CONCENTRACIÓN TOTAL Y BIODISPONIBLE DE METALES PESADOS EN SEDIMENTOS DE LA REGIÓN DE LA MOJANA
CÉSAR AUGUSTO SUÁREZ ALGARÍN
UNIVERSIDAD DE CÓRDOBAFACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS
DEPARTAMENTO DE QUÍMICAMONTERÍA
2011
CONCENTRACIÓN TOTAL Y BIODISPONIBLE DE METALES PESADOS EN SEDIMENTOS DE LA REGIÓN DE LA MOJANA
CÉSAR AUGUSTO SUÁREZ ALGARÍN
Trabajo de grado presentado como requisito parcial para optar al título de
Químico
DIRECTOR
JOSÉ LUÍS MARRUGO NEGRETE
Doctor en Ciencias Química
UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA
FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
MONTERÍA
2011
1
NOTA DE ACEPTACIÓN
El trabajo de grado titulado “Concentración total y biodisponible de metales pesados en sedimentos de la región de la Mojana”.
Realizado por el estudiante:
CESAR AUGUSTO SUAREZ ALGARIN
Cumple con los requisitos exigidos por la Facultad de Ciencias Básicas para
optar el titulo de Químico y ha sido aprobado.
Director de trabajo de gradoD. Sc. José Luís Marrugo NegreteDepartamento de Química, Universidad de Córdoba
Jurado de trabajo de gradoM. Sc. Edineldo Lans CeballosDepartamento de Química, Universidad de Córdoba
Jurado de trabajo de gradoM. Sc. Amira Padilla JiménezDepartamento de Química, Universidad de Córdoba
Montería 2011
2
AGRADECIMIENTOS
A Dios.
A mis padres, en especial a mi madre Nereida Algarín Vega, hermanos y
demás familiares.
A la universidad de Córdoba y al departamento de química por ofrecer las
bases para mi formación como profesional y por la calidad de sus profesores.
Al Dr. José Luís Marrugo Negrete por su constante apoyo y dirección en el
trabajo de investigación y sobre todo por permitirme ser parte de su grupo de
trabajo.
A José Joaquín Pinedo Hernández por su orientación y constante ayuda en el
trabajo de grado.
Al grupo de investigación GAQAA, al coordinador del grupo y todos sus
integrantes por su entusiasmo y colaboración.
A todos los profesores del departamento de química por darnos las
herramientas para la ampliación de los conocimientos relacionados con
nuestra profesión.
A mis amigos de la Universidad de Córdoba Jesús Reyes, Carlos Mendoza, José Torralvo, Jean Carlos, Eylin Jiménez, Katiuska Álvarez, Oscar Ávila, Iván Cuadrado, Alex Contreras, Rubén Ramírez, Edwin Ruiz, María Victoria, Yacelis Burgo, Edeimis Espitia, Elizabeth Contreras y a todos aquellos que compartieron conmigo.
A mis amigos del grupo de investigación GAQAA; Saudith Burgos, Iván Urango, Juan Sánchez, Sergio Oviedo, Carolina, Julián Toro, Mauricio Lora, Jaime Lázaro entre otros por su ayuda en mi trabajo de investigación.
3
TABLA DE CONTENIDO
Pág.
1. INTRODUCCIÓN 1
2. OBJETIVOS 3
2.1 Objetivo general 3
2.2 Objetivos específicos 3
3. MARCO TEÓRICO 4
3.1 ESPECIACIÓN DE METALES PESADOS EN SEDIMENTOS 4
3.2 METALES PESADOS 6
3.2.1 Mercurio 7
3.2.2 Cromo 7
3.2.3 Níquel 8
3.2.4 Zinc 8
3.2.5 Cobre 9
3.2.6 Manganeso 10
3.2.7 Hierro 10
3.2.8 Cobalto 11
3.3 CONTAMINACIÓN DE SEDIMENTOS POR METALES PESADOS 11
3.4 MOVILIDAD 12
3.5 BIODISPONIBILIDAD DE LOS METALES PESADOS 13
3.6 FACTORES INFLUYENTES SOBRE LA MOVILILDAD DE LOS
CONTAMINANTES
14
3.6.1 El pH 14
3.6.2 El potencial redox 14
3.6.3 La capacidad de intercambio catiónico (CIC) 14
3.6.4 La materia orgánica 14
3.6.5 El contenido de óxidos e hidróxidos de Fe/Mn 14
3.6.6 La textura 15
4. METODOLOGÍA 16
4.1 ÁREA DE ESTUDIO 16
4.1.1. Estaciones de muestreos 16
4.2 MUESTRAS 18
4
4.3 RECOLECCIÓN DE MUESTRAS 18
4.3.1 Sedimentos 18
4.3.1.2 ANÁLISIS DE LAS MUESTRAS 18
4.3.1.2.1 Determinación de Textura 18
4.3.1.2.2 Determinación de la capacidad de intercambio catiónico 19
4.3.1.2.3 Determinación del pH y potencial redox en sedimentos 19
4.3.1.2.4 Determinación de la materia orgánica en sedimentos 19
4.3.1.2.5 Determinación de metales totales en sedimentos 19
4.3.1.2.6 Determinación de biodisponibilidad de metales pesados 20
4.5 CONTROL DE CALIDAD ANALÍTICA 21
4.6TRATAMIENTO DE LOS RESULTADOS 25
5. DISCUSIÓN Y ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS 26
5.1 TEXTURA Y CIC DE LOS SEDIMENTOS 26
5.2 PARÁMETROS FISICOQUÍMICOS 27
5.2.1 Materia orgánica 28
5.2.2 pH 30
5.2.3 Potencial redox 30
5.3 METALES PESADOS EN SEDIMENTOS 31
5.3.1 Mercurio 33
5.3.2 Níquel 36
5.3.3 Hierro 38
5.3.4 Manganeso 41
5.3.5 Cobre 43
5.3.6 Zinc 46
5.3.7 Cobalto 48
5.3.8 Cromo 51
CONCLUSIONES 53
BIBLIOGRAFÍA 56
ANEXOS 65
ÍNDICE DE TABLAS
5
Pág.
Tabla 1. Georeferenciación de las estaciones de muestreo en la región de la Mojana.
17
Tabla 2. Condiciones instrumentales del método. 20
Tabla 3. Resultados de los parámetros de validación para metales pesados
20
Tabla 4. Concentración de metales (µg/g) en el material certificado de referencia IAEA-405.
22
Tabla 5. Resultados del procedimiento de extracción secuencial para la primera fracción en muestra de la estación San Antonio, concentraciones en µg/g peso seco.
23
Tabla 6. Evaluación del límite de detección y cuantificación (µg/g) para la fracción biodisponible del método de extracción secuencial en sedimentos.
24
Tabla 7. Textura y capacidad de intercambio catiónico en sedimentos de las estaciones de muestreo.
26
Tabla 8. Parámetros fisicoquímicos en sedimentos de la Región de la Mojana
28
Tabla 9. Concentración de los metales (µg/g) por período estacional en la región de la Mojana.
32
Tabla 10. Concentración promedio de Hg total y biodisponible (ng/g peso seco) por estaciones en sedimentos de la región de la Mojana.
33
Tabla 11. Coeficientes de correlación de Pearson (p<0,05) entre contenidos de Hg y los parámetros fisicoquímicos en sedimentos de la región de la Mojana.
36
Tabla 12. Concentración promedio de Ni total y biodisponible (µg/g peso seco) por estaciones en sedimentos de la región de la Mojana.
36
Tabla 13. Coeficientes de correlación de Pearson (p<0,05) entre contenidos de Ni y los parámetros fisicoquímicos en sedimentos de la región de la Mojana.
38
Tabla 14. Concentración promedio de Fe total (%) y biodisponible (µg/g peso seco) por estaciones en sedimentos de la región de la Mojana.
39
Tabla 15. Coeficientes de correlación de Pearson (p<0,05) entre contenidos de Fe y los parámetros fisicoquímicos en sedimentos de la región de la Mojana.
41
6
Tabla 16. Concentración promedio de Mn total y biodisponible (µg/g peso seco) por estaciones en sedimentos de la región de la Mojana.
42
Tabla 17. Coeficientes de correlación de Pearson (p<0,05) entre contenidos de Mn y los parámetros fisicoquímicos en sedimentos de la región de la Mojana.
43
Tabla 18. Concentración promedio de Cu total y biodisponible (µg/g peso seco) por estaciones en sedimentos de la región de la Mojana.
44
Tabla 19. Coeficientes de correlación de Pearson (p<0,05) entre contenidos de Cu y los parámetros fisicoquímicos en sedimentos de la región de la Mojana.
46
Tabla 20. Concentración promedio de Zn total y biodisponible (µg/g peso seco) por estaciones en sedimentos de la región de la Mojana.
47
Tabla 21. Coeficientes de correlación de Pearson (p<0,05) entre contenidos de Zn y los parámetros fisicoquímicos en sedimentos de la región de la Mojana.
48
Tabla 22. Concentración promedio de Co total y biodisponible (µg/g peso seco) por estaciones en sedimentos de la región de la Mojana.
49
Tabla 23. Coeficientes de correlación de Pearson (p<0,05) entre contenidos de Co y los parámetros fisicoquímicos en sedimentos de la región de la Mojana.
50
Tabla 24. Concentración promedio de Cr total y biodisponible (µg/g peso seco) por estaciones en sedimentos de la región de la Mojana.
51
Tabla 25. Coeficientes de correlación de Pearson (p<0,05) entre contenidos de Cr y los parámetros fisicoquímicos en sedimentos de la región de la Mojana.
52
TABLAS DE ANEXOS
Pág.
7
Tabla A1
Concentración totales y biodisponibles de Hg (ng/g peso seco) por estaciones en sedimentos de la región de la Mojana.
66
Tabla A2
Concentración totales y biodisponibles de Ni (ng/g peso seco) por estaciones en sedimentos de la región de la Mojana.
67
Tabla A3
Concentración totales y biodisponibles de Fe (ng/g peso seco) por estaciones en sedimentos de la región de la Mojana.
68
Tabla A4
Concentración totales y biodisponibles de Mn (ng/g peso seco) por estaciones en sedimentos de la región de la Mojana.
69
Tabla A5
Concentración totales y biodisponibles de Cu (ng/g peso seco) por estaciones en sedimentos de la región de la Mojana.
70
Tabla A6
Concentración totales y biodisponibles de Zn (ng/g peso seco) por estaciones en sedimentos de la región de la Mojana.
71
Tabla A7
Concentración totales y biodisponibles de Co (ng/g peso seco) por estaciones en sedimentos de la región de la Mojana.
72
Tabla A8
Concentración totales y biodisponibles de Cr (ng/g peso seco) por estaciones en sedimentos de la región de la Mojana.
73
Tabla B1
Prueba de comparación de medias de Tukey al 5% para el contenido de metales pesados en la fracción 1 entre estaciones en sedimentos durante el período seco (Febrero).
74
Tabla B2
Prueba de comparación de medias de Tukey al 5% para el contenido de metales pesados en la fracción 1 entre estaciones en sedimentos durante el período húmedo (Julio).
74
Tabla B3
Prueba de comparación de medias de Tukey al 5% para las concentraciones de los metales pesados entre estaciones en sedimentos durante el período seco (Febrero).
75
Tabla B4
Prueba de comparación de medias de Tukey al 5% para las concentraciones de los metales pesados entre estaciones en sedimentos durante el período húmedo (Julio).
75
Tabla B5
Prueba de comparación de medias de Tukey al 5% para la fracción 1 de los metales pesados en sedimentos entre épocas de muestreo.
76
Tabla B6
Prueba de comparación de medias de Tukey al 5% para las concentraciones totales de los metales pesados en sedimentos entre épocas de muestreo.
76
8
ÍNDICE DE FIGURAS
Pág.
Figura 1. Localización de la región de la Mojana. 16
9
Figura 2. Estaciones de muestreo en la región de La Mojana. 17
LISTA DE ACRÓNIMOS
ANOVA Analysis of varianceBCR Community Bureau of Reference
10
CIC Capacidad de intercambio catiónicoCo CobaltoCr CromoCu CobreDS Desviación estándarEh Potencial redox EPA Environmental Protection AgencyFe Hierro
H2SO4 Ácido sulfúricoHCl Ácido clorhídrico Hg Mercurio
HNO3 Ácido nítrico
IAEA International Atomic Energy Agency
KMnO4 Permanganato de potasio LC Límite de cuantificaciónLD Límite de detecciónM1 Muestreo durante la época seca en FebreroM2 Muestreo durante la época húmeda en Juliomeq Miliequivalente mg/L Miligramos por litro mL MililitrosMn Manganesomol·L-1 Moles por litro mV Milivoltios ng/L Nanogramos por litroNi NíquelND No detectadonm nanómetropH Potencial de hidrogenoppm Partes por millón T Temperatura µg/g Microgramos por gramoZn Zinc% Porcentaje%MO Porcentaje de materia orgánica %R Porcentaje de recuperación %RSD Desviación estándar relativa expresada en porcentaje
RESUMEN
Se determinaron los contenidos totales y biodisponibles de Cromo (Cr), Cinc
(Zn), Cobalto (Co), Mercurio (Hg), Cobre (Cu), Manganeso (Mn), Hierro (Fe) y
11
Níquel (Ni) en sedimentos superficiales de seis estaciones de muestreo, en
sistemas acuáticos de la región de la Mojana, para establecer los niveles de
contaminación en dicha zona, afectada por el vertimiento de desechos
agrícolas, ganaderos y los procedentes de actividades como la minería de oro,
así mismo, como los vertidos de los asentamientos urbanos que se ubican en
sectores aledaños. Para este fin se llevaron a cabo dos muestreos en dicha
zona: uno en época seca (Febrero) y otro en época lluviosa (Julio), en los
cuales se recolectaron las muestras de sedimento que posteriormente fueron
procesadas y analizadas, empleándose el método BCR-SES (Community
Bureau of Reference–Sequential Extraction Scheme) para determinar la
fracción disponible de los metales en el sedimento. Los contenidos medios
biodisponibles (µg/g peso seco) fueron: Fe (467), Mn (106), Zn (2,36), Cu
(2,46), Co (2,32), Ni (0,47) y Hg (0,04). Los porcentajes de distribución de los
metales pesados en la fracción con mayor movilidad presentaron el siguiente
orden de distribución: Co > Mn > Hg > Cu > Zn > Fe > Ni en ambas épocas del
año. Los contenidos medios totales (µg/g peso seco) de los metales son: Fe
(3,82 %), Mn (850), Zn (79,0), Cr (68,7), Cu (65,3), Hg (0,54), Co (13,7) y Ni
(43,0). Las concentraciones totales encontradas superan los niveles
establecidos para sedimentos no contaminados, a excepción del Zn, Mn, Fe,
Co y Cr, lo cual refleja la existencia de un impacto antropogénico.
La similitud de los resultados en el presente trabajo con otros estudios
realizados, corrobora la actual problemática ambiental y el riesgo para la salud
de los pobladores de la zona por la contaminación con los metales pesados.
1. INTRODUCCIÓN
Se considera metal pesado a aquel elemento que tiene una densidad igual o
superior a 5 g/cm3 cuando está en forma elemental, o cuyo número atómico es
12
superior a 20 (excluyendo a los metales alcalinos y alcalino-térreos). Su
presencia en la corteza terrestre es inferior al 0,1% y casi siempre menor al
0,01% (García y Dorronsoro, 2005).
No obstante, las actividades humanas en relación a los metales han llevado a
través de los tiempos a crecientes descargas de estos contaminantes hacia los
diferentes componentes ambientales, aumentando y diversificando paralela y
progresivamente las condiciones de exposición a niveles cada vez más altos de
estos elementos en el ambiente (Yilmaz et al., 2007).
En trabajos relacionados con los problemas ambientales suelen evaluarse los
sedimentos, debido a que actúan como sumideros de contaminantes y cuando
las condiciones ambientales cambian se convierten en fuente importante de los
mismos, que pueden ser incorporados por la biota acuática (Cifuentes et al.,
2004).
Los metales pesados entran al sedimento desde los cuerpos de agua
produciéndose un aumento progresivo de sus concentraciones en el tiempo y
posterior bioacumulación en organismos que forman parte de esos
ecosistemas (Sadiq, 1992). Estos elementos, en comparación con otros
contaminantes, no son biodegradables y sufren un ciclo ecológico global en el
cual las aguas naturales son las principales vías, siendo críticos los efectos
negativos que ellos ejercen, debido a que pueden causar graves daños a nivel
celular dada su capacidad para desnaturalizar proteínas, ser asimilados por el
fitoplancton y organismos filtradores que al incorporarse a la cadena alimenticia
provocan graves alteraciones ecológicas y biológicas, no solo al ecosistema,
sino a los humanos (Márquez et al., 2008).
Para el estudio del comportamiento químico, removilización y biodisponibilidad
de los metales se han empleado técnicas de extracción que usan sustancias
químicas apropiadas y permiten obtener las diferentes especies físico-químicas
de los metales, como fracciones intercambiables, asociadas a carbonatos,
unidas a óxidos de manganeso y hierro, incorporadas a la materia orgánica y
las residuales. En este sentido, se ha descrito que las dos primeras fracciones
13
de metales, intercambiables y asociadas a carbonatos, pueden ser fácilmente
liberadas al agua bajo condiciones naturales, representando un riesgo real de
contaminación (Tokalioglu et al., 2000).
En la región de la Mojana el mayor aporte de contaminantes está dado por los
procesos mineros que se dan en la zona nororiental del Departamento de
Antioquia, en especial la extracción de oro (Claudia et al., 2000) y otras fuentes
antropogenicas. Por lo tanto se hace necesario el estudio de la concentración
total y biodisponible de los contaminantes en los sedimentos de la región, ya
que de este modo se lograría contar con información suficiente para evaluar e
identificar los niveles de concentración que pueden tener efectos adversos a la
salud humana y al medio ambiente, y de esta forma proporcionar información a
las entidades correspondientes para que tomen medidas preventivas y
decisiones de mejora a esta problemática que puede traer consecuencias
negativas para la región en general.
2. OBJETIVOS
2.1 Objetivo general
14
Evaluar las concentraciones totales y biodisponibles de metales pesados en
muestras de sedimentos superficiales de la región de la Mojana, mediante la
técnica de AA y BCR para estudio ambiental.
2.2 Objetivos específicos
Medir las concentraciones totales y biodisponibles de Hg, Ni, Cr, Fe, Co,
Mn, Zn y Cu en los sedimento.
Determinar la textura, pH, materia orgánica y potencial redox en las
muestras de sedimento.
3. MARCOS TEÓRICO
3.1ESPECIACIÓN DE METALES PESADOS EN SEDIMENTOS
15
Para estimar la dinámica de los metales pesados en sedimentos bajo
pequeños cambios en las condiciones ambientales, es de gran utilidad
determinar las diversas formas químicas en las que se encuentran, así como
el tipo de sustrato al que se hallan asociados en los sedimentos (Usero et al.,
1997). La especiación química nos puede dar información sobre el
comportamiento de los metales pesados en los sistemas acuáticos. Esta
técnica es útil para entender el comportamiento químico y biodisponibilidad
de los metales en los sedimentos (Förstner, 1998).
Dentro de los estudios de contaminación por metales pesados en sistemas
acuáticos, los sedimentos constituyen un buen indicador para conocer el grado
de contaminación de una determinada zona. En sedimentos, se puede
realizar dos tipos de determinaciones: la concentración total de los metales,
que proporciona una evaluación del nivel de contaminación, y la especiación o
estudio de las diferentes formas químicas en las que se encuentra el metal.
Esta última nos proporciona información respecto a la biodisponibilidad en
unas determinadas condiciones medioambientales. Las diferentes especies
de los metales tienen un comportamiento distinto con respecto a la
removilización y la biodisponibilidad. La fracción de metal más móvil es la
“fácilmente intercambiable” lo que representa un riesgo de contaminación
debido a la liberación de metales bajo condiciones naturales (Chen et al.,
1996).
La removilización de los elementos bajo condiciones ambientales y la
asimilación potencial por los organismos son las principales razones para la
diferenciación de las especies en los metales traza enlazada a los sedimentos.
La biota puede interactuar a través de un gran número de vías con el medio
ambiente que le rodea, modificando el pseudo-equilibrio entre las especies
químicas en las fases líquida y sólida. Cabe indicar que los porcentajes de
metales en las diferentes fracciones varían de acuerdo a la magnitud de la
contaminación de los sedimentos. Por otro lado, esta variabilidad
posiblemente también es resultado de las propiedades de los metales y de la
16
competición entre la adsorción de sedimento y la capacidad de complejación
(Chen et al., 1996).
Una de las primeras metodologías de extracción química secuencial fue la
desarrollada por Tessier et al., (1979), y ésta ha servido de base para el
desarrollo de otros esquemas posteriores de especiación como los métodos de
Förstner, Salomons y Förstner, Meguellati, entre otros (Usero et al., 1997). Entre
los diversos procedimientos existentes, los métodos de extracciones selectivas
son los que aportan una información más significativa en la determinación de las
principales fases acumulativas de metales pesados en los sedimentos. A través
de una serie de extracciones químicas sucesivas, se consigue remover los
constituyentes más importantes de los sedimentos: carbonatos, óxidos de
hierro- manganeso, materia orgánica y metales asociados a los minerales del
sedimento (Usero et al., 1997).
En la mayoría de los esquemas de especiación se pretende separar los metales
en cinco fracciones que son las siguientes:
Metales en forma de iones intercambiables. Estos pueden ser fácilmente
liberados de los sistemas acuáticos por pequeños cambios en las
condiciones del medio acuático.
Metal ligado a carbonatos. Se considera que los metales unidos a esta fase
se liberarán al descender el pH de los sedimentos por debajo de un pH de
5, al disolverse los metales precipitados en forma de carbonatos.
Metal asociado a óxidos de hierro y manganeso. Los metales presentes
en esta fase pasarán al agua en aquellas zonas donde el sedimento se
encuentre bajo condiciones reductoras. Estos óxidos son sustancias de
alto poder de adsorción y son termodinámicamente inestables en
condiciones anóxicas (valores bajos de potencial redox).
Metal ligado a la materia orgánica. Estos metales representan la fracción
que se liberaría al pasar a condiciones oxidantes. Un caso típico es la
17
deposición de los sedimentos anóxicos sobre superficies en contacto con
la atmósfera.
Fase residual o litogénica. Son los metales ligados a los minerales,
formando parte de sus estructuras cristalinas. La liberación de metales de
esta fase, en un período razonable de tiempo es ciertamente improbable.
Después de revisar los diversos sistemas de especiación y las distintas fases
existentes de metales pesados en sedimentos, se ha observado que todas las
extracciones secuenciales tienen prácticamente el mismo procedimiento. La
utilización de diversos extractantes y su forma de aplicación, hizo que la
Community Bureau of Reference (BCR) de la Comisión de las Comunidades
Europeas en 1992 realizara un estudio para la armonización de las diferentes
técnicas empleadas bajo el nombre “Especiación de metales pesados en suelos
y sedimentos” para garantizar que los resultados puedan ser comparables,
estableciendo así un protocolo de extracción secuencial (Chyan et al., 2005). En
este trabajo se ha optado por utilizar el método BCR. Este método de extracción
química sucesiva comprende cuatro fracciones de extracción: metal en forma
de iones intercambiables y carbonatos (F1), metal asociado a los óxidos de
hierro y manganeso (F2), metal ligada a la materia orgánica (F3) y la fase
residual o litogénica (F4).
3.2METALES PESADOS
Los metales pesados pueden ser considerados como una clase única de
sustancias toxicas para el medio ambiente. Se producen y persisten en la
naturaleza y la mayoría de ellos son de utilidad para los humanos debido a sus
diferentes usos en la industria, agricultura y medicina. Sin embargo, pueden
plantear riesgos para la salud humana por su presencia en el aire, agua,
sedimentos y en la cadena alimenticia, así como a las personas que laboran en
aleación, minería, fundición, la pintura, galvanoplastia, pesticidas y la variedad de
actividades industriales (Shahtaheri, 2007).
18
A continuación se describen características generales de algunos de los
metales bajo estudio en éste trabajo:
3.2.1 Mercurio
El mercurio se ha constituido en uno de los elementos de contaminación más
importantes con efectos sobre la salud pública, ya que se estableció que las
personas o poblaciones expuestas a niveles bajos pueden desarrollar
alteraciones en las funciones del sistema nervioso (Lebel et al., 1996), el cuál
es especialmente sensible al metilmercurio, con consecuencias neuro-
fisiológicas particularmente en el desarrollo de los fetos y en los niños
pequeños.
La mayoría del mercurio antropógeno depositado en una cuenca hidrográfica es
retenida en el suelo, el agua y la biota por más de una década (Lindqvist y
Rodhoe, 1991). El riesgo para los seres humanos y la vida silvestre se produce
cuando el mercurio es transportado a las cuencas hidrográficas y se acumula en
la cadena alimentaria acuática (Driscoll et al., 2007).
3.2.2 Cromo
En condiciones naturales el cromo se presenta casi siempre en forma trivalente
y prácticamente todo el hexavalente que existe es generado por las actividades
humanas. El Cr en medio ácido se encuentra como ion dicromato (Cr2O72-), el
cual posee una gran capacidad oxidante. No obstante, el ión dicromato solo es
estable en medios ácidos, por lo que la especie predominante es el cromato
CrO42-, al pH en que se encuentran las aguas naturales, cuya capacidad
oxidante es menor (Doménech, 1995).
El Cr+3 es un ión con carga positiva, con una fuerte tendencia a formar
complejos estables con especies orgánicas o inorgánicas cargadas
negativamente. Si en el medio no existen especies aniónicas puede, en
soluciones neutras, reaccionar y formar hidróxidos coloidales, por ello es poco
19
probable que exista mucho Cr disuelto en una solución acuosa. Es poco
soluble en el rango de pH cubierto por las aguas naturales (Thuy et al., 2000).
Como elemento esencial, sus funciones biológicas dependen del estado de
oxidación del elemento, siendo el Cr3+ el que desempeña un importante papel
en el metabolismo de los carbohidratos y lípidos. La deficiencia de cromo
puede desencadenar la intolerancia a la glucosa y contribuir a enfermedades
del corazón (Pérez, 2005).
3.2.3 Níquel
La principal utilidad del Ni se presenta en la fabricación de baterías, en
catalizadores, aceros y aleaciones, en monedas y en partes de maquinaria. Se
trata de un elemento cuyas aportaciones naturales son muy reducidas, siendo
las principales exposiciones de carácter antropogénico, como el humo del
tabaco, la minería, la joyería o los utensilios de cocina.
El níquel en los sistemas acuáticos suele estar presente en su mayor parte en
forma soluble y sólo una baja proporción forma complejos no muy estables.
Una cierta cantidad de níquel puede permanecer adsorbido sobre partículas
sólidas (Imhoff y Koppe, 1980).
La materia orgánica en los sedimentos, dependiendo de la naturaleza, puede
inmovilizar o movilizar níquel. Asimismo, la textura de los materiales juega un
papel importante en el contenido del níquel en varias fracciones de sedimentos
que tienden a incrementar con la disminución del tamaño de la partícula (Thuy
et al., 2000).
3.2.4 Zinc
El zinc es un metal muy abundante en la corteza terrestre, con una
concentración media de 70 µg/g. Sus compuestos poco solubles (hidróxidos y
carbonatos) tienen la capacidad de adsorberse fuertemente sobre sedimentos y
lodos en el fondo del lecho de los cauces hídricos (Marín, 1996). Este elemento
20
puede presentar niveles significativos en el medio acuático debido a las
deyecciones de animales y humanos (Al-Saleh y Al-Doush, 1998). Según
estudios realizados se ha demostrado que una persona adulta excreta entre 7 y
20 mg/L de zinc al día (Usero et al., 1997).
La toxicidad del cinc por ingesta excesiva es poco común, pero se ha
observado que produce trastornos intestinales, nauseas, vómitos y dolor
abdominal. En el ámbito industrial, la absorción de cinc y sus compuestos se
produce por vía respiratoria mayoritariamente, caso de la manipulación del
óxido de cinc, que provoca la llamada “fiebre de los metales o de los
fundidores” presentando síntomas como fiebres altas, sudoración profusa,
cefaleas, tos o sabor metálico en la boca (Pérez, 2005).
3.2.5 Cobre
En soluciones acuosas el cobre puede presentarse en la forma Cu2+ o Cu1+,
pero las condiciones redox en aguas oxigenadas y la tendencia del Cu1+ a la
forma Cu2+, favorece la existencia de las formas más oxidadas (Navarro et al.,
1998). Tiene tendencia a concentrarse en los óxidos de manganeso
sedimentarios y en fracciones de minerales de arcilla, especialmente en
aquellas ricas en carbono orgánico. En ausencia de materia orgánica, el ión
Cu2+ precipita como hidróxido al pH que suele encontrarse el agua de una
corriente fluvial, también puede precipitar como CuCO3.
Las principales fuentes de contaminación medioambiental asociadas a cobre,
concretamente con respecto a suelos y los sedimentos, son la aplicación de
fertilizantes, bactericidas, fungicidas y pesticidas, los cuales, inducen la
acumulación de cobre en los horizontes superficiales del suelo (Pérez, 2005).
En el organismo se encuentra fundamentalmente complejado con proteínas,
siendo la principal la ceruplasmina, que participa en la oxidación de Fe2+ a Fe3+
en una etapa previa a la formación de la hemoglobina. También forma parte de
importantes enzimas que participan en procesos de oxidación, como por
ejemplo la citocromo oxidasa, la tirosina y varias aminoxidasas (Pérez, 2005).
21
Los usos industriales que posee el cobre son los siguientes: fabricación de
cables, hilos conductores, bobinas de motores, interruptores, calderas,
alambiques, baterías de cocina, soldadores y fabricación de tejados.
Actualmente se aprovecha principalmente como conductor de electricidad y en
la manufactura de diferentes aleaciones “bronce y latón” (Vega, 1990).
3.2.6 Manganeso
El manganeso es un metal esencial que se encuentra en una variedad de
tejidos biológicos y es necesaria para el normal funcionamiento de una
variedad de procesos fisiológicos, incluyendo: aminoácidos, lípidos, proteínas y
metabolismo de los carbohidratos, el funcionamiento normal del sistema
inmunológico (Erikson et al., 2005).
La toxicidad del manganeso es un peligro en seres humanos expuestos a altas
concentraciones de polvo de manganeso respirables. Los síntomas
respiratorios tales como tos, bronquitis, neumonitis, y la función pulmonar
alterada (Roels et al., 1987) se asocian con inhalación de partículas de
manganeso (por ejemplo, dióxido de manganeso [MnO2] o el tetróxido de
manganeso [Mn3O4]). Estos efectos pueden reflejar una respuesta indirecta a la
inhalación de partículas o pueden estar asociados con la toxicidad directa
pulmonar inducida por el manganeso (ATSDR, 2000).
3.2.7 Hierro
El hierro es el metal más abundante en el universo, y el cuarto elemento en
frecuencia en la corteza terrestre. Se lo encuentra naturalmente en el suelo,
formando parte de diversos minerales, en el agua y en muchos alimentos. La
cantidad de hierro total en el organismo es de unos 30 a 40 mg por kilogramo
de peso corporal, este valor es variable y depende de diferentes factores como
la edad del individuo, el sexo, el tipo de alimentación y el tejido u órgano
estudiado, ya que el hierro no se distribuye homogéneamente en el cuerpo
humano (Dallman, 1990).
22
El hierro se encuentra soluble cuando está en la forma de Fe+2, pero cuando se
encuentra como Fe+3 está precipitado. Este elemento precipita cuando el pH es
mayor a 3, dentro de algunas condiciones se presenta con suspensiones
coloidales de complejos orgánicos, el Fe puede ser muy estable. Sales como
sulfato férrico se usan primordialmente en producción de alumbres y como
coagulante en purificación de aguas. El hierro es un micronutriente esencial en
cantidades traza para la mayoría de los organismos, pero la ingestión de
cantidades excesivas puede originar la inhibición de la actividad de muchas
enzimas (Duffus, 1984).
3.2.8 Cobalto
Elemento químico de masa atómica 58.93 y número atómico 27. Es parecido al
hierro y al níquel, tanto en estado libre como combinado. Se encuentra
distribuido con amplitud en la naturaleza y forma, aproximadamente, el 0.001%
del total de las rocas ígneas de la corteza terrestre, en comparación con el
0.02% del níquel. El cobalto es un metal pesado y uno de los componentes
principales de las aleaciones metálicas fundidas más frecuentemente usadas
en odontología. El metal es componente de 45 a 70% de los trabajos
protéticos, como coronas, prótesis parciales fijas y prótesis parciales
removibles (Ferreira et al., 2003).
3.3 CONTAMINACIÓN DE SEDIMENTOS POR METALES PESADOS
La contaminación por metales pesados son de origen antropogénico
provenientes de desechos domésticos, agrícolas e industriales, los cuales son
peligrosos para la biota acuática, el hombre y el deterioro ambiental en general.
Los sedimentos en lagos y ciénagas se convierten en sumideros de diversas
sustancias, que pueden continuamente ser reintroducidas a la columna de
agua y ser transferidas en la cadena trófica (Chen y White, 2004).
Los sedimentos contaminados representan un riesgo para la biota ya que
algunas de las sustancias presentes pueden ser bioacumuladas en diversas
especies acuáticas. En lagos y ciénagas, las fuentes más importantes de
23
contaminantes son las descargas industriales y municipales. Si bien las
primeras son en general más tóxicas, las segundas las exceden en cantidad,
por lo que puede ocurrir que sean más dañinas que las primeras (White y
Rasmussen, 1998). Otra fuente que puede ser importante localmente son las
descargas difusas de origen agrícolas (Tsukatani et al., 2002). Entre las
sustancias cancerígenas descargadas con mayor frecuencia a aguas
superficiales el 42% son metales, destacando el Ni, Cr, Pb, As, Co y Be (EPA,
2003).
Los metales trazas presentan concentraciones relativamente elevadas en los
sedimentos superficiales alterados por el hombre y guardan una relación de su
concentración con el tamaño de las partículas y la cantidad de materia orgánica
sedimentarias, alterando el equilibrio ecológico y biogeoquímico del ecosistema
(Sadiq, 1992). En tal sentido, la determinación de metales en los sedimentos es
un buen indicador del origen de los contaminantes en el medio y de los
impactos que éstos pueden producir en la biota.
El transporte y movilidad de metales pesados en sedimentos dependen no
solamente de su concentración, sino también de la especiación y solubilidad de
sus compuestos (Suduan et al., 1997). La concentración de los iones de
metales pesados transferidos de la columna de agua al sedimento está
determinada por procesos en los que intervienen la precipitación, la adsorción,
la co-precipitación, el intercambio catiónico, la formación de complejos, la
actividad microbiana y la absorción por las plantas (McLaren et al., 1998), es
por esto que el estudio de los procesos de adsorción/desorción de metales
pesados es crucial en la propuesta de estrategias efectivas de mitigación,
reducción o eliminación de estos tóxicos en los sistemas naturales.
3.4MOVILIDAD
Como movilidad se entiende la velocidad con la que un contaminante se
distribuye en un medio y viene determinada por la transferencia de una
sustancia de un medio a otro (Pérez, 2005).
24
3.5BIODISPONIBILIDAD DE LOS METALES PESADOS
En términos generales, La biodisponibilidad se define como la fracción del
metal que puede interactuar con un organismo biológico y ser incorporado a su
estructura. Como consecuencia de dicha asimilación puede causar algún efecto
negativo o positivo (Pérez, 2005). La biodisponibilidad de los metales de origen
antropogénico depende, sobre todo, de la concentración en la que están
presentes dichos metales y de la naturaleza de los compuestos geoquímicos a
los que se asocian. De estos compuestos geoquímicos, los más importantes
que controlan la biodisponibilidad de los metales presentes en los sedimento
son la materia orgánica y los óxidos de Fe y Mn (Bendell-Young et al., 2002).
En los suelos y en los sedimentos, los metales se asocian con distintas
fracciones: 1) en solución, como iones de metal libre y complejos metálicos
solubles, 2) adsorbida en los sitios de intercambio de los constituyentes
inorgánicos del suelo, 3) ligada a la materia orgánica, 4) precipitadas como
óxidos, hidróxidos y carbonatos, y 5) residual en las estructuras de los
minerales silicatados (Basta, 2004). Sin embargo, sólo los metales asociados
con las fracciones 1 y 2 están realmente biodisponibles, por ello, la
concentración total de los metales en el suelo o en los sedimentos no reflejan
necesariamente los niveles de biodisponibilidad (Silveira et al., 2003).
La biodisponibilidad depende de la solubilidad de los metales y de su
capacidad de adsorción en la fracción coloidal del suelo o del sedimento. La
interacción entre los distintos procesos como son el intercambio catiónico,
adsorción/deserción, precipitación/disolución y formación de complejos, afectan
la distribución de los metales entre la solución suelo y la fase sólida, siendo
responsables de su movilidad y biodisponibilidad (Silveira et al., 2003; Basta,
2004).
25
3.6FACTORES INFLUYENTES SOBRE LA MOVILILDAD DE LOS
CONTAMINANTES
El comportamiento y destino de los metales como contaminantes, se encuentra
dirigido por una variedad de procesos fisicoquímicos que dictaminan su
disponibilidad y movilidad en suelos o sedimentos (McBride, 1989).
De este modo, la movilidad de los contaminantes inorgánicos se ve
influenciada por:
3.6.1 El pH, el cual controla las reacciones de adsorción/desorción y
precipitación/solubilización. En general, es el factor más influyente,
provocando un aumento de la solubilidad y por tanto la biodisponibilidad de
los elementos de forma inversamente proporcional al pH del sustrato.
3.6.2 El potencial redox conjuntamente con el pH es el otro parámetro más
influyente. Determina las especies susceptibles de adsorberse, precipitar o
solubilizarse. El potencial redox del sedimento depende de la actividad
biológica, el pH y el contenido de agua del sedimento (Tan, 1998).
3.6.3 La capacidad de intercambio catiónico (CIC) aumenta la capacidad
de autodepuración de los sedimentos al fijar los contaminantes sobre las
superficies de las partículas. Dicha retención depende de características de
cada ion metálico, como el radio iónico y la valencia, aumentando la
retención al reducirse el radio y aumentar la valencia (Pérez, 2005).
3.6.4 La materia orgánica del sedimento en forma de humus tiende a
adsorber los iones de los metales vía formación de complejos, así como
también, aportar al sedimento cierta capacidad de intercambio catiónico. Al
igual que las reacciones de hidrolisis, las reacciones de complejación son
reacciones pH-dependientes y pueden correlacionarse con el tamaño y
carga de los cationes (Pérez, 2005).
3.6.5 El contenido de óxidos e hidróxidos de Fe/Mn, los cuales se
encuentran expuestos a la reducción, solubilización por complejación,
26
procesos de oxidación o precipitación, en los que los procesos
microbiológicos juegan un papel importante. Dichos óxidos e hidróxidos
poseen una alta capacidad de adsorción y gran cantidad de elementos traza
pueden acumularse en estos compuestos (Pérez, 2005).
3.6.6 La Textura: El tamaño de las partículas del suelo es un parámetro
importante, ya que los metales pesados están asociados a las partículas
más pequeñas de éstos, las arcillas, que poseen carga negativa en la
superficie, y debido a su gran área superficial con relación a su volumen son
altamente reactivas y pueden intercambiar cationes (Doménech, 1997).
El área superficial de los suelos es dependiente de los parámetros
granulométricos y su composición mineral (Singh et al., 1999). La textura se
refiere al tamaño de las partículas que tiene un suelo. Hay 5 texturas básicas:
Textura arcillosa: Un suelo con textura arcillosa es aquel en el que
predomina la arcilla. La arcilla son partículas minerales que miden
menos de 2 µm.
Textura arenos: El suelo de textura arenosa tiene sobre todo arena.
Arena son partículas minerales de entre 0,02 y 0,2 mm.
Textura franco: En un suelo con textura franca abunda el limo. Es algo
intermedio a los dos anteriores. Ni es arcilloso, ni es arenoso. Limo son
partículas minerales de entre 0,002 y 0,02 mm.
Textura franco-arcillosa: Entre arcilloso y franco. Tiene bastante arcilla
pero también lleva mucho limo. De arena, poca.
Textura franco-arenosa: Entre franco y arenoso.
Según la proporción que haya de un tipo de partículas u otras tendremos las
diferentes texturas.
27
4.0 METODOLOGÍA
4.1 ÁREA DE ESTUDIO
El área de estudio abarcó la región de la Mojana que comprende
aproximadamente 450.000 ha delimitadas geográficamente por el norte, con el
Brazo de Loba, Río Magdalena, por el oriente y sur con el río Cauca y por el
occidente con la Serranía de Ayapel. Es atravesada por los caños Rabón,
Mojana, Panceguita, Viloria y San Matías entre otros y se encuentra bordeada
por los ríos Cauca, Magdalena y San Jorge. La zona es tradicionalmente
ganadera y agrícola, sufre largos períodos de inundación que se presentan con
diferentes frecuencias en un sector denominado Mojana Baja, debido al
desbordamiento de los ríos Magdalena y San Jorge (Figura 1).
Figura 1. Localización de la región de la Mojana.
4.1.1 Estaciones de muestreos
En este proyecto se consideraron las estaciones de muestreo (Ciénaga San
Marcos, Ciénaga San Antonio, Ciénaga Machado, Caño Viloria y Guaranda–río
28
Cauca), que fueron seleccionadas por la aportación de aguas residuales de
núcleos poblacionales que descargan en estos sistemas acuáticos y por el
aporte de contaminantes debido a las actividades mineras y agrícolas que se
desarrollan en la región (Figura 2). En la tabla 1 se muestra la
georeferenciación de las mismas.
Tabla 1. Georeferenciación de las estaciones de muestreo en la región de la Mojana
ESTACIÓN COORDENADAS
Río Cauca N:07º 24.442” W:75º 18. 303”
Caño Viloria N:08º 30.746” W:75º 01. 548”
Ciénaga san Marcos N:08º 38.638” W:75º 06. 688”
Ciénaga Machado N:08º 55.558” W:75º 01. 192”
Ciénaga Doña Ana N:09º 02.033” W:74º 47. 496”
Ciénaga San Antonio N:09º 03.680” W:74º 45. 329”
Figura 2. Estaciones de muestreo en la región de la Mojana.
29
4.2 MUESTRAS
Las muestras fueron tomadas en 2 campañas de muestreo abarcando los
periodos climáticos seco y húmedo, el muestreo del periodo seco (M1) se
realizó a principios del mes de Febrero, y el correspondiente al periodo húmedo
(M2) se realizó a finales del mes de Julio.
4.3 RECOLECCIÓN DE MUESTRAS
4.3.1. Sedimentos
En cada estación se colectaron cuatro submuestras de sedimentos
superficiales, distribuidas cada una en un punto cardinal a partir del punto de
referencia y a un radio de 3 m, obteniéndose una única muestra compuesta y
representativa de la estación. Las muestras de sedimentos se tomaron con una
draga tipo van Veen lanzada desde un bote. Las cuales fueron transportadas al
laboratorio, secadas a temperatura ambiente y tamizadas por una malla de 60
µm para su posterior análisis.
4.3.1.2 ANÁLISIS DE LAS MUESTRAS
4.3.1.2.1 Determinación de Textura: Para la determinación de la textura en
los sedimentos se empleó el método hidrométrico de Bouyoucos (Plá, 1983).
Inicialmente se pesaron 70g de sedimento, luego se adicionaron a este 10mL
del dispersante (Hexametafosfato de sodio más carbonato de sodio). Luego se
llevó la mezcla a agitación durante 5 minutos. Seguidamente se vertió la
suspensión a una probeta de 1L, completando con agua hasta 800mL. Se
introdujo el densímetro en la probeta y se completó con agua hasta el volumen
de 1L. La suspensión se agitó vigorosamente durante 30 segundos. A los 40
segundos se midió el valor en el densímetro para hallar el porcentaje de arena.
Luego la solución se dejó reposar durante 2 horas y se midió el valor en el
densímetro para determinar el porcentaje de arcilla. Finalmente por diferencia,
se determinó el porcentaje de limo.
30
4.3.1.2.2 Determinación de la capacidad de intercambio catiónico: Para la
determinación de la capacidad de intercambio catiónico se pesaron 5g de
suelo, luego se adicionaron a este 100 mL de Acetato de Sodio 1N, se agito
durante una hora, se filtro con papel Watman de 0.45 µm, del filtrado se tomó 1
mL y se le adiciono 8.8 mL de acetato de Amonio y 0.2 mL de óxido de lantano
al 5%, luego se determino la concentración de Sodio por absorción atómica que
es equivalente a los cationes extraídos y mediante la sumatoria de sus
equivalentes se obtuvo la CIC (IGAC 1979).
4.3.1.2.3 Determinación del pH y potencial redox en sedimentos: El análisis
de pH y Potencial Redox, se realizó en campo, mediante la utilización de un
equipo pH 330i, WTW, provisto de una sonda o electrodo combinado. El equipo
previamente se chequeó con soluciones tampón de pH 4.0, 7.0 y 10.0 a 250C y
solución redox RH 28 (457 mV).
4.3.1.2.4 Determinación de la materia orgánica en sedimentos: Para
determinar la materia orgánica se peso en un crisol 2g de sedimento, luego se
introdujo en un horno, llevándose a una temperatura de 450oC durante 4 horas,
luego se traslado el crisol a un desecador y posteriormente se peso la muestra,
repitiéndose el ciclo hasta obtener un peso constante, finalmente se calculó la
materia orgánica por diferencia de peso (Coquery y Welbourn, 1995).
4.3.1.2.5 Determinación de metales totales en sedimentos: Para la
determinación de las concentraciones totales de los metales en sedimentos, se
tomó una muestra de 0,5 g (peso seco) y se le adiciono una mezcla de ácido
nítrico y ácido clorhídrico en relación 6:2 durante 2 horas a 100°C ó hasta su
digestión completa, a diferencia del elemento Hg al que se realizó un
tratamiento diferente adicionándose una mezcla de 10 mL de ácido sulfúrico y
ácido nítrico en relación 7:3 y 5 mL de permanganato de potasio al 5% (Sadiq
et al., 1992).
Se utilizó un espectrofotómetro de absorción atómica Thermo Electron
Corporation, modelo S-Series 4. Para la cuantificación de Cu, Fe, Ni, Co, Cr,
Mn y Zn mediante una flama aire-acetileno a excepción de Cr que utilizó una
31
flama oxido nitroso-acetileno. El Hg se cuantifico por generación de vapor en
frío usando cloruro estañoso como agente reductor. En la tabla 2 se describen
las condiciones instrumentales del método.
Tabla 2. Condiciones instrumentales del método.
Elemento Longitud de onda (nm) Condiciones Zinc 213,9 Aire-Acetileno
Hierro 248,3 Aire-AcetilenoManganeso 279,5 Aire-Acetileno
Níquel 232,0 Aire-AcetilenoCobre 324,8 Aire-Acetileno
Cobalto 240,7 Aire-AcetilenoCromo 357,9 Oxido Nitroso-Acetileno
Mercurio 253,7 Vapor frio
Además se evaluaron inicialmente los parámetros de validación del método, los
cuales se observan en la tabla 3.
Tabla 3. Resultados de los parámetros de validación para metales pesados
PARÁMETROS DE VALIDACIÓN
METALESIntervalo
lineal (mg/L)
LD (mg/L) LC (mg/L) RExactitud
(%R)
Precisión
Reproducibilidad (%CV)
Zinc 0.03-1.2 0.042±0.005 0,139±0,008 0.9957 92.3 2.6
Hierro 0.07-5.5 0.077±0.007 0,254±0,015 0.9979 95.1 1.3
Manganeso 0.03-5.5 0.057±0.006 0,188±0,009 0.9999 103.7 2.4
Níquel 0.01-7.0 0.058±0.007 0,191±0,009 0.9996 92.3 1.4
Cobalto 0.04-11.0 0.080±0.011 0,256±0,013 0.9978 99.4 1.5
Cobre 0.05-5.0 0.068±0.008 0,224±0,018 0.9984 99.8 2.4
Cromo 0.04-11.0 0.075±0.009 0,255±0,017 0.9981 95.8 2.4
Mercurio (ng/L)
10-700 10±0.1 34±0.4 0.9983 77.1 1.8
r: Coeficiente de correlación
4.3.1.2.6 Determinación de biodisponibilidad de metales pesados
Se utilizó la técnica descrita por BCR-SES (Community Bureau of Reference–
Sequential Extraction Scheme) la cual se encuentra descrita en la Tabla 3. La
extracción de los metales biodisponibles correspondientes a la primera fase de
esta técnica, se realizó tomando 1,0 g del sedimento y adicionándole 40 mL de
32
ácido acético 0,11M luego se dejo la mezcla a temperatura ambiente en un
agitador mecánico ajustable, durante dieciséis horas obteniéndose de esta
manera la fase intercambiable. Posteriormente, los iones extraídos se filtraron
en embudos plásticos con papel Watman de 0.45 µm en viales plásticos para
su posterior análisis (Pérez, 2005).
Para obtener la segunda fracción, al residuo que queda de la etapa anterior se
le adicionó 40mL de cloruro de hidroxilamina (NH2OH·HCl/HNO3) 0.1M
ajustándose el pH a 2 con HNO3 al 1.5%, luego se dejo la mezcla a temperatura
ambiente en un agitador mecánico ajustable, durante dieciséis horas
obteniéndose de esta manera la fase reducible. Posteriormente se filtra y
conserva para su posterior análisis como se describió en la etapa anterior.
La tercera fracción se obtiene de adicionar 10mL de H2O2 30% al residuo de la
etapa anterior durante una hora, luego se adiciona 10mL de H2O2 30% a 85 OC
durante una hora, posteriormente agregar 50mL de acetato de amonio y dejar
en agitación durante 16h a temperatura ambiente, finalmente se filtra y se
preserva para ser analizado como se ha descrito anteriormente.
Finalmente para obtener la fracción residual se le adiciona 10 mL de HNO3:HCl
en relación 6:2 dejando la mezcla a 100 OC durante 2 horas, se filtra y conserva
para su posterior análisis.
4.5 CONTROL DE CALIDAD ANALÍTICA
La exactitud del método evaluada como la capacidad del método analítico para
dar resultados lo más próximos posibles al valor verdadero. Para los metales
totales se determinó con el análisis de muestras de material certificado de
referencia; IAEA (International Atomic Energy Agency) IAEA–405 para
sedimentos.
La precisión evalúa la dispersión de las medidas alrededor de la media, la cual
corresponde al grado de concordancia entre los valores de una serie de
ensayos repetidos sobre una misma muestra homogénea. Este parámetro es
calculado empleando el coeficiente de variación (CV), a partir de la ecuación:
33
CV= S❑∗100
Donde S es la desviación estándar y X el promedio obtenido para las
mediciones.
La Tabla 4 muestra los resultados de las determinaciones por triplicado de las
concentraciones totales de los metales bajo estudio para el material certificado
de referencia, lo cual evidencia la exactitud del métodos utilizado.
Tabla 4. Concentración de metales (µg/g) en el material certificado de referencia IAEA-405
Material de referencia IAEA-405
MetalValor referencia
(µg/g)
Intervalo confianza
(µg/g)
Valor encontrado
(µg/g)
CV
(%)
Exactitud
(%E)
Co 13.7 13-14.4 13.4±0.43 3.2 2.2
Cr 84.0 80-88 81.2±3.65 4.5 3.3
Cu 47.7 46.5-48.9 46.5±2.37 5.1 2.5
Fe 37400 36700-38100 36900± 1171 4.8 1.3
Hg 0.81 0.77-0.85 0.79±0.05 6.4 2.5
Mn 495 484-506 488±27 5.6 1.4
Ni 32.5 31.1-33.9 30.9±1.4 4.7 4.9
Zn 279 272-286 268±7.0 2.6 3.9
La Tabla 4 también muestra los coeficientes de variación de las
determinaciones de los metales en el material certificado, lo que indica la
precisión del método utilizado.
Debido a que no se contó con material certificado de referencia para el
procedimiento de extracción secuencial en sedimentos, se determinó la
precisión como reproducibilidad con muestras de las ciénagas recolectadas en
época lluviosa (Julio de 2010) sometiéndose la muestra a todo el proceso de
extracción secuencial y se comparó con la concentración total, verificándose de
esta forma la eficiencia del sistema de extracción.
34
La Tabla 5 muestra la precisión en cada una de las etapas del método
propuesto de extracción secuencial realizada con una muestra de la ciénaga
San Antonio.
Los resultados para los contenidos biodisponibles de cromo estuvieron por
debajo del límite de detección en todas las estaciones de muestreo.
Tabla 5. Resultados del procedimiento de extracción secuencial en muestra de la estación San Antonio, concentraciones en µg/g peso seco.
METAL Co Cr Cu Fe Hg Mn Ni Zn
FASE 1
1.50 <LD 2.18 336 0.682 149 0.35 3.08
1.55 <LD 2.31 331 0.710 156 0.36 3.12
1.54 <LD 2.38 349 0.717 154 0.34 2.92
Media 1.53 2.29 339 0.703 153 0.35 3.04 DS 0.03 0.10 8.8 0.019 3.7 0.01 0.11 CV 1.7 4.4 4.0 2.6 2.5 3.3 3.5
FASE 2
7.45 <LD 2.53 4583 0.314 239 6.01 4.72
7.11 <LD 2.59 4841 0.312 241 5.48 4.42
7.22 <LD 2.76 4817 0.328 251 6.17 4.63
Media 7.26 2.62 4747 0.318 244 5.89 4.59
DS 0.18 0.12 142.4 0.009 6.6 0.36 0.16
CV 2.4 4.6 3.0 2.7 2.7 6.1 3.4
FASE 3
3.79 36.15 11.22 8203 0.35 224 18.16 12.17
3.92 34.15 11.45 8421 0.36 235 16.45 12.65
3.72 35.77 10.38 7710 0.37 248 19.25 13.54
Media 3.81 35.36 11.02 8111 0.36 235 17.95 12.79
DS 0.10 1.06 0.56 364.4 0.01 12.1 1.41 0.69
CV 2.6 3.0 5.1 4.5 3.0 5.1 7.9 5.4
FASE 4
11.52 42.14 50.13 18281 0.43 981 31.17 60.17
10.54 39.17 56.94 18016 0.39 908 30.17 64.11
10.34 41.89 55.46 20155 0.39 881 35.89 68.94
Media 10.80 41.06 54.18 18817 0.40 923 32.41 64.41
DS 0.63 1.65 3.58 1165.8 0.02 51.9 3.06 4.39
CV 5.8 4.0 6.6 6.2 5.1 5.6 9.4 6.8
ΣT 23.40 76.42 70.11 32015 1.78 1555 56.60 84.82
CT 25.41 83.80 73.45 33729 1.81 1663 62.84 93.25
%Recuperación 92.1 91.2 95.4 94.9 98.4 93.5 90.1 91.0
DS: Desviación estándar ΣT: Sumatoria de las fracciones en la extracción secuencialCT: Concentración total del metal utilizando el método de digestión en sedimentos
35
Para evaluar el límite de detección (LD) y el límite de cuantificación (LC) del
método, se preparan 10 replicas de la matriz de sedimento baja en el metal
correspondiente. Estas muestras fueron sometidas al proceso de extracción
para obtener la fracción biodisponible, luego digestadas y analizadas. El límite
de detección (LD) se calcula de la siguiente manera:
CL= K∗Sblb√n
Donde: CL: Concentración del analito en el límite de cuantificación o detección.
K: Constante que usualmente se considera igual a 10 para el LC e igual a 3
para el LD
Sbl: Desviación estándar correspondiente a la señal del blanco o placebo
(muestra de bajo contenido en el analito).
b: Pendiente de la curva de calibrado del metal correspondiente.
n: Numero de repeticiones en el análisis.
La Tabla 6 muestra los LD y LC para los diferentes metales para la fracción
biodisponible.
Tabla 6. Evaluación del límite de detección y cuantificación (µg/g) para la fracción biodisponible del método de extracción secuencial en sedimentos.
MetalFracción biodisponible
LD LC
Co 0.023±0.003 0.076±0.004
Cr 0.047±0.006 0.155±0.008
Cu 0.054±0.007 0.178±0.009
Fe 0.088±0.011 0.290±0.015
Hg 0.003±0.001 0.009±0.001
Mn 0.025±0.004 0.083±0.004
Ni 0.016±0.002 0.053±0.003
Zn 0.032±0.003 0.106±0.005
Todas las determinaciones de las concentraciones tanto en la fracción
biodisponible como en la total en las muestras de sedimentos estuvieron por
36
encima del límite de cuantificación a excepción de la fracción biodisponible del
cromo en las estaciones de muestreo.
4.6 TRATAMIENTO DE LOS RESULTADOS
Los resultados de los análisis son presentados por la media (X ) de las
determinaciones por duplicado.
Para evaluar la existencia de diferencias significativas entre las
concentraciones medias de metales en las estaciones de muestreo y estación
para diferentes muestreos se utilizó un Análisis de Varianza (ANOVA), el cual
asume que los datos siguen una distribución normal y que las varianzas de las
poblaciones son iguales. Si el test de ANOVA arroja diferencias
estadísticamente representativas se empleará el t-student o Tukey, los cuales
comparan entre cada par de grupos de datos. Adicionalmente, para encontrar
la dependencia entre dos variables, se utilizó el coeficiente de correlación de
Pearson. Para todos los análisis estadísticos el criterio de significancia se
estableció a p<0.05 (Walpole y Myers, 1992), usando el programa Statgraphics
Plus versión 5.1 (Statistical Graphics Corp., Rockville, MD).
5. DISCUSIÓN Y ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
37
a. TEXTURA Y CIC DE LOS SEDIMENTOS
En la Tabla 7 se resumen los resultados promedio de las muestras obtenidos
para la textura y capacidad de intercambio catiónico en sedimentos para las
diferentes estaciones de muestreo en la región de la Mojana.
Tabla 7. Textura y capacidad de intercambio catiónico en sedimentos de las estaciones de muestreo.
Estación %Arena %Arcilla %Limo Clase texturalCIC meq/100g
suelo
Ciénaga san Marco
22.9±0.7 20.0±0.7 57.1±1.8 Franco limoso 22.0±0.7
Ciénaga Machado
42.9±1.7 31.4±0.9 25.7±1.0 Franco arcilloso 30.0±1.1
Ciénaga Doña Ana
34.3±1.2 25.7±0.6 40.0±1.4 Franco 26.0±0.9
Ciénaga San Antonio
26.5±0.7 29.2±1.0 44.3±1.6 Franco arcilloso 27.3±1.3
Río Cauca 79.3±3.3 7.1±0.2 11.5±0.3 Areno francosa 12.3±0.6
Caño Viloria 46.6±2.1 18.0±0.5 35.4±1.1 Franco 21.1±0.7
Para la clasificación de la textura, se empleó el triángulo textural para suelos y
sedimentos.
Los sedimentos de la ciénaga San Marcos y San Antonio presentaron los
mayores % de limo de 57,1 y 44,3 respectivamente los cuales se clasificaron
como franco limoso y franco arcilloso. Como era de esperarse él % de arena
más alto lo presentó el rio cauca con 79,3% siendo el único con clasificación
areno francosa por lo que puede ser una de las razones de que se encontraran
bajos contenidos de metales pesados en esta estación, ya que los mismos se
asocian principalmente a las partículas de menor tamaño (Singh et al., 1999),
además esta estación presentó la menor capacidad de intercambio catiónico
con un valor de 12,3 meq/100g suelo, lo que indica que los metales no serán
38
retenidos de manera relevante en comparación con las demás estaciones de
muestreo.
Los mayores contenidos de arcillas los presentaron la ciénaga Machado y San
Antonio con % de arcilla de 31,4 y 29,2, respectivamente, los cuales fueron
clasificados como franco arcilloso, que al mismo tiempo presentaron CIC mas
altos con respecto a las demás estaciones de muestreo con valores de 30,0 y
27,3 meq/100g suelo respectivamente, dichos valores se pueden atribuir a que
la fracción arcillosa predomina en sistemas acuáticos donde la baja energía de
partículas en suspensión (ciénagas) ocasiona que se depositen en el fondo,
mientras que cuando la energía es alta (ríos) el efecto de lavado por la
corriente, limpia la arena y el limo, resultando en sedimentos de fondo donde
predominan la arena y limo en vez de arcilla (Chatterjee et al., 2007). Lo cual
favoreció la acumulación de mayores contenidos de metales pesados en estas
estaciones, principalmente en sedimentos de la estación San Antonio y
Machado por presentar mayores contenidos de arcilla en relación a las demás
estaciones de muestreo, lo cual se debe a que los metales se asocian
básicamente a la fracción arcillosa del sedimento (Biksham et al., 1991).
5.2 PARAMETROS FISICOQUÍMICOS
En la Tabla 8, se muestran los valores de pH, potencial redox y porcentaje de
materia orgánica (%MO) en sedimentos de cada una de las estaciones de
muestreo durante la época seca en Febrero (M1) y la época húmeda en Julio
(M2).
Tabla 8. Parámetros fisicoquímicos en sedimentos de la región de la Mojana.
MUESTRAS%MO pH Potencial redox
M1 M2 M1 M2 M1 M2
39
Río Cauca
5.1 5.8 6.87 7.01 193 1505.4 5.3 6.82 7.04 159 1435.7 5.3 6.95 7.05 145 1595.4 6.1 6.90 7.07 135 151
Promedio 5.4 5.6 6.89 7.04 158 151
Caño Viloria
10.1 8.2 7.22 7.24 243 20211.4 8.6 7.05 7.20 262 21112.2 6.7 6.98 7.07 263 2129.5 8.1 6.87 7.04 265 211
Promedio 10.8 7.9 7.03 7.14 258 209
Ciénaga san Marcos
7.6 8.3 5.62 6.20 200 1938.0 7.9 5.45 6.30 199 2007.9 8.0 5.26 6.29 208 1897.2 7.6 5.45 6.30 207 194
Promedio 7.7 8.0 5.45 6.27 204 194
Ciénaga Machado
9.9 11.6 6.72 6.59 198 20410.0 11.3 6.51 6.19 187 20810.1 11.1 6.54 6.57 176 19310.5 10.9 6.41 6.55 177 165
Promedio 10.1 11.2 6.55 6.48 185 193
Ciénaga Doña Ana
8.7 7.3 6.49 6.46 210 1708.7 8.5 6.01 6.23 201 2018.1 8.8 6.81 6.11 200 1948.1 9.4 6.47 6.00 186 207
Promedio 8.4 8.5 6.45 6.20 199 193
Ciénaga San Antonio
8.5 8.4 7.33 6.94 163 1588.4 8.6 7.42 6.90 161 1528.5 8.9 6.94 6.95 161 1708.4 8.5 6.34 6.81 168 176
Promedio 8.5 8.6 7.01 6.90 163 164
5.2.1 Materia orgánica
Los % de materia orgánica en la época seca no presentaron diferencias
estadísticamente significativas (p>0.05) entre la ciénaga San Marcos, Doña
Ana y San Antonio. Los %MO más altos se presentaron en caño Viloria y
ciénaga machado con valores de 10,8 y 10,1% respectivamente. Valores de
MO alrededor del 10%, como los presentados en este estudio, son
considerados altos (Coquery y Welbourn, 1995). El rio cauca presentó los
porcentajes de materia orgánica más bajos con un valor medio de 5,4. En los
sedimentos los metales unidos a la materia orgánica generalmente ocupan la
mayor fracción, además la solubilidad de ésta, determina la movilidad de los
40
elementos ya que la formación de complejos de iones metálicos insolubles con
los compuestos orgánicos pueden reducir en gran medida su movilidad,
mientras que la formación de compuestos metálicos solubles con compuestos
orgánicos solubles aumentaría su movilidad (Amina et al., 1999). En los
sistemas acuáticos como los estudiados en este trabajo la MO se compone
principalmente de ácidos húmicos y fúlvicos (Peng et al., 2009). Contribuciones
a la MO también pueden ser debidas a macrófitas y gramíneas ubicadas en los
márgenes de la estaciones de muestreo, así como las escorrentías de aguas
pluviales de la zona que arrastran material vegetal principalmente en la época
lluviosa, lo cual se aprecia principalmente en sedimentos de la ciénaga
Machado donde se ve un notable incremento en esta época del año.
En el período húmedo los % de MO fluctuaron entre 5,3 y 11,6 para el río
Cauca y la ciénaga Machado respectivamente, entre las estaciones de la
ciénaga San Marcos, caño Viloria, san Antonio y Doña Ana no se presentaron
diferencias estadísticamente significativas (p>0.05), manteniéndose presente
los porcentajes de MO más alto en la ciénaga Machado al igual que en el
período seco, mostrando que el impacto de aguas servidas que son arrojadas a
estos sistemas acuáticos es mayor en esta estación. Los valores bajo de MO
encontrados en el río Cauca puede ser atribuido a los procesos de mezcla en la
interface agua sedimento donde la tasa de degradación por procesos
microbianos puede ser alta (Canuel y Martens, 1993).
La MO juega un papel importante en los procesos de contaminación ambiental,
ya que a mayores niveles generalmente disminuye la disponibilidad de un
contaminante en el medio, pero además, está relacionada con el proceso de
metilación del mercurio en los sedimentos, que son incrementados a mayores
niveles de MO (Coquery et al., 1997).
5.2.2 pH
Los valores de pH en ambos períodos del año presentaron los valores medios
más bajos en la ciénaga San Marcos y Doña Ana con valores de 5,40 y 6,40
41
para el período seco y de 6,30 y 6,20 respectivamente para el período húmedo,
siendo valores de pH ligeramente ácidos. Los valores bajos de pH podrían
estar asociados a la presencia de materiales húmicos. El proceso de
disminución del pH que se observa en los períodos de sequía puede ser
atribuido a la disminución de los niveles de agua en los ecosistemas,
originando un efecto de concentración de iones o especies químicas que
aportan acidez (Marrugo, 2007). Otras contribuciones a la acidez del agua en
esta época pueden ser, el CO2 que se origina por la respiración por la
productividad biológica y los iones amonio (NH4+) cuando son incorporados a la
biomasa acuática (Vernet, 1994). Esta disminución del pH en el período seco
principalmente en la ciénaga San Marcos ocasiona que la competencia entre
H+ y los metales disueltos por ligandos (OH-, CO32-, SO4
2-) se vuelva más
significativa, aumentando la movilidad de los metales pesados. A veces con
unas pocas unidades más baja de pH, el porcentaje de fijación de los
elementos en los sedimentos puede variar desde casi 100% a ninguno
(Gundersen y Steinnes, 2003).
Es importante resaltar que esta situación podría favorecer la movilidad y
biodisponibilidad de los metales pesados en estos sistemas acuáticos. En
virtud de lo anterior, una parte importante de los metales pueden alcanzar la
superficie de los sedimentos y ser ingresados a la columna de agua,
especialmente en las estaciones de muestreo bajo estudio por ser susceptibles
a inundaciones.
5.2.3 Potencial redox
Los valores de potencial redox tanto en la época seca como en la húmeda
presentaron los valores más bajos en el río Cauca y los más altos en caño
Viloria con valores de 135 y 265 mV respectivamente para la época seca y de
143 y 212 mV para el período húmedo, mientras que entre las demás
estaciones no se presentaron diferencias apreciables. En sedimentos
anaeróbicos el sulfuro de hidrogeno constituye un componente clave
controlando la movilidad de algunos cationes metálicos por lo general
presentes en forma natural (Mahony et al., 1990).
42
Sin embargo las características que presentan las estaciones de muestreo en
ambas épocas del año son de condiciones aeróbicos por presentar valores
altos de potencial redox, principalmente en la estación de caño Viloria, se
observa además un aumento del potencial redox en el sedimento durante la
época seca, debido a la tasa de oxidación de sulfuro de los metales y a la
velocidad de degradación de los compuestos orgánicos que son mayores en
esta época del año, lo cual acelera la liberación de metales acomplejados y
adsorbidos de los sedimentos en las estaciones bajo estudio (Calmano et al.,
1993).
5.3 METALES PESADOS EN SEDIMENTOS
Uno de los principales problemas al interpretar los resultados es indicar si un
sedimento está contaminado en Colombia, debido a que se carece de
normativas legales que señalen valores considerados como contaminantes
para los sedimentos fluviales. En tal sentido, las comparaciones deben
realizarse mediante valores reportados por otros autores o con normas
internacionales.
En la Tabla 9 se presentan los intervalos de las concentraciones obtenidos de
los metales pesados para la fracción biodisponible y la concentración total, así
como el correspondiente promedio durante la época seca en Febrero (M1) y la
época húmeda en Julio (M2).
Tabla 9. Concentración de los metales (µg/g) por período estacional en la región de la Mojana.
Metal Muestreo Fracción Biodisponible Concentración total
Intervalo (Estación) *Promedio Intervalo (Estación) *Promedio
CobaltoM1 1.08 (6) – 3.72 (5) 2.22±1.03 4.50 (2) – 26.13 (6) 13.7±7.07
M2 1.08 (2) – 3.73 (5) 2.32±0.22 0.52 (5) – 25.4 (6) 13.0±8.70
43
CromoM1 <LD <LD 46.4 (6) – 93.8 (2) 67.1±13.6
M2 <LD <LD 42.2 (1) – 92.9 (4) 68.7±12.1
NíquelM1 0.09 (3) – 0.48 (5) 0.28±0.07 17.5 (2) – 67.2 (6) 43.0±15.9
M2 0.19 (3) – 2.05 (2) 0.47±0.09 11.7 (2) – 62.9 (6) 42.4±17.4
HierroM1 57.5 (2) – 5038 (4) 467±991 1.93 (3) – 4.21 (6) 3.19±1.93 %
M2 145 (2) – 1702 (4) 464±381 2.61 (3) – 5.06 (6) 3.82±0.69%
ManganesoM1 73.0 (2) – 132 (6) 90.0±15.4 330 (2) – 1231 (6) 639±257
M2 85.6 (2) – 191 (6) 106±27.3 341 (2) – 1663 (6) 850±367
ZincM1 0.14 (2) – 6.06 (6) 2.34±0.14 40.1 (5) – 96.8 (4) 78.9±17.3
M2 0.13 (2) – 5.52 (1) 2.36±0.13 47.2 (5) – 96.6 (4) 78.2±16.0
CobreM1 0.79 (4) – 3.01 (6) 1.81±0.67 41.0 (5) – 88.8 (2) 59.7±10.4
M2 1.09 (2) – 3.41 (3) 2.46±0.68 47.5 (1) – 79.9 (4) 65.3±7.90
MercurioM1 11.2 (1) – 68.2 (3) 39.9±17.3 ng/g 0.21 (2) – 0.78 (6) 0.53±0.18
M2 11.9 (1) – 70.3 (6) 39.7±20.6 ng/g 0.12 (2) – 0.88 (6) 0.54±0.22
LD=Límite de detección (<0.047 µg/g)
*El promedio corresponde a los contenidos de metales pesados de todas las estaciones de muestreo.
Nota: Los valores entre paréntesis corresponden a las estaciones de muestreo.
(1) Río Cauca (2) Caño Viloria (3) Ciénaga san Marcos
(4) Ciénaga Machado (5) Ciénaga Doña Ana (6) Ciénaga San Antonio
Como se observa en la Tabla 9, los menores contenidos presentes en la
primera fracción de hierro, manganeso y zinc se presentaron en la estación
Caño Viloria (2) en ambas épocas del año. Los mayores contenidos
biodisponibles de Fe y Mn se registraron en la ciénaga Machado y San Antonio
respectivamente en ambas épocas del año y el cobalto predominó en la
ciénaga Doña Ana.
Los contenidos totales más altos de hierro, manganeso, mercurio, níquel y
cobalto se presentaron en la ciénaga San Antonio en ambas épocas del año, al
igual que los contenidos totales de zinc para la ciénaga Machado. Los
contenidos mínimos y máximos de los otros metales pesados están distribuidos
en las demás estaciones de muestreo.
A continuación analizaremos los contenidos totales y biodisponibles de cada
uno de los metales pesados.
44
5.3.1 Mercurio
En la Tabla 10, se muestran los resultados de la concentración promedio de
mercurio total y biodisponible, el contenido medio total no presentó diferencias
estadísticamente significativas (p<0.05, Tabla B6 anexo) en ambos períodos
del año, pero si entre estaciones (Tablas B3 y B4 anexos).
Tabla 10. Concentración promedio de Hg total y biodisponible (ng/g peso seco) por estaciones en sedimentos de la región de la Mojana.
ESTACIÓN
Hg
Período seco (Febrero) Época húmeda (Julio)
Total Biodisponible Total Biodisponible
Río Cauca 525±49 24.7±2.5 600±36 22.4±2.0
Caño Viloria 241±33 14.0±2.8 172±45 15.5±2.9
Ciénaga san Marcos 710±48 60.2±8.0 699±59 66.5±5.4
Ciénaga Machado 456±37 43.8±0.6 425±81 39.7±3.9
Ciénaga Doña Ana 493±23 39.5±5.3 504±48 28.9±4.1
Ciénaga San Antonio 758±19 57.5±3.7 816±49 65.5±3.4
En la época seca el contenido promedio total más bajo se hallo ubicado en
Caño Viloria de 206 ng/g Hg mientras que el más alto fue de 778 ng/g Hg en
San Antonio (Tabla A1 anexo), los valores altos encontrados en esta estación,
así como las concentraciones encontradas en las demás estaciones, puede
estar asociado a las altas concentraciones de sólidos suspendidos en la
columna de agua (Vaughn, 2001), el cual transporta cantidades significativas
de metales pesados (Morrison et al., 2001) que provienen de fuentes, como los
residuos vertidos de los asentamientos urbanos que se ubican en sectores
aledaños, residuos industriales provenientes de la extracción de oro de la zona
nororiental del Departamento de Antioquia (Claudia et al., 2000), contribuyendo
en mayor proporción los contenidos de este metal, ya que últimamente se ha
venido utilizando el proceso de amalgación con mercurio para la recuperación
del metal (Marrugo et al., 2007), explotación de ferroníquel y carbón (Marrugo
et al., 2006), descargas difusas de origen agrícolas (Tsukatani et al., 2002) y
las escorrentías de aguas pluviales de la zona. Se observa además un leve
incremento en las concentraciones de este metal durante la época seca en las
45
estaciones Machado y San Marcos, lo cual puede estar asociados al efecto de
concentración del mercurio en el medio cuando disminuyen los niveles de
agua, redisolución desde los sedimentos en condiciones anaerobias, mayor
actividad biológica que se traduce en una mayor metilación durante el verano y
mayor asimilación del MeHg en el plancton por las mayores temperaturas que
se presentan en esta época (Marrugo et al., 2007).
En la época húmeda el contenido total mas alto se obtuvo nuevamente en la
ciénaga San Antonio de 877 ng/g Hg (Tabla A1 anexo), cuyo valor es similar al
encontrado en la ciénaga Grande de Achi ubicada en la región de la Mojana, la
cual recibe un impacto directo de la contaminación por mercurio, por estar
localizada dentro de la zona minera con un valor de 869 ng/g Hg (Marrugo,
2007). La concentración total más baja se encontró en caño Viloria con un valor
de 117 ngHg/g (Tabla A1 anexo). Las concentraciones bajas encontradas en
caño Viloria, pueden ser originadas por deposición atmosférica o remoción del
suelo.
En otros estudios realizados en la región de la Mojana en estaciones de
muestreo localizados en la cuenca del rio San Jorge, se encontraron
concentraciones entre 114 y 816 ng/g Hg (Marrugo et al., 2006), que puede ser
una de las causas que origina concentraciones altas de mercurio en
sedimentos de la ciénaga san Antonio por el intercambio de sus aguas, desde
la boca San Antonio hasta aguas arriba del caserío de Jegua, principalmente
en períodos de lluvia. Igualmente se hallaron en la región en el poblado de
Caimito (Río San Jorge) concentraciones de mercurio de 155 ng/g Hg (Olivero
et al., 2004).
El Environment Canada (1997) establece un nivel umbral de no efectos sobre
el ambiente para sedimentos en aguas continentales de 174 ng/g peso seco,
en consecuencia, los sedimentos de la región de la Mojana pueden
considerarse altamente contaminados. De conformidad con la naturaleza
acumuladora de los sedimentos en cuerpos de agua lenticos, la ocurrencia de
valores totales más altos se halló en las ciénagas de San Antonio y San
Marcos.
46
Los porcentajes de la fracción biodisponibles encontrados en la región de la
Mojana se encontraron entre el 3 y 11% (Tabla A1 anexo), encontrándose
diferencias estadísticamente significativas entre estaciones de muestreo
(p<0.05, Tabla B1 y B2 anexos), la biodisponibilidad es mayor en la ciénaga
Machado con respecto a las demás estaciones de muestreo. Estos valores son
similares a los reportados por Marrugo (2007) para las ciénagas Grande de
Achi y Ayapel (6.0 y 14.6%), Sin embargo, en la mayoría de sedimentos
marinos y continentales la fracción biodisponible reportada no alcanza un 5%
(Shi et al., 2005), lo que ubica los sedimentos de estas ciénagas con una alta
biodisponibilidad, debido a que se obtuvieron valores promedios por encima del
5% (Tabla A1 anexo) en las estaciones de muestreo. Las condiciones redox
encontradas en los sedimentos de estos sistemas acuáticos, ocasiona que el
Hg se encuentre en formas solubles y disponibles, de tal manera que las
bacterias reductoras de sulfatos lo puedan metilar formando el metilmercurio
(Compeau y Bartha, 1985), que a su vez puede ser difundido fuera de los
sedimentos hacia la columna de agua. Sin embargo bajo condiciones
reductoras se han reportado que es mayor la metilación del mercurio en
comparación con las condiciones oxidantes que presentan estos sistemas
acuáticos (Oremland et al., 1995). Lo anterior está de acuerdo a la correlación
negativa (Tabla 11) que presentó este metal con el potencial redox.
La correlación negativa que presenta este metal con el pH, se debe a que a
medida que disminuye, se incrementa la competencia entre H+ con las especies
de Hg unida a hidróxidos y a las fracción intercambiable en arcillas,
ocasionando la liberación de estas especies, incrementándose su movilidad
con el aumente progresivo de la acidez.
Las correlaciones negativas entre la MO y los contenidos totales (Tabla 11),
indican que se puede estar dando un proceso de dilución de las
concentraciones de Hg por el material particulado rico en sustancias húmicas
que se sedimentan en estos sistemas acuáticos, dado que la contribución de
este metal en estos sistemas es principalmente debido al desarrollo de las
actividades mineras y no a la materia orgánica. Esta correlación negativa,
indica también, que la retención de este metal por la MO no es significativa (Lu
47
et al., 2005), lo cual está de acuerdo con la alta biodisponibilidad encontrada en
las estaciones de la región de la Mojana.
Tabla 11. Coeficientes de correlación de Pearson (p<0,05) entre contenidos de Hg y los parámetros fisicoquímicos en sedimentos de la región de la Mojana.
ParámetroPeríodo seco (Febrero) Período húmedo (Julio)
Hg biodisponible Hg Total Hg biodisponible Hg Total
Eh (mV) -0,41* -0,65** -0,15 -0,57**
%MO -0,14 -0,50* 0,25 -0,15
pH -0,54** -0,36 -0,36 -0,21
**p=0,01, *p=0,05. r: correlaciones, n=24.
5.3.3 Níquel
En la Tabla 12, se muestran los resultados de la concentración promedio de
este metal correspondientes a la fase total y a la fracción biodisponible para los
dos muestreos.
Tabla 12. Concentración promedio de Ni total y biodisponible (µg/g peso seco) por estaciones en sedimentos de la región de la Mojana.
ESTACIÓN
Ni
Período seco (Febrero) Época húmeda (Julio)
Total Biodisponible Total Biodisponible
Río Cauca 47.9±4.8 0.34±0.02 50.1±1.0 0.34±0.02
Caño Viloria 20.1±3.4 0.28±0.02 13.0±1.4 1.45±0.41
Ciénaga san Marcos 31.1±4.0 0.23±0.09 33.0±8.9 0.23±0.04
Ciénaga Machado 60.0±5.5 0.23±0.02 58.8±3.1 0.25±0.03
Ciénaga Doña Ana 39.1±11.2 0.28±0.14 38.0±1.3 0.23±0.03
Ciénaga San Antonio 59.6±6.8 0.33±0.02 61.6±2.1 0.34±0.02No se presentó diferencias estadísticamente significativas (p>0.05, Tabla B1
anexo) en las concentraciones para la fracción biodisponible de níquel en la
época seca en ninguna de las estaciones, mientras los contenidos medios
totales presentaron diferencias estadísticamente significativas (p<0.05, Tabla
B3 anexo).
Los contenidos promedios totales de Ni varían entre 13,0 µg/g en caño Viloria y
61,6 µg/g en la ciénaga San Antonio (Tabla A2 anexo). Dichos valores pueden
48
estar asociados a las escorrentías que ocasionan el desplazamiento de una
gran cantidad de materiales que ingresan a los sistemas acuáticos de la región,
donde existe una gran cantidad de materia orgánica que actuaria como un
ligando para este metal, tal como lo establece Mogollón y Bifano (1985), otra
fuente considerable de este metal es debido a la explotación de ferroníquel y
carbón (Marrugo et al., 2006) que se desarrolla al sur de la región de la Mojana.
Se reportaron concentraciones de este metal entre 3,06 µg/g y 44,6 µg/g en la
cuenca del rio San Jorge perteneciente a la región de la Mojana (Marrugo et
al., 2006), similares a los encontrados en este trabajo. Igualmente valores
inferiores a los reportados aquí, con valores entre 4 µg/g y 19 µg/g para la
época seca en sedimentos de la cuenca del río Saldaña (Güiza et al., 2000).
Sadiq (1992), señala que los sedimentos no contaminados presentan
concentraciones por debajo de 10 µg/g, inferior a los valores encontrados en
los sedimentos de la región de la Mojana. El níquel transportado en forma
suspendida por las aguas y que posteriormente entra al sedimento
posiblemente en su mayoría es de tipo antropogénico.
Los contenidos de níquel en la fracción 1 durante el período húmedo fueron
altos en caño Viloria donde la mayor concentración correspondió a 2,05 µg/g
(Tabla A2 anexo) mientras que en las demás estaciones no se registraron
diferencias estadísticamente significativas (p>0.05, Tabla B2 anexo). Los
porcentajes de este metal asociados a la primera fase durante el período seco
se mantuvo por debajo del 1% mientras que en el período húmedo se presentó
un incremento porcentual en el contenido biodisponible comprendido entre 6 a
9% en Caño Viloria (Tabla A2 anexo), en las demás estaciones no se
presentaron variaciones significativas en la distribución de este metal. En
aguas naturales, en un intervalo de pH 5-9, el ión divalente Ni2+ predomina
como (Ni (H20)62+) (Snodgrass 1980). En el caso de los sedimentos de la región
de la Mojana, con valores de pH cercanos a 7, es probable que esta forma sea
la más importante. Además, en este intervalo de pH el Níquel puede ser
adsorbido sobre óxidos de Fe y Mn, formando complejos con ligandos
49
orgánicos con ácidos húmicos y fúlvicos, así como los inorgánicos con Cl-,
SO42-, y OH- (Snodgrass 1980).
Calmano (1996) encuentra que al decrecer los valores de pH se incrementa el
potencial redox de los sedimentos, al igual que los resultados obtenidos en este
estudio, ya que los valores de pH en los sedimento de los sistemas cenagosos
son ligeramente ácidos con un potencial redox (>135 mV) que le confieren
propiedades oxidantes. Esta propiedad le permitirá que se lleven a cabo
reacciones de oxido-reducción del Ni con el carbono, azufre y oxígeno
(presentes en el sedimento), formando complejos insolubles. Lo cual está de
acuerdo con la correlación negativa estadísticamente significativa encontrada
entre el potencial redox y este metal (Tabla 13).
Tabla 13. Coeficientes de correlación de Pearson (p<0,05) entre contenidos de Ni y los parámetros fisicoquímicos en sedimentos de la región de la Mojana.
ParámetroPeríodo seco (Febrero) Período húmedo (Julio)
Ni biodisponible Ni Total Ni biodisponible Ni Total
Eh (mV) -0,26 -0,76** 0,39 -0,61**
%MO -0,28 -0,18 -0,13 0,28
pH 0,32 0,23 0,58** -0,11
**p=0,01, *p=0,05. r: correlaciones, n=24.
5.3.2 Hierro
En la Tabla 14, se muestran los resultados de las concentración promedio de
hierro total y biodisponible para los dos muestreos, los valores de hierro fueron
altos por ser un macro elemento. El contenido total de este metal presentó
diferencias estadísticamente significativas (p<0.05, Tabla B6 anexo) entre los
períodos seco y húmedo mientras que la concentración correspondiente a la
primera fracción no presentó diferencias significativas (Tabla B6 anexo) para
las dos épocas del año.
Tabla 14. Concentración promedio de Fe total (%) y biodisponible (µg/g peso seco) por estaciones en sedimentos de la región de la Mojana.
ESTACIÓNFe
Período seco (Febrero) Época húmeda (Julio)
50
TotalBiodisponibl
eTotal Biodisponible
Río Cauca 3.54±0.06 330±36 4.09±0.06 383±34
Caño Viloria 2.82±0.37 67±6 3.78±0.33 153±6Ciénaga san
Marcos2.14±0.14 148±31 2.68±0.05 534±63
Ciénaga Machado 3.63±0.15 540±106 3.98±0.18 951±34
Ciénaga Doña Ana 3.17±0.11 149±12 3.53±0.33 204±45Ciénaga San
Antonio3.83±0.28 446±184 4.84±0.30 317±22
Para la época seca el contenido medio total entre las estaciones presentó
diferencias estadísticamente significativas (p<0.05, Tabla B3 anexo),
presentándose la concentración media total más alta en la ciénaga San Antonio
de 3,83% y la más baja en San Marcos de 2,14% (Tabla A3 anexo). El
contenido medio para la primera fase presentó diferencias estadísticamente
significativas (p<0.05, Tabla B1 anexo). El contenido más alto fue de 668 µg/g
en la ciénaga Machado y el más bajo fue de 57,5 µg/g en caño Viloria (Tabla
A3 anexo).
En el período húmedo los contenidos totales y los de la primera fase de este
metal presentaron diferencias estadísticamente significativas (p<0.05, Tablas
B2 y B4 anexos) entre estaciones, encontrándose el valor más alto de
concentración total en la ciénaga San Antonio de 5,06% y el valor más bajo en
San Marcos de 2,61%, los contenidos medios para la primera fase fluctuaron
entre 153 µg/g y 951 µg/g para caño Viloria y la ciénaga Machado
respectivamente (Tabla A3 anexo).
La presencia del Fe en la fracción 1, como se observó es escasa y casi nula
especialmente en las estaciones de Doña Ana y caño Viloria, los únicos sitios
que dan indicios de presencia en la fracción con mayor movilidad son las
estaciones de San Antonio y Machado y solo con porcentajes de distribución
menores al 2 % en el período seco y 3% en el período húmedo (Tabla A3
anexo), con lo que se puede observar que este metal no se encuentra
biodisponible en forma relevante (Tabla A3 anexo), lo cual se debe a que el
51
hierro se asocia principalmente con la fracción residual del sedimento (Tuzen,
2003).
Este elemento por encontrarse en grandes proporciones en la corteza terrestre,
suele incrementarse en los ambientes acuáticos durante los períodos de lluvia,
como se pudo observar en los resultados obtenidos, debido a la influencia de
los ríos, los cuales constituyen una de las vías de transporte (Wells y Mayer,
1991).
En otros ecosistemas colombianos, se han señalado promedios similares de
este elemento, de 3,26 y 5,43% para el contenido medio total en época seca y
húmeda respectivamente para sedimentos de la cuenca del río Saldaña (Güiza
et al., 2000). Igualmente, valores de 3,2 y 5,8% para el contenido medio total
de hierro han sido indicados para el rio magdalena sector Semiti-Regidor
(Güiza et al., 1999).
Thomas y Mudroch (1979), para el hierro, refieren un valor de concentración
natural de 4,6%, mayor a los valores encontrados en los sedimentos de la
región de la Mojana en ambas épocas del año.
La correlación positiva estadísticamente significativa entre el Fe y el pH (Tabla
15), principalmente en época seca, se debe a que, al disminuir el pH en esta
época del año, se presenta una reducción y solubilización de los óxidos de Fe y
Mn, ahora bien parte del Fe liberado puede quedar atrapado en el agua
intersticial de los mismos (porewater) (Hutchins et al., 2007), incrementándose
los contenidos disponible en los sedimentos.
La correlación negativa entre el Fe y el potencial redox, se debe a las
condiciones oxidantes que presentan estos sistemas acuáticos, la cual
favorece la presencia de Fe3+ en vez de Fe2+, siendo este ultimo mas soluble
que el anterior, disminuyendo por lo tanto la movilidad de este metal (García y
Dorronsoro, 2005).
La correlación positiva entre los contenidos biodisponibles de Fe durante el
periodo húmedo y la materia orgánica, indican la tendencia de este metal a
52
formar compuestos con ésta, principalmente con los ácidos húmicos presentes
en el material sedimentario, lo cual está de acuerdo con resultados obtenidos
por León et al., (2004).
Tabla 15. Coeficientes de correlación de Pearson (p<0,05) entre contenidos de Fe y los parámetros fisicoquímicos en sedimentos de la región de la Mojana.
ParámetroPeríodo seco (Febrero) Período húmedo (Julio)
Fe biodisponible Fe Total Fe biodisponible Fe Total
Eh (mV) -0,65** -0,57** 0,01 -0,45*
%MO -0,05 -0,08 0,61** 0,03
pH 0,32 0,63** -0,34 0,53**
**p=0,01, *p=0,05. r: correlaciones, n=24.
5.3.4 Manganeso
En la Tabla 16, se muestran los resultados de las concentraciones promedio de
este metal correspondientes a la fase total y a la primera fracción para los dos
muestreos, en la época de lluvia se registraron los contenidos promedio totales
más altos de manganeso sin embargo los contenidos correspondientes a la
primera fase no presentaron diferencias estadísticamente significativas
(p>0.05, Tabla B5 anexo) entre muestreos.
Tabla 16. Concentración promedio de Mn total y biodisponible (µg/g peso seco) por estaciones en sedimentos de la región de la Mojana.
ESTACIÓN
Mn
Período seco (Febrero) Época húmeda (Julio)
Total Biodisponible Total Biodisponible
Río Cauca 732±129 78.6±3.2 1037±76 98.2±1.2
Caño Viloria 345±13 78.6±3.9 539±168 87.5±1.8Ciénaga san
Marcos471±37 106.0±3.9 687±22 116.3±2.9
Ciénaga Machado 593±62 79.5±1.0 539±29 91.2±2.9
53
Ciénaga Doña Ana 579±21 83.6±1.0 760±43 98.0±1.5Ciénaga San
Antonio1115±96 113.3±12.7 1537±123 163.0±18.8
En la época seca se presentó el contenido medio más alto de 1145 µg/g en la
ciénaga San Antonio y el más bajo de 344 µg/g en caño Viloria (Tabla A4
anexo), en el período húmedo el contenido medio más alto se registro
nuevamente en la ciénaga San Antonio con un valor de 1537 µg/g, pero el más
bajo fue de 538 µg/g en la ciénaga Machado (Tabla A4 anexo).
El contenido correspondiente a la primera fracción en la época seca oscilo
entre 73,0 µg/g en caño Viloria y 132 µg/g en la ciénaga San Antonio (Tabla A4
anexo), presentándose dos grupos homogéneos para los contenidos presentes
en la primera fracción, el primero conformado por las estaciones del río Cauca,
Caño Viloria, Doña Ana, y Ciénaga Machado y el segundo grupo por San
Marcos y San Antonio (Tabla B1 anexo). Los valores para este metal en la
época húmeda fluctuaron entre 85,6 µg/g en Caño Viloria y 191 µg/g en la
ciénaga San Antonio. Los porcentajes encontrados para la fracción
biodisponible oscilo entre 8 a 25% en el período seco y 9 a 26% en el húmedo
(Tabla A4 anexo). Los altos contenidos de manganeso en esta fase se deben a
la similaridad del radio iónico que presenta con el calcio, lo cual permite la
sustitución del calcio por este metal en el carbonato de calcio (Sundaray,
2007). Las concentraciones de esta fracción implican una fácil transferencia del
metal a la solución, debido a cambios en la naturaleza de la fase acuosa por
aumento de acidez. Ello significa que este metal forma coloides inorgánicos del
tipo óxido hidratado, o está asociado a los coloides de este mismo tipo (Barceló
et al., 1998).
En otros ecosistemas colombianos, se han señalado promedios de manganeso
de 667 y 992 µg/g para el contenido medio total en época húmeda y seca
respectivamente para sedimentos de la cuenca del río Saldaña (Güiza et al.,
2000). Igualmente, valores de 302 µg/g y 555 µg/g para el contenido medio
total de manganeso han sido indicados para el río magdalena sector Semiti-
Regidor (Güiza et al., 1999).
54
Thomas y Mudroch (1979), para el manganeso, refiere un valor de
concentración natural de 1625 µg/g, mayor a los valores encontrados en los
sedimentos de la región de la Mojana en ambas épocas del año, lo que indica
que no hay contaminación por este metal en la zona de estudio.
La correlación negativa entre el manganeso y el potencial redox (Tabla 17), se
debe a las condiciones oxidantes encontrada en los sedimentos, ya que la
liberación de este metal se ve favorecida es en condiciones reductoras (valores
negativo de potencial redox) donde la forma Mn4+ (insoluble) es reducida a la
forma Mn2+ (soluble), incrementándose así, los contenidos biodisponible este
elemento (Sajwan y Lindsay, 1986).
Tabla 17. Coeficientes de correlación de Pearson (p<0,05) entre contenidos de Mn y los parámetros fisicoquímicos en sedimentos de la región de la Mojana.
ParámetroPeríodo seco (Febrero) Período húmedo (Julio)
Mn biodisponible Mn Total Mn biodisponible Mn Total
Eh (mV) -0,27 -0,69** -0,42* -0,67**
%MO -0,12 -0,35 0,00 -0,30
pH -0,24 0,32 0,06 0,30**p=0,01, *p=0,05. r: correlaciones, n=24.
5.3.5 Cobre
En la Tabla 18, se muestran los resultados de las concentraciones promedio de
cobre total y biodisponible para los dos muestreos.
Tabla 18. Concentración promedio de Cu total y biodisponible (µg/g peso seco) por estaciones en sedimentos de la región de la Mojana.
ESTACIÓN
Cu
Período seco (Febrero) Época húmeda (Julio)
Total Biodisponible Total Biodisponible
Río Cauca 54.3±3.3 2.61±0.23 56.8±6.2 2.66±0.15
Caño Viloria 72.9±10.8 1.09±0.16 72.5±5.2 1.89±0.75
Ciénaga san Marcos 50.5±3.1 2.04±0.62 61.3±4.6 3.15±0.28
Ciénaga Machado 67.2±4.6 1.21±0.32 73.0±4.8 1.83±0.57
Ciénaga Doña Ana 50.7±6.8 1.68±0.09 62.3±2.2 2.43±0.82
Ciénaga San Antonio 63.0±6.7 2.23±0.72 65.9±9.3 2.80±0.35
55
Para este elemento se presentaron diferencias estadísticamente significativas
(p<0.05, Tabla B6 anexo) entre los contenidos totales en la época seca y la
época húmeda, registrándose los contenidos más altos de este metal en esta
última época del año, mientras que los contenidos correspondientes a la
primera fase no presentaron diferencias estadísticamente significativas (Tabla
B5 anexo).
Los contenidos medios totales en San Marcos, Doña Ana y San Antonio no
presentaron diferencias estadísticamente significativas (p>0.05, Tabla B4) en la
época de lluvia, la concentración más alta de 88,7 µg/g, se hallo en caño Viloria
mientras la concentración más baja fue de 41,0 µg/g en la ciénaga Doña Ana
para la época seca (Tabla A5 anexo). Las concentraciones de cobre puede
estar asociado a la presencia de abonos de origen animal que, al ser
depositados en el suelo de cultivo, integran este elemento a la materia orgánica
(Smith, 1996), pudiendo ser posteriormente arrastrado por las escorrentías
principalmente en época de lluvia, hacia los sistemas cenagosos de la región
donde finalmente se deposita en el sedimento, esto se corrobora con el hecho
de que se encontraron mayores contenidos de cobre en esta época del año.
Los contenidos correspondientes a la primera fase fluctuaron entre 0,79 µg/g y
3,01 µg/g en la ciénaga Machado y San Antonio respectivamente. Los
porcentajes hallados en esta época del año estuvieron entre el 1 al 6% para la
fracción biodisponible (Tabla A5 anexo).
A pesar de que el cobre es generalmente adsorbido en mayor medida que
otros metales, con excepción del plomo, la alta afinidad de los iones Cu2+ con
ligandos orgánicos solubles pueden aumentar en gran medida su movilidad en
los sedimentos (McLean y Bledsoe, 1992), además el cobre puede fácilmente
acomplejarse con la materia orgánica debido al alto valor de la constante de
estabilidad que presentan los complejos de cobre con la materia orgánica
(Stumn y Morgan, 1981).
Para el período húmedo el contenido medio más alto se halló en la ciénaga
Machado de 72,9 µg/g y el más bajo en el río Cauca el cual fue de 56,8 µg/g
56
(Tabla A5 anexo). Los contenidos correspondientes a la primera fracción se
encontraron entre 1,09 µg/g y 3,41 µg/g en Caño Viloria y San Marcos
respectivamente (Tabla A5 anexo). Como se puede apreciar los contenidos
biodisponibles más altos se presentaron en la estación San Marcos que como
se vio anteriormente presentó los valores de pH más bajos pH<6.50 mientras
que en la estación caño Viloria se obtuvieron valores por encima de pH=7.00
donde se reduce drásticamente la disponibilidad de este metal (Adriano, 1986),
lo cual se contrasta con los resultados de los %MO en esta estación, que por
ser mayores, principalmente en la época seca, disminuye la disponibilidad por
la alta capacidad de adsorción que esta presenta frente al cobre (Gomes et al.,
2001). Los porcentajes de este metal asociados a la fracción 1 hallados en esta
época del año estuvieron entre el 2 al 6%.
Los contenidos asociados a la primera fase de cobre se pueden atribuir al
hecho de que el ión Cu2+ precipita como hidróxido al pH al que suele
encontrarse el agua de una corriente fluvial (caño Viloria y el río Cauca con
valores de pH ligeramente por encima de 7), aunque también pudo haber
precipitado como CuCO3, esto se puede evidenciar principalmente en la
estación San Marcos donde predomino la mayor concentración de este metal
asociada a la fracción 1 con un valor medio de 3,15 µg/g (Tabla 18).
En otros estudios realizados en Colombia se hallaron valores de 21,4 µg/g y
20,2 µg/g para la concentración total promedio en época seca y húmeda
respectivamente en el rio magdalena-sector Tarqui (Huila) (Güiza et al., 1999),
mientras que en la cuenca del río Saldaña se encontraron concentraciones
totales promedio de 41,1 µg/g y 50,8 µg/g para el período húmedo y seco
respectivamente (Güiza et al., 2000).
Thomas para el cobre, refieren un valor de concentración natural de 45 µg/g,
mayor a los valores encontrados para los contenidos biodisponibles pero menor
a los contenidos totales en sedimentos de la región de la Mojana en ambas
épocas del año, lo cual es indicio de contaminación por este metal en la zona
estudiada.
57
Anteriormente se discutió que los bajos contenidos biodisponibles encontrados
de cobre en la estación Caño Viloria eran atribuidos a los altos contenidos de
MO, lo cual está de acuerdo a la correlación negativa estadísticamente
significativa (Tabla 19) entre ésta y las concentraciones biodisponibles de este
metal, principalmente en época seca. Gomes et al., (2001) mostraron que las
substancias húmicas presentan una adsorción preferencial por el Cu en
relación a otros metales pesados (Pb, Ni, Co y Zn). Este metal presenta una
correlación positiva en sus contenidos totales con la MO, por lo que su
contribución debido al incremento de esta, se deba a los fertilizantes utilizados
en sitios de cultivo aledaños a las estaciones de muestreo, pudiendo entrar al
sedimento por efecto de las escorrentías principalmente en época lluviosa.
Tabla 19. Coeficientes de correlación de Pearson (p<0,05) entre contenidos de Cu y los parámetros fisicoquímicos en sedimentos de la región de la Mojana.
ParámetroPeríodo seco (Febrero) Período húmedo (Julio)
Cu biodisponible Cu Total Cu biodisponible Cu Total
Eh (mV) -0,59** 0,33 -0,30 0,40
%MO -0,73** 0,66** -0,39 0,56**
pH 0,07 0,49* -0,09 0,11**p=0,01, *p=0,05. r: correlaciones, n=24.
5.3.6 Zinc
En la Tabla 20, se muestran los resultados de las concentraciones promedio
total y biodisponible para los dos muestreos, no se presentaron diferencias
estadísticamente significativas entre las dos épocas del año tanto para el
contenido total como para la primera fase (p>0.05, Tablas B5 y B6 anexos).
En la época seca no se registraron diferencias significativas (Tabla B3 anexo)
en el contenido medio total de este metal en las estaciones: río Cauca, San
Marcos, ciénaga Machado y San Antonio, el valor medio más alto se registro en
la ciénaga Machado de 92,5 µg/g y el más bajo de 44,9 µg/g en la ciénaga
Doña Ana (Tabla A6 anexo).
Tabla 20. Concentración promedio de Zn total y biodisponible (µg/g peso seco) por estaciones en sedimentos de la región de la Mojana.
ESTACIÓN Zn
58
Período seco (Febrero) Época húmeda (Julio)
Total Biodisponible Total Biodisponible
Río Cauca 86.9±4.6 4.17±0.30 87.9±7.6 4.77±0.74Caño Viloria 73.4±7.9 0.21±0.06 67.3±8.7 0.23±0.12
Ciénaga san Marcos 87.8±2.2 2.72±0.21 84.4±2.2 2.41±0.10
Ciénaga Machado 92.7±4.3 1.74±0.11 91.6±3.4 1.74±0.56
Ciénaga Doña Ana 44.9±3.2 0.52±0.04 50.5±3.7 1.00±0.41Ciénaga San Antonio 88.1±6.7 4.67±1.55 87.9±8.0 4.01±0.90
El contenido encontrado en la primera fracción entre estaciones presentan
diferencias estadísticamente significativas (Tabla B1), el contenido más alto se
presentó en la estación San Antonio con 6,06 µg/g y el más bajo se encontró
en caño Viloria de 0,14 µg/g (Tabla A6 anexo).
En la época húmeda se presentaron los contenidos totales más altos en la
ciénaga Machado con un valor medio de 91,6 µg/g y los contenidos medios
más bajos en la ciénaga Doña Ana de 50,5 µg/g. Los contenidos encontrados
en la primera fase fluctuaron entre 0,13 µg/g en Caño Viloria y 5,52 µg/g en el
río Cauca (Tabla A6 anexo). Los porcentajes de esta fracción en ambas épocas
del año permaneció entre 0,2 a 8%, encontrándose los mayores porcentajes
asociados a esta fracción en la estación San Antonio (Tabla A6 anexo), que
como se observó presentó los mayores contenidos de arcilla (29,2%), lo que
favorece que este metal esté presente en forma intercambiable, además se
espera que este enlazado a carbonatos por la especial afinidad que este metal
presenta con estos, pudiendo después precipitar con estos minerales
(Sundaray, 2007).
Se reportaron concentraciones de este metal entre 54,7 µg/g y 51,8 µg/g para
la época seca y húmeda respectivamente en sedimentos de la cuenca del río
Saldaña (Güiza et al., 2000). Igualmente valores entre 207 µg/g y 335 µg/g
para el rio Magdalena sector Semiti-Regidor (Güiza et al., 1999).
Los valores de zinc determinados en los sedimentos de la zona estudiada, son
inferiores al valor 110 µg/g lo indicado para sedimentos no contaminados
(Sadiq 1992).
59
La correlación negativa estadísticamente significativa entre los contenidos
biodisponibles de zinc y la MO (Tabla 21), indica que este metal forma
complejos de coordinación estables con esta (sustancias húmicas) Xia et al.,
(1997). La quelación fuerte de este metal por la materia orgánica fue
demostrada por varios autores (Christensen y Christensen, 2000; Guthrie et al.,
2005). Adicionalmente parte del zinc puede estar asociado a óxidos de Fe y
Mn, que se liberarían bajo condiciones reductoras, aumentando sus contenidos
biodisponibles (Riechaman, 2002), sin embargo las condiciones oxidantes
presente en los sistemas bajo estudio, no estarían favoreciendo esta situación
para el Zn, lo cual se refleja en las correlaciones negativas que presentó este
metal con el potencial redox.
Tabla 21. Coeficientes de correlación de Pearson (p<0,05) entre contenidos de Zn y los parámetros fisicoquímicos en sedimentos de la región de la Mojana.
ParámetroPeríodo seco (Febrero) Período húmedo (Julio)
Zn biodisponible Zn Total Zn biodisponible Zn Total
Eh (mV) -0,72** -0,32 -0,83** -0,48*
%MO -0,61** -0,09 -0,43* 0,06
pH 0,03 -0,07 0,28 0,25
**p=0,01, *p=0,05. r: correlaciones, n=24.
5.3.7 Cobalto
En la Tabla 22, se muestran los resultados promedio de las concentraciones de
este metal correspondientes a la fase total y a la primera fracción para los dos
muestreos, tanto los contenidos totales como los de la primera fracción no
presentaron diferencias estadísticamente significativas (p>0.05, Tablas B5 y B6
anexos) entre muestreos.
Tabla 22. Concentración promedio de Co total y biodisponible (µg/g peso seco) por estaciones en sedimentos de la región de la Mojana.
ESTACIÓN
Co
Período seco (Febrero) Época húmeda (Julio)
Total Biodisponible Total Biodisponible
Río Cauca 13.7±1.5 1.42±0.22 17.5±1.3 1.31±0.25
Caño Viloria 4.8±0.2 1.69±0.33 4.3±0.8 2.07±0.66
60
Ciénaga san Marcos 9.0±0.5 2.01±0.81 8.2±2.0 2.17±0.58
Ciénaga Machado 21.7±2.0 3.61±0.22 23.8±1.1 3.47±0.30
Ciénaga Doña Ana 9.8±0.5 3.40±0.22 2.9±2.2 3.51±0.25
Ciénaga San Antonio 23.2±3.8 1.20±0.22 21.4±4.9 1.42±0.22
En la época seca se presentaron diferencias estadísticamente significativas
entre las estaciones de muestreo (p<0.05, Tabla B1 anexo) registrándose el
contenido medio total más alto de 23,2 µg/g en la ciénaga San Antonio y el más
bajo en caño Viloria de 4,80 µg/g (Tabla A7 anexo). En cuanto al contenido
correspondiente a la primera fracción en esta época del año se presentaron
dos grupos homogéneos el primero conformado por el rio Cauca, caño Viloria,
San Marcos y San Antonio y el segundo grupo por la ciénaga Machado y Doña
Ana (Tabla B1 anexo), el contenido más alto de este metal se registro en la
ciénaga Doña Ana de 3,73 µg/g y el más bajo de 1,08 µg/g en San Antonio
(Tabla A7 anexo).
En el período húmedo las estaciones entre las cuales no se presentaron
diferencias significativas en el contenido medio total (p<0.05, Tabla B4 anexo)
fue en la ciénaga Doña Ana, caño Viloria y San Marcos, la concentración total
más alta se hallo en la ciénaga San Antonio de 25,4 µg/g y la más baja en la
ciénaga Doña Ana de 0,52 µg/g (Tabla A7 anexo). Este metal fue el que
presentó los mayores porcentajes asociados a esta fracción encontrándose
valores entre el 5 al 48% en el período seco y 7 al 75% en el período húmedo
(Tabla A7 anexo), lo cual se debe a la alta afinidad que este metal presenta con
los carbonatos pudiendo quedar precipitado con estos (Sundaray, 2007). Esto
está de acuerdo con la correlación negativa estadísticamente significativa que
presenta con el pH (Tabla 21), ya que a menores valores de este, se favorece
la solubilización de los carbonatos, aumentando la movilidad y disponibilidad de
este metal.
En promedio los contenidos de cobalto encontrados en los sedimentos de la
zona de estudio, estuvieron por debajo del valor considerado para sitios
contaminado, de 25,0 µg/g (Abbasi et al., 1989). Sin embargo en la estación
61
San Antonio y la ciénaga Machado se encontraron concentraciones promedios
cercanas a este valor.
Este metal se correlaciono positivamente con la materia orgánica lo que indica
que la adsorción de estos elementos a la materia orgánica es una ruta viable
de entrada de este metal a los sedimentos (Daka et al., 2003). Donde el aporte
a la materia orgánica se ve favorecido como se indico anteriormente en poca
lluviosa por las razones ya expuestas, lo que está de acuerdo a mayores
correlaciones en esta época del año. Una fracción importante de este metal
puede estar asociado a óxidos hidratados de manganeso, debido a la
correlación negativa estadísticamente significativa (Tabla 23) entre este metal y
el potencial redox, dado que las condiciones oxidantes encontrada en los
sedimentos, no favorece la reducción del manganeso (Sajwan y Lindsay,
1986), con lo cual se liberaría el cobalto biodisponible asociado a esta fracción.
La correlación negativa que presenta con el pH, se debe a que la fracción de
este metal unido a carbonatos y óxidos hidratados de manganeso, se libera al
descender los valores de pH.
Tabla 23. Coeficientes de correlación de Pearson (p<0,05) entre contenidos de Co y los parámetros fisicoquímicos en sedimentos de la región de la Mojana.
ParámetroPeríodo seco (Febrero) Período húmedo (Julio)
Co biodisponible Co Total Co biodisponible Co Total
Eh (mV) 0,11 -0,70** 0,48* -0,56**
%MO 0,34 -0,05 0,66** 0,27
pH -0,27 0,19 -0,63** 0,24**p=0,01, *p=0,05. r: correlaciones, n=24.
5.3.8 Cromo
Para este metal solo se presentaron los contenidos totales en el material
sedimentario para los dos muestreos (Tabla 24), lo cual se debe a la
incapacidad del Cr+3 para formar precipitados o complejos con los carbonatos
(Sanjay, 2011). Por otra parte compuestos de cromo tipo cromitas son
difícilmente atacables y no tienen incidencia a corto plazo en el contenido del
elemento que se libere en la fase móvil (Güiza et al., 2000).
62
En la época seca los contenidos medios totales en la ciénaga Doña Ana, San
Antonio y San Marcos no presentaron diferencias estadísticamente
significativas (Tabla B3 anexo), los valores de las concentraciones de este
metal fluctuaron entre 46,4 µg/g y 93,8 µg/g en San Antonio y Caño Viloria
respectivamente (Tabla A8 anexo).
Tabla 24. Concentración promedio de Cr total y biodisponible (µg/g peso seco) por estaciones en sedimentos de la región de la Mojana.
ESTACIÓN
Cr
Período seco (Febrero) Época húmeda (Julio)
Total Biodisponible Total BiodisponibleRío Cauca 55.7±11.1 <LD 54.0±8.1 <LD
Caño Viloria 76.8±12.1 <LD 68.6±7.9 <LDCiénaga san Marcos 63.6±0.7 <LD 66.0±9.2 <LDCiénaga Machado 85.9±5.8 <LD 82.3±7.5 <LDCiénaga Doña Ana 59.4±6.6 <LD 62.5±8.5 <LD
Ciénaga San Antonio
61.4±12.7 <LD 78.9±7.2 <LD
LD=Límite de detección (<0.047 µg/g)
En la época húmeda no se presentaron diferencias estadísticamente
significativas entre los contenidos medios totales en San Marcos y Caño Viloria
(Tabla B4 anexo), el contenido medio más alto se registro en la ciénaga
Machado con 82,3 µg/g y el contenido medio más bajo se registro en el río
Cauca el cual fue de 54,0 µg/g (Tabla A8 anexo).
Se reportaron concentraciones promedio para el contenido total de este metal
entre 98,2 y 83,9 µg/g para la época seca y húmeda respectivamente en
sedimentos de la cuenca del río Saldaña (Güiza et al., 2000). Igualmente
valores entre 69 µg/g y 110 µg/g para el rio magdalena sector Semiti-Regidor
(Güiza et al., 1999).
Sadiq (1992) señala que, en sedimentos no contaminados los valores de cromo
son inferiores a 20 µg/g. Los resultados obtenidos en esta investigación son
superiores a las concentraciones señaladas por este autor, evidenciándose
contaminación por cromo en sedimentos de la región de la Mojana.
63
La correlación positiva encontrada entre la materia orgánica y el Cr (Tabla 25),
indica que la MO es una ruta viable de entrada de este metal a los sedimentos
(Daka et al., 2003), de los constituyente de esta, los ácidos fúlvicos son mas
móviles que los ácidos húmicos, que por tener un elevado contenido de cargas
aniónicas favorece la formación de complejos estables con el cromo (Barros et
al., 2000), dicha estabilidad podría ser una de las causas por la que no se
detecto contenidos biodisponibilidad en los sedimentos de la zona de estudio.
Tabla 25. Coeficientes de correlación de Pearson (p<0,05) entre contenidos de Cr y los parámetros fisicoquímicos en sedimentos de la región de la Mojana.
ParámetroPeríodo seco (Febrero) Período húmedo (Julio)
Cr Total Cr TotalEh (mV) 0,31 0,13
%MO 0,66** 0,68**
pH 0,13 -0,10**p=0,01, *p=0,05. r: correlaciones, n=24.
CONCLUSIONES
Los contenidos medios biodisponibles (µg/g peso seco) de los metales en los
sedimentos son los siguientes: Fe (467), Mn (106), Zn (2,36), Cu (2,46), Co
(2,32), Ni (0,47) y Hg (0,04). No se detectó contenidos biodisponibles para el Cr
por el método empleado. Los contenidos medios totales (µg/g peso seco) de
los metales son: Fe (3,82 %), Mn (850), Zn (79,0), Cr (68,7), Cu (65,3), Hg
(0,54), Co (13,7) y Ni (43,0). Las concentraciones totales encontradas superan
64
los niveles establecidos para sedimentos no contaminados, a excepción del Zn,
Mn, Fe y Cr, lo cual refleja la existencia de un impacto antropogénico.
Los valores altos de metales pesados encontrados en estos ecosistemas, están
asociado a los vertimiento de los asentamientos urbanos que se ubican en
sectores aledaños, residuos industriales provenientes de la extracción de oro
de la zona nororiental del Departamento de Antioquia, principalmente,
explotación de ferroníquel y carbón, descargas difusas de origen agrícolas y a
las escorrentías de aguas pluviales de la zona.
Los porcentajes de distribución de los metales pesados en la fracción con
mayor movilidad presentaron el siguiente orden de distribución: Co > Mn > Hg
> Cu > Zn > Fe > Ni en ambas épocas del año.
La biodisponibilidad de los metales en los sedimentos de los ecosistemas es
alta, a excepción del Fe y Ni (<1,5 %), posiblemente asociada a la disolución
de los óxidos de Fe/Mn, formas coloidales inorgánicos de tipo óxidos hidratado
y carbonatos que adsorben eficientemente a estos metales, lo cual se presenta
principalmente en época seca, donde hay un descenso en los valores de pH.
Además de una contribución en los contenidos biodisponibles por parte de
complejos de estos metales con ligandos orgánicos solubles.
Los %MO en los sedimentos bajo estudio fueron altos (alrededor del 10%),
compuesta principalmente de ácidos húmicos y fúlvicos. Contribuciones a la
MO también son debidas a macrófitas y gramíneas ubicadas en los márgenes
de la estaciones de muestreo, así como las escorrentías de aguas pluviales de
la zona que arrastran material vegetal principalmente en la época lluviosa, lo
cual se aprecia principalmente en sedimentos de la ciénaga Machado donde se
ve un notable incremento en esta época del año.
Las correlaciones negativas entre la MO y los contenidos biodisponible de Cu y
Zn, sugiere que estos metales tienden a formar preferiblemente complejos
insolubles con la materia orgánica, disminuyendo su movilidad, con el aumento
progresivo de esta, mientras que la correlación positiva encontrada entre la
65
materia orgánica y las concentraciones totales de Cr y Cu indican que la MO es una
ruta viable de entrada de este metal a los sedimentos.
Los sedimentos en la zona de estudio presentaron valores de pH ligeramente
ácidos, debido a la presencia de materiales húmicos, presentándose una
disminución del mismo, en época seca, debido a la disminución de los niveles
de agua en los ecosistemas, originando un efecto de concentración de iones o
especies químicas que aportan acidez. Otras contribuciones a la acidez del
agua en esta época pueden ser, el CO2 que se origina por la respiración por la
productividad biológica y los iones amonio (NH4+) cuando son incorporados a la
biomasa acuática.
Se evidencio una débil correlación entre los metales con el pH, a excepción de
los contenidos biodisponibles de Co, con el cual se correlaciono
negativamente, lo que indica que la fracción de este metal unido a carbonatos y
óxidos hidratados de manganeso, se libera al descender los valores de pH, con
lo que se incrementan los contenidos disponibles de este metal.
Las condiciones oxidantes encontradas en los sedimentos (valores altos de
potencial redox), no estarían favoreciendo la liberación de metales pesados
unidos a los óxidos de hierro y manganeso, pero si a los que se encuentran
unidos a la materia orgánica, lo cual está de acuerdo a las correlaciones
negativas encontradas entre este parámetro y los metales bajo estudio.
Los mayores contenidos de arcillas los presentaron la ciénaga Machado y San
Antonio con % de arcilla de 31,4 y 29,2 respectivamente, que al mismo tiempo
presentaron CIC mas altos con respecto a las demás estaciones con valores de
30,0 y 27,3 meq/100g suelo respectivamente, por lo que se favorece la
acumulación de metales pesados en estas estaciones, debido a que estos se
asocian básicamente a esta fracción del sedimento.
La similitud de los resultados en el presente trabajo con otros estudios
realizados tanto en la región de la Mojana como en otros ecosistemas
colombianos, confirma la actual problemática ambiental y el riesgo para la
66
salud de los pobladores de la zona que han generado el vertimiento de metales
pesados en este ambiente acuático.
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76
ANEXOS
ANEXO A. PRUEBAS ESTADÍSTICAS DE LAS CONCENTRACIONES DE LOS METALES PESADOS EN SEDIMENTOS DE LA REGIÓN DE LA MOJANA.
Tabla A1. Concentración totales y biodisponibles de Hg (ng/g peso seco) por estaciones en sedimentos de la región de la Mojana.
ESTACIÓN Hg
Período seco (Febrero) Época húmeda (Julio)
Total Biodisponible %Biod Total Biodisponible %Biod
Río Cauca 480 24,2 5 584 25,3 4503 28,3 6 624 22 4594 22,6 4 556 21,5 4
77
522 23,5 5 634 20,7 3
Caño Viloria 247 12,1 5 214 18,1 8226 11,2 5 154 14,3 9206 15,5 8 117 11,9 10284 17,2 6 204 17,6 9
Ciénaga san Marcos
764 54,3 7 658 69 10707 52,4 7 695 58,5 8722 68,2 9 660 68,1 10648 65,7 10 783 70,2 9
Ciénaga Machado
507 43,4 9 547 45,2 8423 44,6 11 387 38,1 10455 43,8 10 387 39,6 10437 43,3 10 380 36 9
Ciénaga Doña Ana
499 32,4 6 523 32,3 6512 43,1 8 548 32,5 6503 44 9 506 26,3 5459 38,3 8 437 24,4 6
Ciénaga San Antonio
778 62,5 8 803 70,3 9763 54,2 7 825 62,4 8733 58 8 758 64 8757 55,1 7 877 65,1 7
%Biod= Porcentaje del metal biodisponible
Tabla A2. Concentración totales y biodisponibles de Ni (µg/g peso seco), por estaciones en sedimentos de la región de la Mojana.
ESTACIÓN Ni
Período seco (Febrero) Época húmeda (Julio)
Total Biodisponible %Biod Total Biodisponible %Biod
Río Cauca 47,1 0,35 1 49 0,35 143,7 0,32 1 49,7 0,35 146 0,35 1 51,3 0,32 1
54,7 0,35 1 50,2 0,35 1Caño Viloria 17,5 0,28 2 13,2 1,32 10
17,5 0,29 2 13,3 1,33 1024,6 0,29 1 11,1 1,11 10
78
20,8 0,25 1 14,5 2,05 14Ciénaga san
Marcos25,3 0,25 1 45,5 0,19 031,7 0,27 1 25,2 0,19 133,5 0,09 0 33 0,27 134 0,3 1 28,4 0,25 1
Ciénaga Machado 52,6 0,22 0 59,8 0,22 059,4 0,22 0 59,9 0,24 062,6 0,25 0 54,3 0,29 165,5 0,22 0 61,3 0,25 0
Ciénaga Doña Ana
38,6 0,19 0 38,6 0,25 127,7 0,48 2 36 0,25 154,3 0,22 0 38,5 0,19 035,6 0,22 1 38,7 0,22 1
Ciénaga San Antonio
67,2 0,32 0 62,8 0,35 151,7 0,35 1 62,2 0,35 156,5 0,32 1 58,4 0,35 162,9 0,31 0 62,9 0,31 0
%Biod= Porcentaje del metal biodisponible
Tabla A3. Concentración totales (%) y biodisponibles (µg/g peso seco) de Fe, por estaciones en sedimentos de la región de la Mojana.
ESTACIÓN
Fe
Período seco (Febrero) Época húmeda (Julio)
Total Biodisponible %Biod Total Biodisponible %Biod
Río Cauca
3,62 336 1 4,18 423 03,52 374 1 4,06 399 03,48 286 1 4,04 350 03,52 322 1 4,06 361 0
Caño Viloria
3,35 69,5 0 3,47 157 02,76 57,5 0 3,53 145 02,54 70,1 0 4,16 157 02,62 70 0 3,96 153 0
79
Ciénaga san Marcos
2,24 171 1 2,73 615 02,19 176 1 2,71 540 02,18 129 1 2,68 518 01,93 114 1 2,61 463 0
Ciénaga Machado
3,78 538 1 3,71 942 03,69 408 1 4,12 907 03,44 668 2 4,06 980 03,59 545 2 4,01 975 0
Ciénaga Doña Ana
3,05 159 1 3,71 149 03,12 133 0 3,33 202 03,17 146 0 3,18 207 03,32 159 0 3,9 258 0
Ciénaga San Antonio
3,57 587 2 4,87 339 03,66 615 2 4,4 331 03,87 343 1 5,01 308 04,21 239 1 5,06 291 0
%Biod= Porcentaje del metal biodisponible
Tabla A4. Concentración totales y biodisponibles de Mn (µg/g peso seco), por estaciones en sedimentos de la región de la Mojana.
ESTACIÓN
Mn
Período seco (Febrero) Época húmeda (Julio)
Total Biodisponible %Biod Total Biodisponible %Biod
Río Cauca
792 75,6 10 1036 99,1 10862 76,7 9 969 96,5 10562 79 14 998 99 10710 82,9 12 1143 98,2 9
Caño Viloria
361 73 20 341 89,4 26343 79 23 459 88,7 19330 80,4 24 670 85,6 13344 82 24 687 86,3 13
Ciénaga san 507 108 21 714 118 17
80
Marcos
471 110 23 693 117 17420 105 25 661 112 17487 101 21 681 118 17
Ciénaga Machado
667 80 12 542 93,9 17596 80,4 13 505 92,9 18515 78,2 15 576 90,5 16594 79,2 13 531 87,3 16
Ciénaga Doña Ana
600 83,5 14 804 96,5 12578 84,9 15 762 97,1 13586 82,6 14 773 98,6 13550 83,3 15 702 99,8 14
Ciénaga San Antonio
1081 109 10 1663 153 91145 132 12 1376 191 141004 108 11 1516 157 101231 104 8 1594 151 9
%Biod= Porcentaje del metal biodisponible
Tabla A5. Concentración totales y biodisponibles de Cu (µg/g peso seco), por estaciones en sedimentos de la región de la Mojana.
ESTACIÓN Cu
Período seco (Febrero) Época húmeda (Julio)
Total Biodisponible %Biod Total Biodisponible %Biod
Río Cauca 52 2,66 5 60,7 2,66 451,4 2,85 6 58,5 2,85 555 2,29 4 60,3 2,66 4
58,7 2,65 5 47,5 2,48 5Caño Viloria 66,6 0,89 1 75,4 1,08 1
65,2 1,09 2 65,8 1,78 388,7 1,28 1 71,3 1,82 371,1 1,09 2 77,5 2,89 4
Ciénaga san Marcos
54 2,85 5 65,2 3,41 546,7 2,18 5 61,4 3,36 5
81
51,5 1,49 3 63,7 2,84 449,7 1,63 3 54,8 2,97 5
Ciénaga Machado 60,4 1,35 2 79,9 2,15 368,4 0,79 1 72 1,14 270,3 1,53 2 68,9 2,41 369,5 1,16 2 71,1 1,6 2
Ciénaga Doña Ana 55 1,73 3 63,1 3,04 541 1,72 4 59,7 3,23 5
55,9 1,73 3 61,6 1,73 350,7 1,54 3 64,8 1,72 3
Ciénaga San Antonio
71,4 2,66 4 73,5 2,29 355,6 3,01 5 67,4 2,85 460,3 1,73 3 70,1 3,03 464,7 1,52 2 52,5 3,03 6
%Biod= Porcentaje del metal biodisponible
Tabla A6. Concentración totales y biodisponibles de Zn (µg/g peso seco), por estaciones en sedimentos de la región de la Mojana.
ESTACIÓN Zn
Período seco (Febrero) Época húmeda (Julio)
Total Biodisponible %Biod Total Biodisponible %Biod
Río Cauca 88,4 4,31 5 90,8 4,31 581,5 3,84 5 94,6 5,52 692,4 4,52 5 89,1 3,98 485,3 4,02 5 77,1 5,26 7
Caño Viloria 67,7 0,28 0 65,2 0,19 066 0,14 0 62,4 0,13 0
82,6 0,21 0 61,3 0,19 077,1 0,21 0 80,1 0,41 1
Ciénaga san Marcos
85 2,50 3 84,8 2,36 388,1 2,64 3 83,6 2,46 390,3 3,00 3 87,1 2,29 3
82
87,8 2,75 3 81,9 2,51 3Ciénaga Machado 86,6 1,75 2 90,3 1,29 1
93,1 1,62 2 90,3 1,36 294,1 1,88 2 89,1 2,5 396,8 1,69 2 96,6 1,82 2
Ciénaga Doña Ana 46,2 0,55 1 55,6 1,29 240,1 0,48 1 51 1,42 345,9 0,48 1 47,2 0,68 147,3 0,55 1 48,3 0,61 1
Ciénaga San Antonio
91,4 6,06 7 93,2 3,04 379,8 3,34 4 91,2 3,44 485,8 3,31 4 91,2 4,9 595,2 5,95 6 75,9 4,64 6
%Biod= Porcentaje del metal biodisponible
Tabla A7. Concentración totales y biodisponibles de Co (µg/g peso seco), por estaciones en sedimentos de la región de la Mojana.
ESTACIÓN Co
Período seco (Febrero) Época húmeda (Julio)
Total Biodisponible %Biod Total Biodisponible %Biod
Río Cauca 14,8 1,53 10 17,9 1,53 911,5 1,53 13 16,5 1,09 713,6 1,09 8 16,3 1,09 714,7 1,52 10 19,1 1,53 8
Caño Viloria 4,89 1,39 28 3,52 2,4 684,5 1,41 31 3,77 2,41 64
4,71 1,97 42 4,89 2,4 494,91 1,97 40 5,11 1,08 21
Ciénaga san Marcos
9,27 1,97 21 6,01 2,84 479,29 1,46 16 7,15 2,37 338,23 3,17 39 10,4 1,96 199,25 1,45 16 9,33 1,49 16
Ciénaga Machado 18,9 3,71 20 24,6 3,73 15
83
21,7 3,72 17 23,6 3,15 1322,8 3,27 14 22,2 3,28 1523,3 3,72 16 24,6 3,72 15
Ciénaga Doña Ana 9,6 3,73 39 5,85 3,29 569,24 3,28 35 2,71 3,29 1219,82 3,29 34 2,34 3,73 15910,5 3,28 31 0,52 3,71 713
Ciénaga San Antonio
25,4 1,53 6 25,4 1,53 617,8 1,08 6 23,4 1,53 723,5 1,09 5 22,4 1,52 726,1 1,08 4 14,3 1,09 8
Tabla A8. Concentración totales y biodisponibles de Cr (µg/g peso seco), por estaciones en sedimentos de la región de la Mojana.
ESTACIÓN
Cr
Período seco (Febrero) Período húmedo (Julio)
Total Biodisponible Total Biodisponible
Río Cauca
48,4 <LD 55,9 <LD49,0 <LD 60,3 <LD53,3 <LD 42,2 <LD72,1 <LD 57,5 <LD
Caño Viloria
65,3 <LD 60,2 <LD93,8 <LD 65,8 <LD74,5 <LD 69,4 <LD73,7 <LD 78,9 <LD
Ciénaga san Marcos
62,6 <LD 60,4 <LD64,2 <LD 62,3 <LD63,7 <LD 79,8 <LD63,9 <LD 61,5 <LD
Ciénaga Machado90,1 <LD 76,8 <LD90,7 <LD 77,1 <LD
84
84,4 <LD 82,4 <LD78,3 <LD 92,8 <LD
Ciénaga Doña Ana
64,4 <LD 60,3 <LD50,3 <LD 55,4 <LD58,7 <LD 59,5 <LD64,0 <LD 74,8 <LD
Ciénaga San Antonio
57,6 <LD 83,8 <LD64,7 <LD 78,6 <LD76,8 <LD 68,8 <LD46,4 <LD 84,2 <LD
LD=Límite de detección
ANEXO B. PRUEBAS ESTADÍSTICAS DE LAS CONCENTRACIONES DE LOS METALES PESADOS EN SEDIMENTOS DE LA REGIÓN DE LA MOJANA.
Tabla B1. Prueba de comparación de medias de Tukey al 5% para el contenido de metales pesados en la fracción 1 entre estaciones en sedimentos durante el período seco (Febrero).
Comparación entre estaciones época seca fracción 1
ESTACIONMetal
Co Cu Fe Mn Ni Zn Hg Río Cauca 1,416 a 2,612 b 330 bc 78,569 a 0,340 a 4,173 de 0,014 a
Caño Viloria 1,682 a 1,086 a 66,8 a 78,5818 a 0,277 a 0,210 a 0,043 b
Ciénaga san Marcos
2,011 a 2,038 ab 148 ab 106,083 b 0,229 a 2,720 cd 0,039 c
Ciénaga Machado
3,604 b 1,206 a 540 d 79,451 a 0,228 a 1,734 bc 0,024 c
Ciénaga Doña Ana
3,393 b 1,677 ab 149 ab 83,600 a 0,277 a 0,511 ab 0,057 d
Ciénaga San Antonio
1,194 a 2,229 b 446 cd 113,295 b 0,323 a 4,662 e 0,060 d
85
Nota: en todas las tablas de comparación de medias, letras diferentes muestran diferencias estadísticamente significativas al 5%, letras iguales muestran que no hay diferencias estadísticas entre las medias.
Tabla B2. Prueba de comparación de medias de Tukey al 5% para el contenido de metales pesados en la fracción 1 entre estaciones en sedimentos durante el período húmedo (Julio).
Comparación entre estaciones época húmeda fracción 1
ESTACIONMetal
Co Cu Fe Mn Ni Zn HgRío Cauca 1,309 a 2,662 ab 383 ab 98,194 a 0,340 a 4,767 d 0,015 a
Caño Viloria 2,070 a 1,893 a 153 a 87,467 a 1,452 b 0,231 a 0,022 b
Ciénaga san Marcos
2,167 a 3,145 b 534 b 116,665 b 0,223 a 2,403 c 0,029 c
Ciénaga Machado
3,472 b 1,827 a 951 c 91,143 a 0,251 a 1,742 bc 0,040 d
Ciénaga Doña Ana
3,503 b 2,428 ab 204 ab 97,993 a 0,229 a 0,999 ab 0,065 e
Ciénaga San Antonio
1,417 a 2,800 ab 317 ab 162,983 c 0,340 a 4,010 d 0,066 e
Tabla B3. Prueba de comparación de medias de Tukey al 5% para las concentraciones de los metales pesados entre estaciones en sedimentos durante el período seco (Febrero).
Comparación entre estaciones época seca concentración total
Metal
Estación
Río Cauca
Caño Viloria
Ciénaga san
Marcos
Ciénaga Machado
Ciénaga Doña Ana
Ciénaga San
AntonioCo 13,670 c 4,753 a 9,011 b 21,694 d 9,795 bc 23,209 d
Cr 55,684 a 76,815 bc 63,594 ab 85,846 c 59,343 ab 61,348 ab
Cu 54,285 ab 72,893 c 50,460 a 67,147 bc 50,649 a 63,001 abc
Fe35356,3
cd28168,5 b 21362,3 a 36256,3 cd
31665,5 bc
38273,5 d
Hg 0,525 b 0,241 a 0,710 c 0,456 b 0,493 b 0,758c
Mn 731,442
c344,258 a
471,119 ab
592,722 bc 578,673 bc 1115,160 d
Ni 47,885 cd 20,1025 a 31,1075 ab 60,02 d 39,05 bc 59,56 d
Zn 86,901 c 73,367 b 87,819 c 92,653 c 44,896 a 88,036 c
Tabla B4. Prueba de comparación de medias de Tukey al 5% para las concentraciones de los metales pesados entre estaciones en sedimentos durante el período húmedo (Julio).
Comparación entre estaciones época húmeda concentración total
MetalEstación
Río Caño Ciénaga Ciénaga Ciénaga Ciénaga
86
Cauca Viloria san Marcos Machado Doña AnaSan
Antonio
Co 17,442
b 4,321 a 8,227 a 23,768 c 2,856 a 21,395 bc
Cr 53,984 a 68,583 abc 66,017 abc 82,278 c 62,524 ab 78,832 bc
Cu 56,755 a 72,501 b 61,256 ab 72,965 b 62,294 ab 65,890 ab
Fe 25848,3
c 22792,7
bc 11839,7 a 24742,1 bc 20301,8 b 33381,8 d
Hg 0,5995 cd 0,172 a 0,699 de 0,425 b 0,504 bc 0,816 e
Mn1036,350
c539,170 a
687,241 ab
538,322 a 760,235
b1537,300 d
Ni 50,058 c 13,022 a 33,008 b 58,833 cd 37,953 b 61,590 d
Zn 87,898 c 67,232 b 84,354 c 91,566 c 50,518 a 87,897 c
Tabla B5. Prueba de comparación de medias de Tukey al 5% para la fracción 1 de los metales pesados en sedimentos entre épocas de muestreo.
Fracción 1
MetalComparación entre
muestreos
CoFeb-05 2,217aJul-24 2,323 a
CuFeb-05 1,808 aJul-24 2,459 b
FeFeb-05 467,274aJul-24 464,03a
MnFeb-05 89,93 aJul-24 109,074b
NiFeb-05 0,279 aJul-24 0,472 a
ZnFeb-05 2,335 aJul-24 2,358 a
Tabla B6. Prueba de comparación de medias de Tukey al 5% para las concentraciones totales de los metales pesados en sedimentos entre épocas de muestreo.
Concentración totalMetal Comparación entre
87
muestreos
CoFeb-05 13,689 aJul-24 13,001 a
CrFeb-05 67,105 aJul-24 68,703 a
CuFeb-05 59,739 aJul-24 65,277 b
FeFeb-05 31847,1 aJul-24 23151,1 b
HgFeb-05 65,277 aJul-24 0,536 a
MnFeb-05 638,895 aJul-24 849,77 b
NiFeb-05 42,954 aJul-24 42,41 a
ZnFeb-05 78,945 aJul-24 78,244 a
88