Caracterización de la materia orgánica y su relación con los metales pesados en sedimentos del cauce del río matanza (provincia de buenos aires república argentina)

Resumo

Los sedimentos del cauce de los ríos constituyen el registro de los procesos que ocurren en la columna de agua; en ellos se deposita la materia orgánica que existe en el sistema, los metales pesados y otros contaminantes. Una de las fracciones más importantes de la materia orgánica en sedimentos y aguas superficiales son las sustancias húmicas, tienen un papel destacado en el reciclado y la acumulación de metales traza en suelos y sedimentos y son el principal ligando complejante de origen natural en sistemas acuáticos; influyendo en su disponibilidad. En los humedales, la capacidad de la materia orgánica para formar complejos con iones es de gran interés por las implicaciones biológicas asociadas, como la biodisponibilidad y la toxicidad de los metales pesados para los organismos vivos y para comprender los ciclos geoquímicos de los metales en el medio ambiente. Es importante, por lo tanto incluir los efectos de la relación entre la materia orgánica y los metales en la evaluación del riesgo de sitios contaminados. La cuenca Matanza Riachuelo tiene características peculiares, cubre un área densamente poblada y pobremente caracterizada de la provincia de Buenos Aires (República Argentina). Los cuerpos de agua estudiados en este trabajo reciben importantes cantidades de metales, cuyo comportamiento depende de los aportes de materia orgánica que también llegan a estos ríos. Es uno de los sistemas hídricos de mayor interés para la Argentina por el impacto ambiental que ha sufrido. En los suelos de la ribera y en los sedimentos del fondo del cauce de esta cuenca los contenidos de metales pesados exceden en algunos sitios los valores base de sedimentos del mundo, y en muchos, los máximos permitidos por la ley argentina. Estos elementos, junto con la carga orgánica, representan los principales contaminantes de la cuenca y sus formas móviles y potencialmente móviles dan lugar a los riesgos de toxicidad más importantes en el medio ambiente. El estudio de la asociación de los metales con las fracciones húmicas es idóneo para comprender su destino, transporte e inmovilización. Por ello es fundamental conocer la especiación de los metales unidos a las diferentes fracciones orgánicas ya que sabiendo la interacción de los metales pesados con las sustancias húmicas, la distribución y afinidad de los metales por las diferentes fracciones (ácidos fúlvicos y ácidos húmicos) se podrá predecir el comportamiento y destino de los metales pesados en el ecosistema, desarrollar métodos de remediación de sedimentos contaminados, evaluar los riesgos de sitios contaminados con metales pesados y utilizar las sustancias húmicas como un registro y, posteriormente, como un indicador ambiental de la región. Por todo lo anterior el objetivo de este trabajo fue estudiar, en la Cuenca Matanza Riachuelo, la influencia de las sustancias húmicas sobre la movilidad de los metales pesados mediante la caracterización de la materia orgánica sedimentaria, los metales asociados a ella y la interacción con la materia orgánica de la columna de agua. En la cuenca, se seleccionaron sitios representativos de los distintos grados y tipos de influencia antrópica y usos del suelo y, en ellos, se muestrearon sedimentos y agua. Se determinó el contenido de metales en los sedimentos y se evaluaron diferentes índices y factores de contaminación; habiéndose obtenido que el denominado grado modificado de contaminación fue el más útil para estudiar la contaminación metálica de la cuenca baja. Se caracterizó la materia orgánica de los sedimentos superficiales de la cuenca afectados por diferentes usos del suelo y sus fracciones húmicas y fúlvicas. Se estudió el posible origen de la materia orgánica en los sedimentos y en las fracciones de ácidos húmicos y fúlvicos, determinando además el contenido de C asociado y se analizaron los espectros infrarrojo (IR) y UV-Visible. Se trataron muestras de sedimentos con aguas de distintos contenidos orgánicos y se determinaron los complejos órgano metálicos disueltos resultantes. Los resultados obtenidos permitieron extraer las siguientes conclusiones 1. En todas las características de los sedimentos de la cuenca baja se puso de manifiesto la influencia de la hidrodinámica del Río de la Plata. 2. Los altos niveles de Ni en sedimentos de la cuenca alta están relacionados con el material original. En la zona de actividades agrícolas se apreció un aumento en el contenido de metales, relacionado con la fertilización. 3. El índice de carga contaminante proporciona una imagen general de la contaminación de la cuenca; mostrando la contribución de Cr en la cuenca baja y de Pb y Cu en todos los sitios estudiados 4. El grado modificado de contaminación sirvió para diferenciar la calidad de los sitios de la cuenca baja, por lo que es útil para diseñar tratamientos de recuperación. 5. En cada sitio, la distribución de la materia orgánica está relacionada con el estado redox de los sedimentos y la posible deposición del material orgánico 6. La relación C/N de los sedimentos permitió diferenciar los orígenes de la materia orgánica sedimentaria: fundamentalmente autóctona en la cuenca alta, y mezcla de ésta con 7. El Índice Sedimentario Orgánico sirvió para evaluar, de forma más eficiente que la relación C/N, la influencia antrópica sobre la materia orgánica 8. En las fracciones orgánicas de zonas contaminadas con compuestos procedentes de actividades antrópicas, se encontraron características alifáticas propias de ácidos húmicos y presencia de grupos proteicos encapsulados. 9. Los espectros infrarrojos los ácidos fúlvicos, de la mayoría de los lugares estudiados, presentan sitios de unión a metales sin ocupar, lo cual es debido a su elevado contenido de grupos funcionales. La mayor saturación de uniones complejantes se encuentra asociada a los ácidos húmicos. 10. Los espectros UV-Vis de las fracciones orgánicas de los sedimentos mostraron características correspondientes a material poco humificado en todos los sitios estudiados, excepto en la zona de acumulación de la cuenca baja del cauce principal. 11. Las características ácido base de las fracciones orgánicas mostraron especies ácidas fuertes y débiles que representan a grupos carboxilo, El porcentaje y la constante de acidez de los grupos ácidos muy débiles que corresponderían a fenilos reflejan el origen de la materia orgánica. 12. En todos los sitios estudiados, la mayor proporción del contenido total unido a las fracciones húmicas es la de Cu, seguido del de Ni, lo que está relacionado con la gran afinidad de estos metales por la materia orgánica. 13. Para Cr, Pb y Zn, la mayor influencia en los porcentajes unidos a las fracciones húmicas es el contenido total y la asociación a otras fracciones geoquímicas de los sedimentos. 14. Los factores de enriquecimiento >1 para Cr y Pb en la fracción húmica en los sitios de la cuenca baja, indican contaminación antigua. 15. La cantidad de Pb y Cu complejados en las aguas está relacionada con los contenidos disueltos, por lo que la solubilidad de estos metales podría estar controlada por la formación de complejos. 16. Se ha confirmado que el Zn se presenta en formas más lábiles que los otros metales en la columna de agua por su relación Zn : COD 17. La concentración de Ni libre en la columna de agua depende de la relación Ni : COD y de la competencia por los sitios de unión más afines con Cu, Pb y Fe. 18. Los valores de carbono orgánico disuelto están relacionados con su liberación desde el sedimento hacia el agua si esta carece de niveles altos de materia orgánica. Cuando el agua tiene alta concentración inicial, de esta fracción del carbono, fluye hacia el sedimento. 19. La solubilidad del Zn no está controlada por la complejación con la materia orgánica, sino por otras fases geoquímicas, como el sulfuro amorfo en sedimentos reductores y la unión con óxidos de Fe y Mn en ambientes oxidantes. 20. Los sulfuros presentes en los sedimentos más contaminados retienen Cu en la fase sólida y pueden formar especies solubles más lábiles, como polisulfuros, con Ni y Pb. 21. Después de la incubación, la concentración en la disolución mostró en general un flujo neto de todos los metales desde los sedimentos hacia la columna de agua y los grupos funcionales de la materia orgánica que permanece en disolución contribuyen decisivamente a la formación de complejos 22. Las propiedades (CE, MO y Eh) de los sedimentos más contaminados generan un ambiente que controla la formación de complejos organometálicos disueltos y, por tanto, la biodisponibilidad de los metales.