Estudio de caracterización, movilidad y biodisponibilidad de metales en sedimentos del Río Sonora y su afluente el Río Bacanuchi, Sonora

Abstract

Los sedimentos son el resultado de la deposición de partículas que traen consigo material de rocas, minerales, metales pesados, materia orgánica, entre otras sustancias. Se ha demostrado que algunos metales en concentraciones trazas, son esenciales para el desarrollo de los organismos; sin embargo, dependiendo del tipo de metal, de su concentración, de su especiación química, estos pueden causar potenciales efectos adversos en los seres vivos. Este estudio tiene como objetivo investigar la caracterización, movilidad y biodisponibilidad de los metales pesados en sedimentos de los ríos Sonora y Bacanuchi, en el estado de Sonora, México, en período de lluvias y de sequía correspondientes a octubre de 2014 y junio de 2016. De cada período se determinaron las características físicas y químicas de los sedimentos, como son pH, sulfatos, metales totales y biodisponibles, análisis textural y granulométrico, además de realizarse la determinación de los valores de factor de enriquecimiento (FE), índice de geoacumulación (Igeo), nivel de efecto bajo y severo (LEL y SEL) en la biota para estimar el grado de contaminación de los sedimentos con respecto a los valores de línea base y al impacto en la biota. Adicionalmente, se realizó un análisis de correlación para estimar la posible relación de los parámetros físicos y químicos estudiados. Los estudios de SEM y DRX, así como los diagramas Eh-pH se llevaron a cabo únicamente para los sedimentos del período de lluvias. Con respecto a los resultados obtenidos para el período de lluvias, se observó que las estaciones de muestreo presentaron una textura principalmente arenosa, y sólo el Represo Tinajas 1, mostró una textura arenosa-gravosa. Además, en este mismo período, los sedimentos mostraron altas concentraciones de los siguientes metales totales (mg/kg): en el río Bacanuchi fluctuaron en los siguientes rangos: Cd (<BDL), Cu (94 - 716), Cr (39 - 90), Fe (22,100 - 52,400), Mn (297 - 612), Ni (17 - 48), Pb (69 - 210) y Zn (113 - 470). En el río Sonora, las concentraciones totales (mg/kg) fueron: Cd (<BDL), Cu (8 - 58), Cr (8 - 49), Fe (7,300 - 29,100), Mn (80 - 938), Ni (6 - 35), Pb (14 - 79) y Zn (41-147). Con respecto a los metales biodisponibles (FI, FII, FII), para el período de lluvias, en general tuvieron concentraciones menores que los metales en la fracción residual. El análisis de SEM en los sedimentos del período de lluvias, presentaron cristales de sulfuros de hierro (pirita), aluminosilicatos, así como la presencia de sales eflorescentes con valores de hierro y titanio con trazas de bromo. Los resultados de DRX indican que la mineralogía de los sedimentos es dominada por cuarzo, feldespatos de tipo microcline y ortoclasa, con contenido menor de moscovita y titanomagnetita. El análisis de correlación de Spearman para el período de lluvias mostró una fuerte correlación positiva de los metales con las fracciones más gruesas, que son arenas y gravas, y a su vez, existe una fuerte correlación entre los propios metales. El factor de enriquecimiento (FE) evidenció un origen antropogénico de Cu, Cr, Ni, Pb y Zn en la mayoría de las estaciones de muestreo de los ríos Sonora y Bacanuchi. El índice de geoacumulación (Igeo) demostró que el Cu y Pb representan una contaminación de moderada a fuerte en ciertas estaciones de muestreo. Los límites de LEL se rebasaron en casi todas las estaciones de muestreo para Cu, Cr, Fe, Mn, Ni, Pb y Zn, mientras que los valores de SEL sólo se rebasaron para Cu y Fe para estaciones cercanas a la fuente de contaminación (Represo Tinajas 1). Con respecto al período de sequía, la textura de los sedimentos tanto del río Sonora como del río Bacanuchi fue predominantemente arenas en la todas de las estaciones de muestreo, seguido de gravas. El análisis granulométrico mostró que los metales también predominaron en la fracción de arenas, seguida de la fracción de gravas. Las concentraciones de metales totales para el período de sequía en el río Bacanuchi son las siguientes (mg/kg): Cr (13 - 24), Cu (22 - 103), Fe (25025 – 28175), Mn (269 - 404), Ni (27- 38), Pb (23 - 59) y Zn (50 - 111). En el río Sonora son los siguientes (mg/kg): Cr (5 - 27), Cu (2 - 16), Fe (9156 – 34343), Mn (114 - 573), Ni (21 - 34), Pb (12 -59) y Zn (27 - 67). Las concentraciones de metales en la fracción móvil (FI, FII, FIII) fueron también menores que en la fracción residual, al igual que para el período de lluvias. El análisis de correlación de Spearman mostró resultados para el período de sequía fueron muy similares que para el período de lluvias. Metales como Cu, Fe, Ni, Pb y Zn, presentaron una correlación positiva con la fracción grava indicando que las mayores concentraciones de estos se encuentran en dicha fracción. Los resultados de FE para el período de sequía muestran que Cu, Ni, Pb y Zn sobrepasaron el valor de 1.0 en distintas estaciones de los ríos Sonora y Bacanuchi. Por otro lado, los valores de Igeo estuvieron por encima de cero, sólo para Ni y Pb indicando que se encuentran en el rango de no contaminadas a moderadamente contaminadas. Ni, Cu, Cr, Fe y Mn rebasan el criterio LEL en algunas de las estaciones de los rios Bacanuchi y Sonora. Los valores de SEL no se rebasaron para ninguno de los metales en las estaciones de muestreo de ambos ríos, para el período de sequía. A manera de comparación entre ambos períodos de muestreo, los metales totales, específicamente Cu, Cr, Pb, Mn y Zn, presentaron valores mayores de concentración durante el período de lluvias, con respecto al período de sequía. Los resultados de los metales biodisponibles fueron muy similares para ambos períodos de muestreo (lluvia y sequía). Por otra parte, en el período de lluvia, los metales Cu y Pb presentaron valores muy altos de FE; mientras que en el período de sequía, Cu y Pb obtuvieron valores de FE mucho más bajos. De manera general, el Igeo mostró valores mayores en los resultados del período de lluvias con respecto al período de sequía. El presente estudio ha generado información sobre las concentraciones de metales, su movilidad, las fracciones geoquímicas a las que pertenecen y, predice su posible efecto sobre la biota, y cobra especial importancia en el ámbito regional debido al derrame de residuos ácidos ocurrido en agosto de 2014, en Cananea, Sonora, México, cuyos efectos de este incidente aún no se han evaluado plenamente.