Niveles de contaminación por metales pesados en la zona costera de Santa Rosalía: sedimentos y macroalgas

Abstract

Los sedimentos de plataforma adyacente al distrito minero de Santa Rosalía conservan los registros históricos de las fuentes naturales de elementos mayores y traza, así como los niveles de metales contaminantes incorporados en exceso por los aportes antropogénicos; su persistencia y/o movilidad son controlados por los procesos biogeoquímicos del ambiente sedimentario marino. Lo anterior fue corroborado mediante el análisis geoquímico de los elementos mayores y traza del ambiente sedimentario y con la determinación de la geomovilidad de algunos metales potencialmente tóxicos en el sector central de Santa Rosalía, el cual está fuertemente enriquecido con Cu, a la vez que, los resultados permitieron inferir la magnitud de la contaminación. La composición química de los materiales sedimentarios se determinó aplicando técnicas de activación neutrónica, espectrometría de masas plasma acoplado (ICP-MS) y espectrometría de absorción atómica (AAS). Los resultados son consistentes con la valoración geoquímica anterior y revalidan que la fuerte contaminación por metales pesados es mayormente debida a la minería y la fundición de cobre durante el siglo pasado. Los factores de enriquecimiento indican que los aportes derivados de fuentes antropogénicas fueron dominantes sobre el aporte natural en el sector central de Santa Rosalía. Resultando concentraciones anómalas extremas de Co, Cu, Mn y Zn, seguidos por As, Ca, Cd, Cr, Ba, Br, Sb, Sr, Pb, U y Pb. En los sedimentos de los márgenes: sectores norte y sur, los niveles de estos elementos son relativamente más bajos y se consideran como los niveles regionales (background) del área. Adicionalmente, algunos ET revelan excepciones en sus concentraciones; el arsénico, antimonio, bromo, selenio y el estroncio muestran enriquecimiento en todo el ambiente, por lo tanto estos metales representan una huella geoquímica natural. Algunas diferencias de concentración sobresalientes de los principales contaminantes (naturales-antropogénicos) del ambiente marino en Santa Rosalía, son: a) sector norte, Co 47 ± 26 mg kg-1, Cu 32 ± 59 mg kg-1 y Zn 105 ± 55 mg kg-1, b) Sector centro, Co 450 ± 530 mg kg-1, Cu 1730 ± 1.540 mg kg-1 y Zn 1370 ± 1440 mg kg-1, c) sector sur, Co 42 ± 26 mg kg-1 , Cu 110 ± 130 mg kg-1 y Zn 120 ± 80 mg kg-1. Adicionalmente se obtuvieron 4 principales asociaciones de los elementos traza: (I) Ba, Cu, Mn, Pb, Sb, U y lantánidos asociados principalmente a fuentes antropogénicas y a los procesos en la ZMO; (II) Al, Cr, Fe, Sc y Ti que son los indicadores clásicos de la corteza, algunos son diluyentes como Br, CaCO3, Ca y Sr y Corg de origen biogénico marino; (III) Co, Cr, Pb, Rb, Se, Zn y Zr los cuales son elementos terrígenos posiblemente asociados con la mineralización del depósito; (IV) Cd y Se, probablemente de origen biogénico marino diluido por algunos terrígenos como Cr, Hf, y K. La evaluación de movilidad geoquímica de los metales potencialmente tóxicos como el Cd, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb y Zn, realizada mediante lixiviaciones químicas secuenciales, fue aplicada a sedimentos con diferentes niveles de contaminación por Cu. Fueron determinadas las concentraciones de éstos metales en cuatro diferentes fracciones: en la fracción móvil (F1), en la relativamente móvil (F2), en la asociada con materia orgánica/sulfuros (F3) y la fracción residual (F4), cuantificadas por espectrometría de absorción atómica (flama aire-acetileno). En los sedimentos no contaminados o ligeramente contaminados con Cu (< 55 mg kg-1), los metales Cd, Cu, Mn y Pb están principalmente asociados a las fracciones móviles, Cd 58% en F1 y 24% en F2; Cu 47% en F1 y 24% en F2; Mn 71% en F1 y Pb 24% en F1 y 52% en F2. En la fracción F3 todos los elementos tienen porcentajes relativamente bajos. En la fracción residual o refractaria se detectan algunas particularidades, por ejemplo el Cd no fue detectado. Y el Fe y Ni están incluidos en más del 65%, indicando su fuerte afinidad con la matriz cristalina de los sedimentos naturales. En los sedimentos moderadamente contaminados con cobre (55 mg kg-1 < Cu < 500 mg kg-1) la tendencia es similar, las abundancias relativas altas fueron para: Cd 51% en F1, 40% en F2, Cu 54% en F1, Mn 51% en F1 y Pb 30% F1 y 50% F2. Para Ni el valor principal es el 71% asociado a F4 y para el Zn, su mayor afinidad es de 36% (F1) y de 37% (F2). De acuerdo con éstos resultados el potencial de geomovilidad del Cd, Cu, Mn y Pb es alto en sedimentos dominantemente de procedencia terrígena sin influencia por partículas de desechos sólidos. En los sedimentos muy contaminados con cobre (> 1000 mg kg-1) el Cd, Cu, Fe, Mn, Pb, Ni y Zn están ligados con la fracción residual o refractaria (F4) entre 63% y 84%, reflejando un potencial de geomovilidad bajo y la mayoría de los metales se encuentran favorablemente incluidos en la matriz cristalina de minerales pesados resistentes y/o con los sólidos amorfos de origen antropogénico. En consecuencia los sedimentos de la región central se consideran relativamente inertes a la acción físico-química del ambiente y, posiblemente, los metales potencialmente tóxicos no son liberados fácilmente a la columna de agua desde los sedimentos del sector central de mayor contaminación y no deben estar acumulados en la biota. Para corroborar estas evidencias, se analizó la acumulación de estos elementos en algas marinas café (Padina durvillaei, Sargassum sinicola y Dictyota dichotoma) del sector central contaminado por Co, Cu, Mn y Zn y de los sectores norte y sur, con niveles moderados o no contaminados. En Padina durvillaei los contenidos totales de metales tienen la siguiente secuencia: Cd (3.6 ± 1.6 mg kg-1) < Co (6.6 ± 6.1 mg kg-1) < Pb (7.8 ± 6.2 mg kg-1) < Ni (9.96 ± 5.28 mg kg-1) < Cu (53 ± 38 mg kg-1) < Zn (63 ± 43 mg kg-1) < Mn (295 ± 269 mg kg-1) < Fe (2243 ± 2325 mg kg -1). El análisis de componentes principales mostró que el factor 1 (36,46%) tiene una alta carga positiva de Co, Cu, Mn y Zn, lo que refleja la influencia de la contaminación antropogénica local en la composición de las algas, mientras que el Factor 2 (26,91%) es importante para Co, Fe y Ni y, probablemente, corresponde a la absorción o acumulación de elementos terrígenos de origen regional, en tanto que factor de 3, con una carga positiva alta para Pb y una carga negativa alta de Cd, son probablemente controladas por las entradas antropogénicas locales y regionales de Pb y el suministro episódico de Cd de afloramientos planctónicos locales. Una huella geoquímica especial del ambiente marino de Santa Rosalía es la alta concentración de uranio cuantificada en sedimentos superficiales y en los perfiles verticales de la zona costera y marina, las fuertes anomalías contienen más de 100 μg kg-1 de U, asociadas al sector central. Las columnas sedimentarias con mayor impacto de concentración de uranio por efecto antropogénico fueron SR1 con 96±11 mg kg-1; SR2 con 110±13 mg kg-1 y SR4 con 58±8 mg kg-1. Adicionalmente, la anomalía de U a lo largo del núcleo SR23 muestra picos con concentraciones de más de 12 μg kg-1 que coinciden con los periodos históricos de mayor actividad minera en la región. En contraste, el margen norte mostró características de acumulación natural en los primeros treinta centímetros del núcleo 10, después de estos primeros horizontes se observan nuevamente altas concentraciones relacionadas a la mezcla de las fuentes. Finalmente, la presencia de una zona de mínimo oxígeno (ZMO) que controla la movilidad de elementos redox-sensibles como el U, se pudo inferir a través de los perfiles sedimentarios de mar profundo. Además, las razones Co/Sc y Zn/Sc en núcleos, exhiben el espesor de la capa de sedimentos contaminados por las escorias de la fundición, ésta capa alcanza o excede la longitud de los núcleos (75-93 cm) en la zona de mayor impacto antropogénico y decrece hacia los márgenes de la misma.