,
conductividad
eléctrica,
TDS
y
Plasma
-Atomic
Emission
temperatura.
Spectrometry), para cada fase.
Para el muestreo de sedimentos se ha
El método Tessier
tenido en cuenta la representatividad
La
que debe tener la muestra por lo que
secuencial química propuesta por
se ha tomado muestras en diferentes
Tessier A. et al. (1979), se basa en un
lugares de cada área escogida en un
intento de reproducir las condiciones
radio de 50m; el tamaño de la
fisicoquímicas
muestra es de 21, tres de las cuales
ambientales,
corresponden al sector Pachapaqui,
fases que definen asociaciones de los
que
cuenca
metales pesados a los diversos
Pativilca, con el fin de caracterizar la
constituyentes del suelo con distintas
dispersión
metales,
energías de enlace; dicho método se
comparándolos con los de la cuenca
aplica de forma secuencial sobre la
de interés.
misma porción de muestra.
El material ha sido pre-tamizado a
El esquema de Tessier A. et al.
malla 30 (595 micrones), para luego
(1979,1980) consiste en la aplicación
ser tamizado a malla 200 (74
de extractantes selectivos en una
micrones), luego de lo cual fue
secuencia,
sometida al proceso de extracción
formas de la solubilidad decreciente
secuencial de Tessier, A.. (1979),
de los elementos metálicos.
con
de
El esquema de extracción secuencial
Espectrometría de emisión atómica
de TESSIER, aplicado por SGS del
de plasma acoplado inductivamente
Perú,
(ICP-AES,
siguiendo
corresponde
de
a
la
los
determinaciones
Inductively
Coupled
metodología
de
especiación
sobre
matrices
considerando
para
consiste
el
determinar
de
método
seis
cinco
las
fases,
Extracción
Secuencial TESSIER A., et al.
se muestran los resultados, con lo
(1979) /EPA -6010B, para cuya
que queda determinado si algunos de
lectura final se usa el Inductively
ellos están biodisponibles.
Coupled Plasma-Atomic Emission
Biodisponibilidad del arsénico
Spectrometry (ICP-AES).
El arsénico se encuentra en mayores
Los resultados que a continuación se
proporciones ligado a la materia
muestran corresponden a seis fases:
orgánica (F5), tal como se aprecia en
soluble en agua (F1), cambiable (F2),
la Figura 2. La segunda fase en orden
carbonatada (F3), ligada a óxidos de
de abundancia es la residual (F6),
Fe y Mn (F4), ligada a materia
salvo el caso del sector Pachapaqui,
orgánica (F5) y sulfuros o residual
donde una fase importante está
(F6). Las tres primeras fases son las
ligada también a los óxidos de Fe y
que representan un mayor riesgo para
Mn (F4), lo que se debería a que el
la biota, y son las denominadas fases
As en condiciones reductoras se
biodisponibles.
adsorbe sobre óxidos de hierro y
IV.
DISCUSIÓN
DE
RESULTADOS
Biodisponibilidad de metales
aluminio así como a partículas
arcillosas.
En cuanto a las fases biodisponibles,
Habiendo sometido las muestras de
el arsénico alcanza valores menores a
sedimento al proceso de especiación
7ppm, no existiendo riesgo desde
química secuencial, a continuación
este punto de vista, de contaminación
por el mismo.
350.0
300.0
F1
F2
F3
F4
F5
F6
200.0
150.0
As (ppm)
250.0
20j-233
0.0
20j-301
as
20j-204
est
r
20j-201
20j-309
Mu
20j-207
20i-267
50.0
20j-198
20I-289
20i-280
100.0
F1
F2 F3
F6
F4 F5
Fase
s
Figura 2. Especiación química del arsénico.
Biodisponibilidad del cadmio
en las fracciones asociadas a la materia
El cadmio aparece principalmente en
orgánica
dos fases, 4 y 5, para el caso de la 4
manganeso,
(asociado a oxihidróxidos de hierro y
precipitación de elementos metálicos
manganeso)
por la formación de compuestos
así
a
como
formas
y
óxidos
lo
que
de
hierro-
favorece
la
complejas con materia orgánica de
insolubles, mayormente hidróxidos.
naturaleza más incipiente (Fig. 3), la
En cuanto a las fases biodisponibles, la
cual
representa
toxicidad
ante
cierto
un
riesgo
de
suma de estas llega a representar el
cambio
de
33%,
condiciones ambientales.
Todas
las
muestras
teniendo
como
máximo
contenido los 4ppm de cadmio, no
del
presente
estudio se encuentran en un pH mayor
que 7, donde, el cadmio se encuentra
representando riesgo alguno para la
vida.
7.0
6.0
5.0
3.0
F1
F2
F3
F4
F5
F6
Cd (ppm)
4.0
F1
F2
F3
F4
F5
F6
20j-233
0.0
20j-301
20j-204
t ras
20j-201
20j-309
Mue
s
20j-207
20i-267
1.0
20j-198
20I-289
20i-280
2.0
Fase
s
Figura 3. Especiación química del cadmio.
Biodisponibilidad del cobre
Dado que la mineralización de la
El cobre muestra una tendencia
mina incluye calcopirita, parte de las
generalizada a asociarse a la fase 5,
formas determinadas pueden ser
ligada a materia orgánica, (Figura 4),
debidas a su presencia como sulfuro
la cual llega a significar hasta un
mineral, si bien es conocida la
86% del contenido total. El material
tendencia
tiene una elevada capacidad de
complejos orgánicos.
retención de Cu por adsorción.
del
cobre
a
formar
400
350
250
200
Cu (ppm)
300
150
F1
F2
F3
F4
F5
100
F1
F2
F3
F4
F5
F6
20j-233
20j-301
0
20j-204
tr a s
20j-201
Mues
20j-207
20j-198
20j-309
20i-267
20I-289
20i-280
F6
50
s
Fase
Figura 4. Especiación química del cobre.
Para
el
caso
muestras
condiciones oxidantes constituye un
sector
sumidero importante de elementos
Pachapaqui, los valores de cobre son
metálicos en los sistemas hídricos;
notablemente mayores (hasta 579
esta
ppm), también con una asociación
metálicos en el sistema acuoso por el
principal a la fase 5, lo que podría
mecanismo de adsorción y co-
atribuirse a la tendencia del cobre a
precipitación, siendo un proceso muy
formar iones complejos con la
sensible a la variación del potencial
materia orgánica.
REDOX.
La asociación secundaria está en la
La suma de las fases biodisponibles
fase 4, ligada a los óxidos de Fe y
llegan como máximo a 4.3 ppm, lo
Mn, conocida como la fase reductora
que significa que este metal tiene una
de los sedimentos, la que bajo
biodisponibilidad mínima.
correspondientes
de
las
al
fase
acumula
elementos
Biodisponibilidad del cromo
materia orgánica, que se puede
Para el caso del cromo, resulta ser de
atribuir a la facilidad del cromo para
naturaleza
formar soluciones complejas en la
más
geogénica
que
antropogénica, dado que la fase
materia orgánica en los sedimentos.
residual se constituye en la principal
Este metal tampoco muestra niveles
fase, concordante con lo esperado,
significativos de biodisponibilidad,
por
dado
las
concentraciones
que
la
suma
de
dichas
relativamente mayores de metales en
fracciones no supera los 2ppm
el río Torres; una segunda fase, en
(Figura 5).
menor proporción, está ligada a la
40.0
35.0
30.0
20.0
Cr
(ppm)
25.0
15.0
F1
F2
F3
F4
F5
F6
F1
F2
F3
F4
F5
F6
20j-233
0.0
20j-301
20j-201
t ras
20j-204
20j-309
Mue
s
20j-207
20i-267
5.0
20j-198
20I-289
20i-280
10.0
Fase
s
Figura 5. Especiación química del cromo.
Biodisponibilidad del plomo
óxidos de Fe y Mn, seguida por la
La fase que representa mayores
fase 5, ligada a materia orgánica, tal
porcentajes de distribución de plomo
como se aprecia en las Figura 6.
en estos sedimentos es la 4, ligada a
Es conocida la fuerte afinidad del
baja energía de enlace, lo que
plomo hacia la adsorción sobre la
provoca una mayor facilidad en su
superficie de los óxidos metálicos y
deserción, que sin embargo no se ha
de la materia orgánica de los
dado en este caso ya que en las tres
sedimentos; sin embargo en ambos
primeras fases el contenido de plomo
casos dicha adsorción conduce a la
es relativamente bajo, llegando a un
ocupación de sitios de adsorción de
máximo a 8ppm.
400
350
F1
250
F2
F3
200
Pb (ppm)
300
150
F4
F5
F6
F1
F2
F3
F4
F5
F6
20j-233
20j-301
0
20j-204
Mues
tr a s
20j-201
20j-207
50
20j-309
20j-198
20i-267
20I-289
20i-280
100
se
Fa
s
Figura 6. Especiación química del plomo.
Con respecto a la fase unida a óxidos
Biodisponibilidad del zinc
de Fe-Mn, esto puede deberse a que
Predomina la fase ligada a óxidos de
el Pb se asocia bajo condiciones
Fe y Mn, seguida de la fase ligada a
anaeróbicas cuando el pH se halla
materia orgánica. Para el caso de la
alrededor de 7 y puede formar
primera de las mencionadas, en la
soluciones
cuenca Torres, el zinc llega hasta
complejas
ligadas
material orgánico, óxidos y arcillas.
a
67% del total, mientras que para la
fase ligada a materia orgánica llega a
Las fases biodisponibles sumadas
40% (Figura 7).
llegan hasta 184ppm, como es el
El patrón del zinc es similar al del
caso de la muestra ubicada en
plomo, donde la fase principalmente
Huallanca, la que parece ser el
está ligada a los óxidos de Fe y Mn,
resultado
seguida de la fase ligada a materia
antrópica, al tratarse de un caso
orgánica. La fase ligada al material
bastante puntual.
residual es relativamente menor, en
.
de
contaminación
comparación con las anteriormente
mencionadas.
1200
1000
800
Zn (ppm)
600
F1
F5
F6
F1
F2
F3
F4
F5
F6
20j-233
20j-301
s
0
20j-204
estr
a
20j-201
Mu
20j-207
20j-309
20i-267
200
20j-198
20i-280
400
20I-289
F2
F3
F4
s
se
Fa
Figura 7. Especiación química del zinc.
V.
biodisponibilidad que signifiquen un
CONCLUSIONES
De acuerdo al estudio de especiación
riesgo para la biota del sector
química, ninguno de los elementos
superior
estudiados
Vizcarra.
presentan
niveles
de
de
la
cuenca
Torres-
La
mayoría
de
estudiados
los
están
elementos
ligados
de referencia (límites de calidad), se
deben
efectuar
estudios
de
principalmente a materia orgánica y
especiación química secuencial a fin
a óxidos hidratados de Fe y Mn, caso
de
del arsénico, cadmio, cobre, hierro y
biodisponibilidad de dichos metales,
cobalto, manganeso, plomo, zinc,
como es el caso del arsénico y zinc.
respectivamente. Dichas fracciones
Se debe establecer un programa para
no son biodisponibles. Tanto el
evaluar
cromo como el vanadio aparecen
biodisponibilidad de los metales
como elementos ligados fuertemente
pesados en las cuencas hidrográficas
a la fracción sulfuro o residual, y
afectadas por las diversas actividades
están relacionados a la presencia de
antrópicas,
mineralización en la parte alta de la
impactadas por la actividad minera.
cuenca.
El
fraccionamiento
determinar
los
los
niveles
niveles
principalmente
de
de
las
del
Difundir la técnica de extracción
níquel muestra una distribución casi
secuencial, que permite definir las
proporcional tanto para la materia
fracciones
de
los
metales
que
orgánica, óxidos hidratados de Fe y
ingresan a la cadena trófica (serie
Mn, así como a la fracción residual.
alimenticia).
VI. RECOMENDACIONES
VII. AGRADECIMIENTOS
Cuando los resultados analíticos
Mi agradecimiento a los directivos
totales
de
los
metales
pesados
de INGEMMET por permitirme
superen los establecidos por la norma
realizar la presente investigación.
VIII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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metal ion speciation. CRC Press, 349 pp.
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proveniente de una planta de tratamiento de aguas servidas. Tesis, Facultad
de Ciencias Agronómicas, Chile, p11.
http://www.cybertesis.cl/tesis/uchile/2004/alvarez_l/sources/alvarez_l.pdf
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methods and problems. CRC Press, 350 p.
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sediments”. En: Trace Element Speciation: Analytical Methods and
Problems. CRC Press, Inc, USA., p: 246-309.
[5] Mendiguchía, Carolina (2005). Utilización de ultratrazas de metales
pesados como trazadores de los efectos antropogénicos producidos en
ecosistemas acuáticos. Tesis Universidad de Cádiz, España, 373 pp.
[6]
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p:844-851.
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speciation of USGS reference sample MAG-1. Geostandards Newsletter,
Association Nationale de la Recherche Technique, p: 145-148.