Metales pesados en ecosistemas acuáticos. Importancia de la

Catastrofes ecológicas lentas: la
contaminación por metales tóxicos
Mª Dolores Galindo Riaño
Departamento de Química Analítica
Facultad de Ciencias, Universidad de Cádiz
El desarrollo humano y su impacto en el
Medio Ambiente
Ciclo
del
agua
Ciclo
del
fósforo
El Medio Ambiente es un
SISTEMA EN EQUILIBRIO
Ciclo
del
carbono
Ciclo
del
azufre
El desarrollo humano y su impacto en el
Medio Ambiente
El ser humano es causante de desequilibrios
en el medio ambiente:
Primeros asentamientos humanos
Expansión de la población
Ocupación de terrenos vírgenes
Revolución industrial:
Industrialización de actividades agrícolas,
ganaderas, artesanales, etc.
Mecanización de los medios de producción
Consumo a gran escala de materias primas
Transporte global de mercancías
El desarrollo humano y su impacto en el
Medio Ambiente
El DESARROLLO HUMANO PARTICIPA EN EL SIGUIENTE
CICLO DE PRODUCCIÓN
MATERIAS
PRIMAS (Agua,
petróleo, carbón,
madera,
minerales, seres
vivos)
DESECHOS
Uso humano
Extracción y
Elaboración
industrial
CONTAMINACIÓN
PRODUCTOS
ELABORADOS
El desarrollo humano y su impacto en el
Medio Ambiente
MATERIAS
PRIMAS :
MINERALES QUE
CONTIENEN
METALES
Contaminación del medio ambiente por
metales tóxicos
- Origen: 6000 años de antigüedad
- Los metales fueron utilizados por las
culturas de Mesopotamia, Egipto, Grecia y
Roma.
Contaminación del medio ambiente por
metales tóxicos
- A partir de la Revolución Industrial (siglo XIX),
el impacto de los metales sobre las aguas,
suelos, plantas, animales y personas ha
crecido de forma exponencial.
Actividades humanas
Diversidad biológica
CICLO
BIOGEOQUÍMICO
DE LOS METALES
DIFÍCIL CONVIVENCIA
Minerales, Metales
Origen de los metales en el medio
acuático
Origen Natural
Origen
Antropogénico
Aumento de niveles metálicos en
agua, sedimento, flora y fauna
Origen de los metales en el medio
acuático
Más evidente en aguas continentales o en aguas
próximas a la costa donde se concentra la población
Origen de los metales en el medio
acuático
Usos de los metales en la Industria
INDUSTRIA
Pinturas
METAL
FUNCION
Hg, Zn, Pb, Cr, Cd, Co, Ni
Materia prima para pinturas
Textil
Zn, Pb, Cr, Cd, Ni
Materia prima para pinturas
Galvanizados
Zn, Pb, Cr, Cu, Ni
Materia prima para pinturas
Papelera
Industria gráfica
Zn, Pb, Cd
Pb, Cd
Materia prima para el procesado
Materia prima para los tintes
Plásticos
Cr, Ni, As
Aditivo catalizador
Curtidos y piel
Zn, Pb, Cr
Aditivo del proceso
Desastres ecológicos producidos por
contaminación metálica
Caso de Jintsu-Tojama
(Japón) 1947-1961
Cd
vertidos
Caso de Minamata
(Japón) 1953
Hg
”HORRORES” DE LA CONTAMINACIÓN:
catástrofes lentas
Caso de Omai
(Guyana) 1995
Minería de oro
accidentes
Caso de Aznalcóllar
(España) 1998
Vertido minero
Caso de Baia Mare
(Rumania) 2000
Minería de oro
Caso de Jintsu-Tojama
(Japón) 1947-1961
Cd: cadmio
Origen: mina de Zn y Pb con Cd como residuo de la actividad de
las Minas Kamioka y la fundición Mitsui Ltd.
Catástrofe: vertidos de Cd en cantidades significativas al Río Jintsu
Consecuencia: Las aguas contaminadas fueron usadas para regar
los campos de arroz de la zona. El arroz absorbió los metales
pesados, especialmente el cadmio. El cadmio pasó a las personas
que se alimentaron con arroz.
Caso de Jintsu-Tojama
(Japón) 1947-1961
Cd: cadmio
Enfermedad: Itai-itai (¡ouch-ouch¡ ): el Cd afectó a los tejidos
óseos y produjo fallo renal.
Desastres ecológicos producidos por
contaminación metálica
Caso de Jintsu-Tojama
(Japón) 1947-1961
Cd
vertidos
Caso de Minamata
(Japón) 1953
Hg
”HORRORES” DE LA CONTAMINACIÓN:
catástrofes lentas
Caso de Omai
(Guyana) 1995
Minería de oro
Caso de Baia Mare
(Rumania) 2000
Minería de oro
Caso de Aznalcóllar
(España) 1998
Vertido minero
Hg: mercurio
Caso de Minamata
(Japón) 1953
Origen: Las aguas residuales de la industria química Chisso
Corporation, contaminaron de Hg desde 1932 a 1968 sin control.
Utilizaba sulfato de Hg como catalizador en la producción de
acetaldehido.
Contaminante: los derivados orgánicos de Hg, como el metil
mercurio, mucho más tóxico.
Compañía Chisso Corporation
Hg: mercurio
Caso de Minamata
(Japón) 1953
Consecuencia: este compuesto se acumuló de forma muy
significativa en los crustáceos y peces de la Bahía de Minamata y
el Mar de Shiranui. La población que consumió estas especies se
envenenó.
Tiempo: durante 36 años se contaminó la zona con 27000
kilogramos de Hg.
Compañía Chisso Corporation
Hg: mercurio
Caso de Minamata
(Japón) 1953
- Contaminación: de metil-Hg en el pescado. El vertido de Hg fue
transformado por las bacterias acuáticas como mecanismo de
autodefensa contra este envenenamiento.
Intervienen bacterias que participan en el ciclo SO42-- S2-.
Hg
Acción de las bacterias
Hg-CH3+
sustancia
liposoluble
Estas bacterias, que contendrán metilmercurio, son consumidas en la
cadena trófica, o bien lo excretarán. En este último caso el metilmercurio
puede ser rápidamente adsorbido por el fitoplancton y de ahí pasar a los
organismos superiores. Debido a que los animales acumulan metilmercurio
más rápido de lo que pueden excretarlo, se produce un incremento
sostenido de las concentraciones en la cadena trófica (BIOMAGNIFICACIÓN).
Hg: mercurio
Caso de Minamata
(Japón) 1953
- Contaminación: de metil-Hg en el pescado. El vertido de Hg fue
transformado por las bacterias acuáticas como mecanismo de
autodefensa contra este envenenamiento.
5 ppb
2 ppt
35 ppb
25-50 ppb
2000 ppb
900 ppb
BIOMAGNIFICACIÓN DE Hg en los sistemas acuáticos
Hg: mercurio
Caso de Minamata
(Japón) 1953
-Efectos: degeneración del sistema nervioso, ceguera, sordera,
desmayos, comportamiento irracional, movimientos involuntarios,
locura. Comenzaron a aparecer en 1953. Hubo 3000 personas
afectadas.
Enfermedad
de Minamata
Hg: mercurio
Caso de Minamata
(Japón) 1953
-Remediación: desde 1974 hasta 1990 se realizaron labores de
dragados de los sedimentos (1.500.000 m3, con un coste de 48
billones de yen). Permiso de pesca en 1997.
Memorial de Minamata
Río de Minamata
- Video interesante: http://www.youtube.com/watch?v=dw7cKHpoPe8
Desastres ecológicos producidos por
contaminación metálica
Caso de Jintsu-Tojama
(Japón) 1947-1961
Cd
Caso de Minamata
(Japón) 1953
Hg
”HORRORES” DE LA CONTAMINACIÓN:
catástrofes lentas
Caso de Omai
(Guyana) 1995
Minería de oro
accidentes
Caso de Aznalcóllar
(España) 1998
Vertido minero
Caso de Baia Mare
(Rumania) 2000
Minería de oro
-Origen: rotura de dique con colas de minería de oro (Compañía
canadiense Cambior), en la antigua Guayana, en la ciudad de Omai,
contaminando el río Essequibo con 3,4 millones de m3 de aguas
contaminadas.
Rotura del
dique de la mina
Caso de Omai
(Guyana) 1995
Minería de oro
Cianuro
- El cianuro se usa para extraer el oro del mineral. El agua se
contaminó con este tóxico, produciendo la muerte de peces,
pájaros y diversos animales.
Río Potaro, próximo a la mina
Vista aérea de la mina
Rotura del dique de la mina
Caso de Omai
(Guyana) 1995
Minería de oro
Cianuro
- Importancia de la actividad minera: producción de aguas ácidas,
aguas con elevados contenidos en extractantes tóxicos y elevada
solubilización de metales.
Proceso de drenaje ácido de minería:
Tóxico e irreversible
Drenaje ácido de mina
Caso de Omai
(Guyana) 1995
Minería de oro
Cianuro
- Residuos vertidos: aguas residuales de lixiviados de minerales
extraidos con cianuro, con un elevado contenido en metales
pesados, vertidos al río Potaro.
Drenajes contaminados
Caso de Omai
(Guyana) 1995
Minería de oro
Mortandad de peces
Cianuro
- Efectos: contaminación de las aguas, sedimentos, peces, plantas
afectadas y, principalmente afecciones en las personas en
contacto con el agua (quemaduras, alergias ...)( aprox. 50000
personas enfermaron)
- Tipo de contaminante: cianuro y metales pesados
Efectos sobre la piel de individuos de Guyana
Caso de Omai
(Guyana) 1995
Minería de oro
Cianuro
Desastres ecológicos producidos por
contaminación metálica
Caso de Jintsu-Tojama
(Japón) 1947-1961
Cd
Caso de Minamata
(Japón) 1953
Hg
”HORRORES” DE LA CONTAMINACIÓN:
catástrofes lentas
Caso de Omai
(Guyana) 1995
Minería de oro
accidentes
Caso de Aznalcóllar
(España) 1998
Vertido minero
Caso de Baia Mare
(Rumania) 2000
Minería de oro
El accidente
accidente minero
minero de
de Aznalc
Aznalcóllar
El
óllar
25 abril 1998
Rotura de la presa de contención que retenía la balsa de decantación
procedente de una mina de pirita propiedad de la empresa Bolidem-Apirsa.
Residuos vertidos: lodos (2 mill. m3) y aguas (4 mill. m3) tóxicos
vertidos a los ríos Agrio, Guadiamar, llegándo al estuario del
Guadalquivir (4 Hm3 aguas contaminadas, conducidos a través de
un canal hacia el afluente Brazo de la Torre se descargaron
directamente en el río Guadalquivir) y al Parque Doñana
El accidente
accidente minero
minero de
de Aznalc
Aznalcóllar
El
óllar
• Metales:
As, Zn, Pb, Cd, Cu, Fe,
Mn, Sb y Hg.
• 4.402 hectáreas afectadas.
El accidente
accidente minero
minero de
de Aznalc
Aznalcóllar
El
óllar
Efectos: contaminación en ríos, campos agrícolas, estuario del
Guadalquivir, llegando a afectar a algunos acuíferos del Parque
Doñana. Especies de invertebrados, peces y aves acuáticas
afectadas .
Caso de Aznalcóllar
(España) 1998
Vertido minero
El accidente
accidente minero
minero de
de Aznalc
Aznalcóllar
El
óllar
Actuaciones:
• Riada canalizada
hacia el
Guadalquivir.
• Agua embalsada
en Entremuros.
• Proceso de
depuración antes
de liberarla al
Guadalquivir.
Dique 1º
Dique 2º
Dique 3º
El accidente
accidente minero
minero de
de Aznalc
Aznalcóllar
El
óllar
Efectos ambientales y
Parque
Nacionalde
deDo
Doñana
Parque socioeconómicos
Nacional
ñana
Gran repercusión en
medios informativos
Reserva de la
Biosfera y Pa
trimonio de la
Humanidad
El accidente
accidente minero
minero de
de Aznalc
Aznalcóllar
El
óllar
Plan de medidas urgentes
• Retirada de lodos y aguas.
Maquinaria pesada
• Depuración de aguas retenidas.
• Expropiación de terrenos afectados.
Medidas de remediación
• Adición de materiales arcillosos ricos en Fe para
inmovilizar los contaminantes residuales.
• Enmiendas de calizas para corregir el pH del suelo.
• Creación del Corredor Verde del
Guadiamar
para
Retirada
a mano
recuperar el flujo de especies entre los ecosistemas de
Sierra Morena y los arenales del litoral de Doñana.
Desastres ecológicos producidos por
contaminación metálica
Caso de Jintsu-Tojama
(Japón) 1947-1961
Cd
Caso de Minamata
(Japón) 1953
Hg
”HORRORES” DE LA CONTAMINACIÓN:
catástrofes lentas
Caso de Omai
(Guyana) 1995
Minería de oro
accidentes
Caso de Aznalcóllar
(España) 1998
Vertido minero
Caso de Baia Mare
(Rumania) 2000
Minería de oro
-Origen: rotura de la balsa con colas de minería de oro (Mina de
Aurul S.A., Compañía Baia Mare), en Baia Mare, al noroeste de
Rumania (2000)
- Residuos vertidos: 50-100 toneladas de cianuro y metales
pesados (Pb, Zn, Cu, Cd y Au) fueron vertidos a las aguas del Río
Somes, Río Tisza, Río Danubio para llegar al Mar negro.
Cianuro, Pb, Zn, Cu, Cd y Au
Caso de Baia Mare
(Rumania) 2000
Minería de oro
- Contaminación: afectaron a los suelos de la población de Bozinta,
y las aguas de los ríos.
- Efectos: plantas, peces y ganado afectados por la contaminación
Cianuro, Pb, Zn, Cu, Cd y Au
Caso de Baia Mare
(Rumania) 2000
Minería de oro
Propiedades de los metales pesados
Metales de interés medioambiental
Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu,
Zn, Cd , Hg , Sn, Pb, y Al
“Metal Pesado”
Pesado” oo “Metal
“Metal traza”
traza”
“Metal
1.Pueden acumularse
acumularse en
en los
los organismos
organismos
1.Pueden
2.Especies altamente
altamente tóxica
tóxica aa bajas
bajas concentraciones
concentraciones
2.Especies
3.No pueden
pueden degradarse
degradarse ni
ni destruirse
destruirse
3.No
Propiedades de los metales pesados
METALES PESADOS (Densidad > 4,5 g /cm3)
H
He
Li
Be
B
C
N
O
F
Ne
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
K
Ca
Sc
Ti
V
Cr
Mn
Fe
Co
Ni
Cu
Zn
Ga
Ge
As
Se
Br
Kr
Rb
Sr
Y
Zr
Nb
Mo
Tc
Ru
Rh
Pd
Ag
Cd
In
Sn
Sb
Te
I
Xe
Cs
Ba
La*
Hf
Ta
W
Re
Os
Ir
Pt
Au
Hg
Tl
Pb
Bi
Po
At
Rn
Fr
Ra
Ac*
Metales
No Metales
Ce
Pr
Nd
Pm
Sm
Eu
Gd
Tb
Dy
Ho
Er
Tm
Yb
Lu
Th
Pa
U
Np
Pu
Am
Cm
Bk
Cf
Es
Fm
Md
No
Lw
Propiedades de los metales pesados
Cd (Cadmio): Bronquitis,
infertilidad, alteraciones
neurológicas, hipertensión,
enfermedades vasculares.
As (Arsénico): Causa
Cr (Cromo): Cáncer de pulmón
disminución glóbulos rojos y
blancos, cánceres de piel,
pulmón e hígado
Hg (Mercurio):
Pb (Plomo): Alteraciones
Alteraciones neurológicas,
afección del sistema
respiratorio.
neurológicas, disminución del
coeficiente intelectual infantil,
anemia, cáncer de riñón.
Propiedades de los metales pesados
Metales en organismos: pueden acumularse
Metal
Cd
Cr
Fe
Pb
Mn
Mo
Ni
Concentración relativa en
crustáceo (agua = 1)
2260000
200000
291500
291500
55500
90
12000
Propiedades de los metales pesados
La acumulación depende del tejido
Crustáceo
Concentración de Cd
(mg/Kg)
Agalla
Músculo
Tejidos grasos
Intestino
Riñón
Gónadas
Sedimento
Agua de mar (mg/L)
<20
<20
2000
<20
<20
<20
<20
0,11
Bioacumulación
Propiedades de los metales pesados
LA TOXICIDAD DEPENDE DEL METAL Y EN QUE
FORMA QUÍMICA SE ENCUENTRA.
Evaluar las formas químicas se denomina ESPECIACIÓN
Ejemplo 1
actividad microbiana
Hg2+
metilmercurio, dimetilmercurio
Ejemplo 2
Cr3+ esencial para el metabolismo de la glucosa de los
mamíferos
Cr6+ altamente tóxico
Ejemplo 3
As inorgánico > As orgánico
As3+ >As5+
CIENCIAS IMPLICADAS EN EL MEDIO
AMBIENTE
Ecología
Biología
Ingeniería
Economía
Derecho
Física
Química
El medio ambiente
es como un
gran reactor
químico
Inorgánica
Orgánica
Física
Química Analítica Ambiental
…
CIENCIAS IMPLICADAS EN EL MEDIO
AMBIENTE
Ecología
Biología
Ingeniería
Economía
Derecho
Física
Química
Inorgánica
Orgánica
Física
Química Analítica Ambiental
… Objetivo: determinar la composición cualitativa y cuantitativa
de la materia.
CUIDEMOS DEL MEDIO AMBIENTE