¿Que es un metal traza (o metal pesado)? 1. Químicamente corresponden a los elementos de transición, pero también se incluyen elementos no metálicos i.e., Al (III); Pb(IV); As(V), Se(VI) 2. Tienen con una densidad > 5 g/cm 3 3. Su concentración en sedimentos es muy baja (< 0,1%) 4. Son escenciales y tóxicos
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¿Que es un metal traza (o metal pesado)?1. Químicamente corresponden a los elementos de
transición, pero también se incluyen elementos no metálicos i.e., Al (III); Pb(IV); As(V), Se(VI)
2. Tienen con una densidad > 5 g/cm3
3. Su concentración en sedimentos es muy baja (< 0,1%)
4. Son escenciales y tóxicos
The Problem of Metals• Metals are potentially dangerous because they can
affect enzymatic functions and the nervous system
• Anthropogenic activities contribute to their accumulation in the environment
• Metals are not biodegradable
=> What is the toxic species and how much?
=> What is the residence time?
Analytical Speciation(multi-techniques)
Probe(water
column)
Lander,ROV
(sediment)
Fe, MnCu, Pb, Cd, Zn
voltammetricmicro-
electrodes
total analysis
filtration,dialyzers
Sampling(sediment,
water column)
In situ
SupportedLiquid
Membrane
Chromato-graphy
(ion exch.;size fraction.)
total analysis
Extractions(Dissolved
phase)
visualizationcomposition
TEM-EDS(micro-
particles)
bond lengthredox
EXAFS
Particles
Laboratory
Total analysis: ICP-MS or GFAAS
– few techniques available
– speciation is operationally defined
– artifacts due to sampling and handling
In Situ Voltammetric Measurements
Design of in situ sensors
• Reliable, automatic measurements• Simple, compact, low-cost• Minimization of artifacts• Multi-element analysis• High sensitivity (1 pM to 100 nM)• Speciation capabilities• Microsensors
100 µm diameter Au
0.0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1.0 -1.2 -1.4 -1.6 -1.80
50
100
150
200
250
-0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 -0.7 -0.8 -0.9 -1.0 -1.1 -1.2
-80
-60
-40
-20
0
20
Lake SedimentFe2+ + Hg + 2e- -> Fe(Hg)
Mn2+ + Hg + 2e- -> Mn(Hg)
I - [n
A]
Marine Sediment
E - [V]
H2S + Hg -> HgS + 2e- + 2H+
I - [n
A]
Atmósfera
Columna de agua
Sedimento
Interfase Océano-atmósfera
InterfaseAgua-sedimento
Aportes continentales
Procesos autigénicos
Acumulación
SISTEMA MARINO COMO AMBIENTE
Ciclos Biogeoquimicos: Elementos Traza
Published by AAAS
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F. M. M. Morel et al., Science 300, 944 -947 (2003)
Vertical profiles of dissolved zinc (43) and iron (44) concentrations in the north Pacific Ocean
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Fig. 2. (A) Examples of release of complexing agents and metal ligand complexes from marine
plankton: CdX, phytochelatin-Cd complex released by diatoms (25); CuY, peptide
complexes of Cu released by coccolithophorids (26); CuZ, unidentified Cu ligand complex released by Synechococcus (27, 28); sid,
siderophore released by heterotrophic bacteria and cyanobacteria (17); L, unidentified Co
complexing agent released by Prochlorococcus (29); C, Cys; E, Glu; G, Gly; Q, Gln; and R, Arg
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Fig. 3. (A) A diagram of the nitrogen cycle, illustrating the metal cofactors in each enzymatically catalyzed step
INTRODUCCION
FINANCIAMIENTO MINERA ESCONDIDA LIMITADA
PRODUCCION PRIMARIA
FLUJO DE PARTICULAS
QUÍMICA MT
LIMITACIONNUTRIENTES/TOXICO
ADSORCION/DESORCION
PRODUCCION PARTICULAS
SITUACIÓN OCEANOS
Procesos Interfases Situación realOcéanos
IonComplejoQueladoMolécula
ColoideAdsorbidoSuspendido
Estado del Metal(Especie química)
Inorgánico
Orgánico
Soluble
Particulado
Minerales ArcillososCarbonatosOxi-hidróxidosOrgánicos y SulfurosDetrito Mineral
Me Total)P = Σ Fracciones
LA FASE “TRANSPORTADORA”Fases orgánicas : ácidos húmicos y fúlvicos
Material orgánico sólido
Fases carbonatadas
Fases Fe y Mn
Fases detríticas/no detríticas
Fases autigénicas/litogénica
Adsorción e intercambio iónico
MEDIO
EXPOSICIÓN
ORGANISMO
INTERFASEAGUA OSEDIMENTO
METABOLISMO HOMEOSTASIS
•Forma Química•Concentración(Actividad)•Compartimiento•Tiempo Residencia
•Incorporación•Tasa de Encuentro•Eficiencia
Función al nivelde Órganos o Celular.
DISPONIBILIDAD AMBIENTAL
BIODISPONIBILIDAD AMBIENTAL BIODISPONIBILIDAD
TOXICOLOGICA/ FARMACOLOGICA
Organos y Celulas
Inventario Inventario (mg Cu cm-2) (mg Pb cm-2)
Entradas
Advección(1) 0,004 0,02
Transporte atmosférico(2) 0,210 0,05
Aporte Antropogénico(3) 0,410 0,090,624 0,16
Salidas
Acumulación en sedimentos 0,624 0,16
(1): Asume 100% de remoción de Cu y Pb desde columna de agua(2): Estimado a partir del nivel pre-industrial(3). Estimado por diferencia (ver texto)
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