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CENTRO DE INVESTIGACIÓN EN MATERIALES AVANZADOS
DEPARTAMENTO DE ESTUDIOS DE POSGRADO
Reconstrucción histórica de la contaminación por arsénico, plomo y uranio en los
sedimentos de las represas San Marcos y Luis L. León, en Chihuahua.
TESIS
QUE PARA OBTENER EL GRADO DE
DOCTOR EN CIENCIA DE MATERIALES
Presenta:
M. C. Carmen Grisel Méndez García.
ASESOR:
Dra. María Elena Montero Cabrera
CHIHUAHUA, CHIH. Agosto, 2014.
RESUMEN
La presente tesis de trabajo doctoral aborda el estudio y la caracterización de
núcleos superficiales y núcleos de sedimento de dos represas del estado de Chihuahua
con el fin de determinar las características geológicas, así como distribución espacial y
temporal de elementos mayoritarios, traza y radiactivos de las represas San Marcos y
Luis L. León.
La caracterización mineralógica de los sedimentos en ambas zonas de estudio fue llevada
a cabo mediante las técnicas de difracción de rayos X (DRX), microscopía electrónica de
barrido (MEB), microscopía óptica (OP), análisis granulométrico y petrográfico.
La determinación de elementos mayoritarios y traza se realizó empleando la técnica
espectroscopia de emisión óptica de plasma inductivamente acoplado.
Los núcleos de sedimentos fueron datados por la técnica 210
Pb-137
Cs, aplicando el
método de flujo constante de 210
Pb “en exceso” para el cálculo de la edad de las
secciones, y ésta fue corroborada con la presencia del 137
Cs en las fechas donde está bien
establecido que este radionúclido artificial fue introducido en el medio ambiente. La
datación arrojó un intervalo de 52 años para el núcleo de sedimento San Marcos y de 36 y
40 años para el núcleo de sedimento cercano a la entrada y a la salida de la represa Luis
L. León, respectivamente.
Las concentraciones de los elementos mayoritarios mostraron poca variabilidad
en el perfil de los núcleos de sedimentos en todos los casos.
Radionúclidos naturales y elementos traza no mostraron un comportamiento cronológico
monótono en los perfiles de los núcleos de sedimento.
Se establecieron los niveles de concentración natural de los elementos As, Pb y U a partir
del comportamiento base de los sedimentos de las dos zonas. De este modo, se concluye
que los niveles de concentración natural de As y Pb en sedimentos se asocia con la zona
de San Marcos, y tienen valores de concentraciones promedio de 2.8 y 14.8 mg kg-1
,
respectivamente. Mientras tanto, el nivel de concentración natural del U corresponde con
la zona de la represa Luis L. León, con valor 2.3 mg kg-1
.
Los altos factores de enriquecimiento obtenidos para As, Pb en el área Luis L.
León sugieren un origen antropogénico de estos contaminantes en un intervalo específico
de tiempo.
Las altas concentraciones de uranio en el área de San Marcos corresponden a un
origen natural. Las concentraciones de arsénico en la mayoría de todos los sedimentos
estudiados se encontraron por encima del nivel de efecto probable, considerándose
capaces de inducir un posible daño a la salud humana y a la biota que habita en ambas
represas.
TABLA DE CONTENIDO
LISTA DE FIGURAS .............................................................................................................. vi
LISTA DE TABLAS ............................................................................................................... vi
AGRADECIMIENTOS. .......................................................................................................... vii
RECONOCIMIENTOS ........................................................................................................... viii
Capítulo 1: INTRODUCCIÓN ................................................................................................ 1
1.1 Antecedentes. ............................................................................................................. 4 1.2 Cadenas de desintegración ......................................................................................... 6 1.3 Técnica radiométrica
210Pb –
137Cs. ............................................................................ 8
1.3.1 Método del 210
Pb. ............................................................................................ 9 1.3.2 Método del
137Cs. ............................................................................................ 19
1.4 Fuentes y química del arsénico, plomo y uranio en sedimentos. ............................... 21 1.4.1. Fuentes naturales de As, Pb y U. .................................................................... 21
1.4.2. Fuentes antropogénicas de As, Pb y U. ........................................................ 23 1.4.3. Perfil de los elementos traza en los sedimentos. ............................................ 25 1.4.4. Química de los elementos pesados en suelos y sedimentos. .......................... 27
1.5 Cálculo de factores de enriquecimiento, empleando aluminio como
normalizador. ........................................................................................................... 31 1.6 Estudio de Riesgo Ecológico. ................................................................................... 33
Capítulo 2: JUSTIFICACIÓN, HIPÓTESIS Y OBJETIVOS. ................................................ 36
2.1 Justificación. .............................................................................................................. 36 2.2 Hipótesis.................................................................................................................... 39 2.3 Objetivos .................................................................................................................... 40
2.3.1 Objetivo general .............................................................................................. 40 2.3.2 Objetivos especificos ....................................................................................... 40
Capítulo 3: METODOLOGÍA, MATERIALES Y EQUIPO .................................................. 42
3.1 Zona de estudio .......................................................................................................... 42 3.1. 1 Represa San Marcos ....................................................................................... 42 3.1.2 Represa Luis L. León. .................................................................................... 43
3.2. Muestreo................................................................................................................... 44 3.3 Trabajo de Laboratorio .............................................................................................. 45
3.3.1 Análisis mineralógico ..................................................................................... 45 3.3.2 Caracterización elemental .............................................................................. 46 3.3.3 Caracterización radiométrica .......................................................................... 47
Capítulo 4: RESULTADOS Y DISCUSION........................................................................... 49
4.1 Represa San Marcos ................................................................................................... 49 4.1.1 Análisis mineralógico ...................................................................................... 49 4.1.2 Datación .......................................................................................................... 58 4.1.3 Elementos mayoritarios ................................................................................... 62 4.1.4 Elementos traza. ............................................................................................. 65 4.1.5 Elementos radiactivos. .................................................................................... 70
4.2 Represa Luis L. León. ................................................................................................ 74 4.2.1 Análisis mineralógico ...................................................................................... 74
4.2.2 Datación. ................................................................................................................. 87 4.2.3 Distribución de elementos mayoritarios. ........................................................ 90 4.2.4 Distribución de elementos traza. ..................................................................... 96 4.2.5 Distribución de elementos radiactivos. ........................................................... 100
4.3 Comparación de resultados entre ambas represas. ..................................................... 105
Capítulo 5: CONCLUSIONES. ............................................................................................... 108
REFERENCIAS ....................................................................................................................... 110
Apéndices ................................................................................................................................. 115
Apéndice A ...................................................................................................................... 115 Descripción de las técnicas empleadas para el análisis mineralógico. ............................. 115
A.1 Granulometría. ................................................................................................... 115 A.2 Análisis petrográfico. ........................................................................................ 115 A.3 Difracción de Rayos X. ..................................................................................... 116 A.4 Microscopia electrónica de barrido. .................................................................. 117
Apéndice B ....................................................................................................................... 118 Procedimiento de determinación de elementos mayoritarios en sedimentos mediante
la técnica de metaborato de litio. .............................................................................. 118 Apéndice C ....................................................................................................................... 119 Procedimiento de determinación de elementos traza en sedimentos mediante el
procedimiento EPA 3051. ........................................................................................ 119 Apéndice D ...................................................................................................................... 120 Procedimiento de separación de U empleando resinas de intercambio iónico
(UTEVAS). .............................................................................................................. 120 Apéndice E ....................................................................................................................... 123 Procedimiento de separación líquido - líquido mediante Tributil fosfato (TBP) de
Po, U y Th. .............................................................................................................. 123 Apéndice F ....................................................................................................................... 126 Procedimiento de determinación de Uranio mediante centelleo líquido (PERALS).
Sistema batch (bombas Parr en baño isotérmico)..................................................... 126 Apéndice G ...................................................................................................................... 129 Procedimiento de determinación de
210Po mediante centelleo líquido (PERALS).
Sistema batch (bombas Parr en baño isotérmico)..................................................... 129 Apéndice H ...................................................................................................................... 132 Procedimiento para la determinación de radionúclidos emisores gamma en un
detector de germanio híper puro HPGe. ................................................................... 132
Apéndice I ........................................................................................................................ 134 Correlación entre la precipitación pluvial y las tasas de sedimentación en los
núcleos de sedimento. .............................................................................................. 134 Apéndice J ........................................................................................................................ 136 Información de los resultados de los sedimentos superficiales en las represas
analizadas. ................................................................................................................ 136
LISTA DE FIGURAS
Figura 1.1 Imagen satelital de la localización de las represas estudiadas. ............................... 3
Figura 1.2 Principales cadenas de desintegración radiactiva. .................................................. 7
Figura1.3 Ciclo del 210
Pb ........................................................................................................ 11
Figura 2.1 Localización de reservorios analizados en México empleando la técnica del 210
Pb. ................................................................................................................................. 38
Figura 3.1 Área de estudio, puntos de muestreo a) Represa San Marcos, b) Represa Luis
L. León. ............................................................................................................................ 45
Figura 4.1 Micrografías obtenidas en los microscopios petrográficos de las secciones
superficiales, medios y profundos del NSM. ................................................................... 53
Figura 4.2 Patrón de difracción de rayos X en sedimentos de la represa San Marcos. ........... 54
Figura 4.3 Micrografías de MEB a 90x para el núcleo de sedimento de la represa San
Marcos. ............................................................................................................................. 57
Figura 4.4 Micrografías de MEB a 3000x para el núcleo de sedimento de la represa San
Marcos en las fracciones gruesas (G), media (M) y fina (F). ........................................... 58
Figura 4.5 Perfil de actividades de 210
Poexc, 137
Cs y tasa de sedimentación en NSM. ............ 60
Figura 4.6 Perfil de las concentraciones de elementos mayoritarios en NSM. ....................... 65
Figura 4.7 Perfil de las concentraciones de elementos traza en NSM. ................................... 66
Figura 4.8 Perfil de las CAs de elementos radiactivos en NSM. ............................................. 71
Figura 4. 9 Micrografías obtenidas en el microscopio petrográfico de las secciones
superficial, media y profunda del NLLLE(a) y NLLLS (b). ............................................ 78
Figura 4.10 Patrón de difracción de rayos X en las secciones del NLLLE............................. 79
Figura 4.11 Patrón de difracción de rayos X en las secciones del NLLLS. ............................ 80
Figura 4.12 Dendograma para las secciones de los núcleos NLLLE y NLLLS. ..................... 82
Figura 4.13 Micrografías de MEB a 90x para los núcleos de sedimentos de la represa
Luis L. León. ................................................................................................................... 85
Figura 4.14 Micrografías de MEB a 3000x para los núcleos de sedimentos de la represa
Luis L. León. ................................................................................................................... 86
Figura 4.15 Perfil de actividades de 210
Poexc, 137
Cs y tasa de sedimentación en NLLLE (a)
y NLLLS (b)..................................................................................................................... 88
Figura 4.16 Perfil de las concentraciones de elementos mayoritarios en NLLLE (a) y
NLLLS (b)........................................................................................................................ 95
Figura4.17 Perfil de las concentraciones de elementos traza en NLLLE (a) y NLLLS (b). .... 100
Figura 4.18 Perfil de las CA de elementos radiactivos en NLLLE (a) y NLLLS (b). ............. 103
Figura AF.1 Espectros característicos de uranio por espectrometría de centelleo líquido...... 128
Figura AG.1 Resultados de la validación de la extracción de 210
Pb por espectrometría de
centelleo líquido. .............................................................................................................. 128
Figura AH.1 Espectro característico de un espectro gamma. .................................................. 128
Figura AI.1 Registro de las precipitaciones en los años calculados en el NSM. .................... 134
Figura AI.2 Registro de las precipitaciones en los años calculados en el NLLLE. ................ 134
Figura AI.3 Registro de las precipitaciones en los años calculados en el NLLLS. ................. 135
LISTA DE TABLAS
Tabla1.1 Actividades específicas y abundancia de los isotopos que componen el uranio
natural (Bievre, 1993). ..................................................................................................... 23
Tabla 1.2 Fuentes antropogénicas primarias y secundarias. .................................................... 25
Tabla 3.1 Localización y descripción de las muestras recolectadas en este estudio. ............... 44
Tabla 4.1 Resultados del análisis granulométrico para cada sección del núcleo de
sedimento de la represa San Marcos, a diferente profundidad. ........................................ 51
Tabla4.2 Resultados del análisis de espectroscopia de energía dispersiva de rayos X
(EDS) para las secciones NSM1, NSM13 y NSM21 del núcleo de sedimento San
Marcos en % en peso. ...................................................................................................... 56
Tabla 4.3 Datación obtenida para el núcleo de San Marcos aplicando tres diferentes
modelos. ........................................................................................................................... 61
Tabla 4.4 Media, desviación estándar, rango y coeficiente de variación de las
concentraciones de elementos mayoritarios (%) en el núcleo de sedimentos y en los
sedimentos superficiales de la represa San Marcos. También se muestran el Factor
de enriquecimiento (FE), el nivel umbral de efecto (TEL) y el nivel de efecto
probable (PEL). ................................................................................................................ 63
Tabla 4.5 Resultados del análisis ANOVA en los sedimentos de la represa San Marcos. ...... 64
Tabla4.6 Media, desviación estándar, rango y coeficiente de variación de las
concentraciones de elementos traza (mg Kg-1
) en el núcleo de sedimentos y en los
sedimentos superficiales de la represa San Marcos. También se muestran el Factor
de enriquecimiento (FE), el nivel umbral de efecto (TEL) y el nivel de efecto
probable (PEL). ................................................................................................................ 67
Tabla4.7 Media, desviación estándar, rango y coeficiente de variación de las CAs de
elementos radiactivos (Bq kg-1) en el núcleo de sedimento y en los sedimentos
superficiales de la represa San Marcos. ........................................................................... 71
Tabla4.8 Media, desviación estándar, rango y coeficiente de variación de las RAs en el
núcleo de sedimento de la represa San Marcos. ............................................................... 73
Tabla4.9 Resultados del análisis granulométrico para cada sección a diferente
profundidad en los núcleos de sedimento de la represa Luis L. León. ............................. 75
Tabla4.10 Fórmula química de las fases encontradas en los patrones de DRX en NSM,
NLLLE y NLLLS. ............................................................................................................ 81
Tabla4.11 Resultados del análisis de espectroscopia de energía dispersiva de rayos X
(EDS) para algunas secciones de los núcleos de sedimento de la represa Luis L.
León. ................................................................................................................................ 84
Tabla 4.12 Datación obtenida para los núcleos de la represa Luis L. León aplicando tres
diferentes modelos. .......................................................................................................... 89
Tabla4.13 Media, desviación estándar, rango y coeficiente de variación de las
concentraciones de elementos mayoritarios (%) en los núcleos de sedimentos y en
los sedimentos superficiales de la represa Luis L. León. También se muestran el
Factor de enriquecimiento (FE), el nivel umbral de efecto (TEL) y el nivel de efecto
probable (PEL). ................................................................................................................ 91
Tabla 4.14 Resultados del ANOVA en los sedimentos de la represa Luis L. León. ............... 94
Tabla 4.15 Media, desviación estándar, rango y coeficiente de variación de las
concentraciones de elementos traza (mg kg-1
) en los núcleos de sedimento y en los
sedimentos superficiales de la represa Luis L. León. También se muestran el Factor
de enriquecimiento (FE), el nivel umbral de efecto (TEL) y el nivel de efecto
probable (PEL). ................................................................................................................ 97
Tabla 4.16 Media, desviación estándar, rango y coeficiente de variación de las
concentraciones de elementos radiactivos (Bq kg-1) en el núcleos de sedimento y en
los sedimentos superficiales de la represa Luis L. León. ................................................. 101
Tabla 4.17 Media, desviación estándar, rango y coeficiente de variación de las RAs en
los núcleos de sedimento y en los sedimentos superficiales de la represa Luis L.
León. ................................................................................................................................ 104
Tabla AF.1 Resultados de la validación de la extracción de uranio por espectrometría de
centelleo líquido. .............................................................................................................. 127
Tabla AG.1 Resultados de la validación de la extracción de 210
Po por espectrometría de
centelleo líquido. .............................................................................................................. 130
vii
AGRADECIMIENTOS.
Éste como todos mis logros académicos y personales son dedicados a las dos
mujeres más importantes de mi vida: Mi gorda y mi flaca, mi madre, Sra. Margarita
García, que es el ejemplo más grande que tengo de que cuando se quiere se puede y mi
hermana M. C. Lucia Angélica Méndez García, con la que tengo el enorme compromiso
de dejarle un ejemplo como ser humano en todos los aspectos.
A las familias Rodríguez Salgado y Carrasco Siqueiros que me hicieron sentirme
siempre como en casa desde que salí de mi “Parralito” querido.
A mi gordo, Alfonso Carrasco, por su paciencia y amor.
A mi peligro, Renecito, que con sus sonrisas y travesuras hicieron que parte de
este camino fuera mucho más ligero y divertido.
A mis compañeros y compañeras de laboratorio por formar una nueva familia
radiactiva.
A todos ustedes gracias, y sigo comprometida a dar siempre lo mejor de mí.
viii
RECONOCIMIENTOS
A Dra. María Elena Montero Cabrera por la oportunidad de incorporarme a su
equipo de trabajo y por todo el apoyo que recibí a lo largo de esta etapa de mi formación
académica.
A la Dra. Hilda Esparza Ponce por la asesoría que me brindó para llevar a
término esta tesis.
Al Dr. Rafael García – Tenorio por su valiosa colaboración en las técnicas y
modelos matemáticos de fechamiento por 210
Pb-137
Cs.
Al Dr. Efraín Chávez Lomelí, Dr. Ghiraldo Murillo, Dr. Armando Varela, Dr.
Rafael Policroniades (ININ), y F. Arcadio Huerta (IFUNAM) por el buen trato que recibí
de ellos en mi estancia en el D.F y por compartir conmigo todos sus conocimientos de
espectrometría alfa.
A todo el departamento de medio ambiente y energía renovables de CIMAV, que
de una u otra manera han contribuido a mi formación profesional.
A la Químico Silvia Violeta Miranda y la M.C. Patricia Peregrino por su
colaboración en las mediciones en ICP-OES
Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología por el apoyo.
A los proyectos CHIH-2011-C03-167723 del Fondo Mixto (FOMIX) y CB-01-
2011-166697 del Centro de Investigación en Materiales Avanzados (CIMAV).
1
Capítulo 1: INTRODUCCIÓN
Una represa es un embalse artificial de agua limitado por una o más paredes
gruesas que permiten la contención y liberación a voluntad del agua embalsada. La
primera represa de la que se tiene noticia se construyó en Egipto, sobre el río Nilo, para
proteger su capital de entonces, Menfis. La fecha de construcción es alrededor del año
3000 a.C. A partir de entonces las represas han un jugado un papel muy importante en la
civilización. Se reconoce que las represas modifican el entorno en muchos aspectos, entre
ellos, la calidad del agua que se embalsa. El agua que se extrae de las represas tiene
diferentes condiciones que las del río de origen, y se modifica a la salida. Entre los
factores que influyen en la calidad del agua están la flora y la fauna que se genera y los
sedimentos que se acumulan en el fondo de la represa. Una represa es, por lo tanto, un
ambiente acuático artificial. De la calidad del agua en el ambiente depende el equilibrio
ecológico y la salud de la población circundante.
Los elementos mayoritarios, trazas y radiactivos se introducen en los ambientes
acuáticos tanto en su forma soluble como de material particulado, mediante procesos
naturales, como lo son la erosión de las rocas que se encuentran en los alrededores, el
arrastre por efecto de la lluvia o el viento, o por cuestiones de origen antropogénico como
desechos de tipo industrial, urbano y doméstico entre otros.
2
Numerosos estudios han demostrado que las actividades humanas han modificado
las concentraciones de elementos traza en el balance geoquímico de ambientes acuáticos
(Ruiz-Fernández, Páez-Osuna et al. 2005; Lu and Wong 2008).
Los sedimentos son importantes acarreadores de elementos en el ciclo
hidrológico, ya que reflejan la química de un sistema acuático en particular. Un núcleo
de sedimentos refleja la transformación que ha transcurrido en ellos con el transcurso del
tiempo y la historia geoquímica (Ruiz-Fernández, Hillaire-Marcel et al. 2007). Por este
motivo su estudio nos permite descubrir tendencias espaciales y temporales de la posible
contaminación de medios acuáticos.
Los elementos arsénico y plomo son reconocidos como elementos contaminantes
muy peligrosos tanto para la salud humana como para la biota en lo que entran en
contacto (Quintana and Montes ; WHO 2012). Enfermedades de la piel y deterioro de las
funciones neuroconductuales se atribuyen a la ingestión o inhalación de estos elementos
respectivamente. Por otro lado, la sobre exposición al uranio, detectado por altas
concentraciones en la orina, sugiere alteraciones patológicas en los riñones
principalmente (Weinberg and Sandler 1991).
El estado de Chihuahua está localizado en la frontera norte de México, donde la
mayoría de los estados muestran un ambiente semiárido. El Rio Conchos es el principal
camino de agua superficial del estado (Hurtado-Jimenez and Gardea-Torresdey 2006).
La cuenca del Rio Conchos forma parte de la cuenca del Rio Bravo-Grande, que es
compartido por México y Estados Unidos de América en la frontera entre estos dos
países. La Cuenca del rio Sacramento-Chuvíscar es el último mayor tributario del Rio
3
Conchos, y se origina en la vecindad de uno de los depósitos naturales de uranio más
importantes en el estado de Chihuahua, San Marcos, donde justo también se encuentra la
represa del mismo nombre. Mientras, la represa Luis L. León es el último reservorio del
rio Conchos justo antes de llegar al Rio Bravo-Grande (Figura 1.1) (Hurtado-Jimenez and
Gardea-Torresdey 2006).
Por lo tanto, las represas San Marcos y Luis L. León son sitios de gran interés
para verificar la presencia y origen de los elementos químicos dañinos anteriormente
mencionados en sedimentos superficiales y además conocer el comportamiento en los
perfiles de los núcleos de sedimentos. Estos estudios permitirán obtener información
espacial y temporal de los posibles contaminantes, y por lo tanto de sus posibles fuentes,
historia y tendencias.
Figura 1.1 Imagen satelital de la localización de las represas estudiadas.
4
1.1 Antecedentes.
En el estado de Chihuahua se han reportado varias localidades con anomalías de
minerales radiactivos distribuidos en su territorio. Se han encontrado más de 50
yacimientos uraníferos a lo largo y ancho de la localidad (Montero, Villalba et al. 2000);
muchas de dichas anomalías están localizadas en el área de la cuenca San Marcos (Ferríz
1985). Además, se han reportado altas concentraciones de uranio en agua potable en la
ciudad de Chihuahua (Villalba, Montero-Cabrera et al. 2006).
Esto es relevante ya que tanto el agua superficial como la subterránea son las
principales fuentes de abastecimiento de agua en la región. El agua superficial retenida
en la represa San Marcos es usada en la agricultura, mientras que el agua de pozos
profundos se emplea tanto en actividades de agricultura como domésticas. Estudios
previos en el área de San Marcos muestran la presencia de uranio en agua superficial,
peces y algunas plantas {Rentería Villalobos, 2005 #1006;Montero Cabrera, 2007
#1342;Luna Porres, 2011 #1763}
Los datos reportados en agua en la represa San Marcos muestran altas actividades
específicas, hasta 7.7 Bq·L-1
.
Las altas concentraciones de uranio en el área de San Marcos son atribuidas a
fenómenos de lixiviación y/o erosión de los depósitos uraníferos naturales localizados
cerca a esta área, lo que sugiere que la represa San Marcos pudiera estar fungiendo como
sumidero de los elementos radiactivos naturales, así como de otros elementos que no han
5
sido analizados aun (Rentería Villalobos, Montero Cabrera et al. 2007; Reyes-Cortes,
Montero-Cabrera et al. 2007; Ulanovsky and Prohl 2008)
Por otro lado, los efectos adversos que el arsénico y plomo causan por ingestión e
inhalación en el norte de México han sido relacionados al uso de agua subterránea como
agua de consumo (Horowitz, Mordechai et al. 1974), al empleo en aditivos de las
gasolinas y las partículas expulsadas a la atmosfera en algunos procesos industriales
(Galloway 1991; Molero, Sanchez-Cabeza et al. 1995; Lozano, Blanco Rodríguez et al.
2002; Fthenakis, Kim et al. 2008; Frias-Espericueta, Osuna-Lopez et al. 2011)
En el estado de Chihuahua han sido reportadas elevadas concentraciones de
arsénico tanto en agua subterránea como en sedimentos superficiales (Horowitz,
Mordechai et al. 1974; San Miguel, Pérez-Moreno et al. 2002; Gutierrez, Alarcón-
Herrera et al. 2009) y varios autores han enfatizado acerca de su posible origen
geoquímico (Reyes Cortés, Precoma Mojarro et al. 2006; Reyes Cortés, Reyes Cortés et
al. 2006)
Los estudios de las concentraciones de arsénico en sedimentos en la parte medio y
baja de la cuenca del rio Conchos (Gutierrez, Rubio-Arias et al. 2008) muestran que es
conveniente realizar un estudio de los contenidos de As en los sedimentos a lo largo de
los ríos estudiados, para establecer la contaminación del agua en el río Conchos y sus
reservorios en caso de que se dé el peor escenario. Gutiérrez et al. estudiaron la
distribución de arsénico en sedimentos superficiales de cuenca del Río Conchos. Ellos
observaron en dicho estudio un enriquecimiento en la zona. Después (Gutierrez, Alarcón-
Herrera et al. 2009) estudiaron las concentraciones de As en sedimentos de ríos
tributarios y el propio río Conchos, así como en los reservorios Las Vírgenes y El
6
Granero. Los valores obtenidos en los reservorios están enriquecidos respecto de los de
los ríos. Por lo tanto, se concluye que las presas se pueden estar convirtiendo en
sumideros de As que amenacen con la contaminación del agua de las mismas.
La contaminación por altas concentraciones de plomo en la región también ha
sido descrita (San Miguel, Perez-Moreno et al. 2004; Gutierrez, Rubio-Arias et al. 2008)
Las características propias de cada una de las zonas de estudio sugieren que puede
conocerse la huella los elementos que pueden ser considerados como factor de riesgo en
diferentes escenarios de la misma región. El análisis de su comportamiento espacial y
temporal desde ambientes lejanos puede mostrar si existe o no influencia de fenómenos
naturales que puedan contribuir al transporte y/o a la influencia desde una represa a la
otra.
El estudio del comportamiento temporal de los sedimentos se realiza mediante
métodos radiométricos que se describen a continuación.
1.2 Cadenas de desintegración
Una cadena de desintegración es un conjunto de radioisótopos que se generan
durante el proceso mediante el cual un isótopo radiactivo decae en otro isótopo (llamado
hijo), y éste a su vez decae o se desintegra en otro isótopo y así sucesivamente hasta
alcanzar un isótopo estable.
Dentro de una cadena de desintegración se supone el equilibrio secular entre los
radioisótopos hijos respecto al padre y donde las relaciones isotópicas se encuentran
7
cercanas a la unidad, indicando la prevalencia de dicho equilibrio (Porcelli and
Swarzenski 2003)
Existen tres series radiactivas naturales que dan lugar a la mayor parte de la
radiactividad natural de origen terrestre. La primera de ellas, encabezada por el 238
U, es
conocido como la serie del uranio (Figura 1.2). La segunda y tercera encabezadas por el
235 U y
232Th, se denominan respectivamente serie del actino y del torio.
Figura 1.2 Principales cadenas de desintegración radiactiva.
Las series del U y Th están comúnmente asociadas en la naturaleza. Ivanovich et
al (Ivanovich and Harmon 1992) estos reportan una cuasi relación de masa constante de
8
estas cadenas de desintegración en sistemas naturales, y que además este equilibrio es
frecuentemente alterado por procesos físicos y químicos que hacen perder o ganar algún
producto de la cadena de desintegración. De ahí la importancia de la determinación y el
conocimiento de las relaciones isotópicas, que permiten entender o predecir los
fenómenos que producen que se pierda el equilibrio secular.
1.3 Técnica radiométrica 210
Pb – 137
Cs.
La técnica radiométrica 210
Pb - 137
Cs permite calcular edades en un intervalo de
100 a 150 años, suficiente para determinar la posible intervención antropogénica en el
aumento de algunos elementos, ya que es justo en este intervalo nace la revolución
industrial, causante del incremento de la presencia de algunos elementos en el medio
ambiente; ésta es una técnica altamente empleada en la medición la velocidad de
sedimentación. Ambos radioisótopos son buenos candidatos para el “fechado” ya que se
conocen sus propiedades físicas y químicas, sus semividas son apropiadas para estimar
intervalos de tiempo, su actividad inicial es conocida o puede ser calculada con exactitud
y ambos son relativamente fáciles de medir.
9
1.3.1 Método del 210
Pb.
El método de fechado por 210
Pb (dating), con medidas directas o mediante su
isotopo descendiente 210
Po, es una herramienta útil en el estudio de la evolución respecto
al tiempo de algunos sistemas ambientales en un intervalo de tiempo entre los últimos
100 y 150 años (Shumilin, Kalmykov et al. 1999; Shumilin, Kalmykov et al. 2000;
Benoit and Rozan 2001; San Miguel, Bolívar et al. 2001; San Miguel, Bolívar et al. 2004;
Enters, Kirchner et al. 2006; Souza, Hazin et al. 2007; Appleby 2008; Ruiz-Fernández
and Hillaire-Marcel 2009).
La medición de las actividades de 210
Po (mediante espectrometría alfa) permite
estimar la actividad de su progenitor radioactivo, el 210
Pb (asumiendo que existe
equilibrio secular entre ellos) con lo cual es posible determinar las tasas de sedimentación
y edades de sedimentos en diferentes tipos de ambientes acuáticos (lacustres, costeros o
marinos) (García-Tenorio García-Balmaseda 1986; Sanchez-Cabeza, Masqué et al. 1998;
Alonso-Hernandez, Diaz-Asencio et al. 2002; Matthews, Kim et al. 2007; Zaborska,
Carroll et al. 2007; Abril, García-Tenorio et al. 2009; Díaz-Asencio, Alonso-Hernández
et al. 2009; Roselli, Desideri et al. 2009).
10
1.3.1.1 Fundamento metodológico del análisis de 210
Pb.
La actividad total del 210
Pb en los sedimentos tiene dos componentes. El 210
Pb
“soportado” o “propio” (210
Pbsup), que es producto de la desintegración in situ del isótopo
padre 226
Ra en las partículas de roca. El segundo componente, llamado 210
Pb “no
soportado” o “en exceso” (210
Pbexc), proviene de la precipitación atmosférica (Figura
1.3). El origen del 210
Pbexc no soportado es el 222
Rn, formado por el decaimiento del 226
Ra
en el suelo, que escapa por los intersticios hacia la atmósfera, donde decae a 210
Pb. Éste
precipita, por deposición seca y húmeda, sobre la superficie terrestre. El 210
Pbexc que llega
hasta los lagos, sea por precipitación directa o a través de la escorrentía de la cuenca, es
removido desde la columna de agua y depositado junto a los sedimentos. En el registro
sedimentario o durante la medición, el 210
Pbsup está en equilibrio radioactivo con el 226
Ra,
y así el 210
Pbexc se puede conocer por la diferencia entre el 210
Pb en un determinado
estrato, y el valor más bajo y constante de 210
Pb en los estratos profundos, asumiendo la
ausencia de 210
Pbexc debido a su decaimiento natural. De este modo, teóricamente, la
concentración del 210
Pbexc en cada estrato debiese declinar con su profundidad y edad de
acuerdo con la ley de decaimiento radioactivo, a menos que existan variaciones en el
proceso sedimentario (Carroll, Lerche et al. 1999; Owens, Walling et al. 1999; Ruiz-
Fernández, Páez-Osuna et al. 2004; Ruiz-Fernández, Páez-Osuna et al. 2005; Alonso-
Hernandez, Diaz-Asencio et al. 2006; Ruiz-Fernández, Hillaire-Marcel et al. 2007).
11
En resumen, el fechado mediante el 210
Pb:
a. Permite conocer la edad de los sedimentos.
b. Identificar los cambios en las tasas de sedimentación en un sitio con
relación a cambios en el uso del suelo.
El fechado mediante 210
Pb además de ser una herramienta útil para lo que ya se ha
mencionado, es aplicable a conocer problemas ambientales graves, al estudiar las
1) El Rn exhala del suelo incorporándose a la atmósfera, donde se desintegra en 210Pb, que se deposita básicamente por vía húmeda. 2) El Rn exhala del sedimento incorporándose a la columna de agua donde se desintegra en 210Pb, que sedimenta arrastrado por las
partículas.
3) El 226Ra disuelto en la columna de agua se desintegra en Rn y este en 210Pb, que sedimenta arrastrado por las partículas. 4) El 226Ra contenido en el sedimento se desintegra en 210Pb ( 210Pb soportado).
Fuente: Jordi García-Orellana (Universitat Autònoma de Barcelona).
Figura1.3 Ciclo del 210Pb
12
variaciones de las concentraciones en que diversos metales contaminantes se encuentran
en las diversas capas de los sedimentos. Se pueden estimar los flujos de contaminantes
que van hacia el cuerpo de agua, estudiar procesos de azolvamiento (de origen natural y
antropogénicos), así como también permite constatar los beneficios de los programas de
manejo ambiental, ayudando a evidenciar la reducción de los flujos de sustancias tóxicas
al sitio de interés.
1.3.1.2 Modelos de datación del 210
Pb.
La elección apropiada del modelo que debe emplearse para la datación se realiza
según el conocimiento que se tiene sobre la evolución del sistema físico donde fue
colectado el núcleo de sedimento, pero fundamentalmente del comportamiento de la
fracción del 210
Pbexc respecto a la profundidad del núcleo de sedimento. Los modelos más
comúnmente empleados mediante esta técnica radiométrica son:
- Actividad de 210
Pbexc Constante (MAC)
- Flujo de 210
Pbexc y velocidad de Sedimentación Constante (FSC)
- Flujo o tasa de suministro de 210
Pbexc Constante (CF)
A continuación se presentan las características generales de estos modelos, y los
detalles se presentan en el apéndice. La definición de algunas de las magnitudes que se
presentan a continuación es general es válida para diferentes modelos.
13
1.3.1.2.1 Modelo de Actividad Constante (MAC).
En este modelo, el sedimento tiene en cada capa un valor inicial constante de la
concentración de 210
Pbexc (de ahí el nombre del modelo de actividad constante),
independientemente de si durante su formación se han producido o no variaciones de
sedimentación. Esta hipótesis hace que este modelo sea aplicable a sedimentos en el que
el principal contribuyente al valor de la concentración de 210
Pbexc es el que viene ligado al
material depositado de las zonas adyacentes, pues, en este caso, la actividad específica
sería independiente de la velocidad de sedimentación. Por el contrario, si el aporte de
210Pbexc fuera directamente del proveniente de la atmósfera, la actividad específica estaría
influenciada por la velocidad de sedimentación, de modo que la actividad específica de
210Pbexc decrecería cuando la tasa de sedimentación se incrementara y viceversa.
Como la hipótesis de este modelo se basa en que todas las capas han tenido el
mismo valor de concentración de actividad inicial C(0)=(dA/dm)0 al momento de su
formación, el valor de la concentración calculado durante el estudio, Ci=(dA/dm)i , nos
indicara la edad de cada una las secciones en el ti, de acuerdo con la ecuación:
Ecn. 1
Donde =
a
-1, siendo 22.3 años las semivida del
210Pb.
En este caso, las edades de las diferentes capas (ti) son fácilmente calculables,
conociendo los diferentes valores de Ci y el valor de C(0):
Ecn. 2
14
Dado que el 210
Pbexc se está desintegrando durante el tiempo que transcurre para la
formación de una capa (i), la concentración medida de la capa 1 (C1) no corresponde
estrictamente al valor de C(0).
Para conocer el valor de C(0) se plantean las siguientes estrategias:
Determinar experimentalmente el valor de C0. Es difícil obtener muestras
representativas del sedimento consolidado recién formado y por lo tanto esta
técnica es poco utilizada. Sin embargo el uso de trampas de sedimento cerca de la
superficie del mismo o la cuidadosa recogida de la lámina superficial del
sedimento, pueden servir para estimar C0.
Determinar C0 por extrapolación. Si bien ésta es una técnica poco utilizada,
puede ser útil para cálculos preliminares. Si la función que describe el perfil de
concentraciones Ci decrece monótonamente y las secciones representan una
pequeña fracción del perfil, entonces podemos aproximar la función por
segmentos lineales.
Obtener C0 por regresión. En el caso de que la relación entre los logaritmos de
las concentraciones y el espesor másico sea lineal (al menos en las secciones más
superficiales), podemos obtener el valor de C0 ajustando una recta de regresión.
La ordenada en el origen es a = ln C(0) y por lo tanto C(0) = ea.
15
Independientemente de la estrategia utilizada, el modelo MAC tiene otros problemas que
lo hacen poco recomendable en la mayor parte de los casos:
La hipótesis del modelo MAC implica que los flujos y las tasas de acumulación
másica sean proporcionales. Por ejemplo, si la tasa de acumulación se duplica,
también debe duplicarse el flujo de 210
Pbexc al sedimento. Esta hipótesis es
demasiado restrictiva y, en la mayor parte de los casos, falsa.
La hipótesis de sistema cerrado implica que las capas más profundas sean más
antiguas. Por ese motivo, el perfil de 210
Pbexc debe ser monótonamente
decreciente. Si no fuera así, las capas más profundas con actividades más altas
tendrían edades más modernas, lo cual sería una contradicción.
El valor de la tasa de sedimentación, r, es calculado a partir de un ajuste de
mínimos cuadrados a una línea recta de los valores del ln Ci versus el espesor másico
(mi) o cantidad acumulada de materia desde la capa i, mi (expresada en g cm-2
) ya que por
definición:
Ecn. 3
16
1.3.1.2.2 Modelo de flujo de 210
Pb en exceso y velocidad de sedimentación
constante (FSC).
Asume que el aporte o flujo de 210
Pbexc a los sedimentos y la velocidad de
sedimentación se han mantenido constantes durante su formación. Se considera un caso
particular del modelo de la actividad inicial de cada capa constante, ya que las dos
magnitudes citadas implican la constancia de la concentración inicial del 210
Pbexc para
cada capa.
En este caso, el perfil que deberá mostrar la representación gráfica de ln Ci frente
a la profundidad (zi) o el espesor másico (mi) debe ser no sólo monótono decreciente, sino
lineal, siendo un buen indicativo de la validez de este modelo el valor del coeficiente de
correlación obtenido en el ajuste de los datos. La relación entre z y m es m=z∙ρ, donde ρ
es la densidad en g cm-3
.
La tasa de sedimentación definida en la Ecn. 3 se puede transponer como:
Ecn. 4
donde “w” es la tasa de sedimentación medida en cm a-1
y “r” es la tasa de sedimentación
medida en g cm-2
a-1
.
Esto implica que los valores de la concentración de 210
Pbexc en las diferentes capas del
núcleo de sedimento, Ci, variarán exponencialmente con la profundidad (zi) o con
cualquier espesor másico (mi) de acuerdo con las siguientes expresiones:
Ecn. 5
o
Ecn. 6
17
1.3.1.2.3 Modelo de flujo constante (CF).
El modelo de Flujo Constante (Constant Flux, CF), es más conocido como
modelo de tasa constante de suministro (Constant Rate of Supply CR). En este modelo la
hipótesis fundamental es que el flujo de 210
Pbexc al sedimento de la superficie es
constante, o sea f (i) = dA/dt = k e independiente de la tasa de sedimentación, que puede
ser variable.
Si utilizamos las ecuaciones 3, 4 y 6 para la capa (i)
Ecn. 7
Podemos transponer esta ecuación para obtener,
Ecn. 8
El inventario total de 210
Pbexc en un núcleo de sedimento es el balance entre el
flujo de 210
Pbexc y su desintegración radiactiva. Si el flujo es constante se establece un
equilibrio entre la cantidad de 210
Pbexc aportada y la que se pierde por desintegración
radiactiva, por lo que el inventario total del núcleo cumple I = A (0) = constante. Con un
razonamiento similar podemos concluir que la actividad acumulada por unidad de área
por debajo de una capa (i) en el momento de su formación, es decir cuando esta capa era
la superficie del núcleo de sedimento, también es constante . Por lo
tanto se puede llegar a la expresión siguiente:
18
Ecn. 9
Y por tanto la edad de la capa (i) se obtiene como:
Ecn. 10
Por este motivo es imprescindible conocer el inventario total A (0). En los casos en que
esto no es posible (normalmente cuando el perfil de 210
Pb no llega al valor base), existen
algunas estrategias para calcular el inventario complementario, para lo cual es necesario
que se haya conservado y preservado la capa superficial del núcleo.
Asumiendo que el perfil de concentraciones C (i) es una función continua,
podemos obtener la actividad acumulada por unidad de área mediante integración:
Ecn. 9
Reescribiendo y usando la ecn. 3:
Ecn. 10
y de la Ecn. 7 se identifica el inventario con I= A (0) =
por lo que el flujo de
210Pbexc al
sedimento es:
Ecn 11.
19
entonces la tasa de sedimentación podrá ser calculada a través de:
Ecn. 12
1.3.2 Método del 137
Cs.
El 137
Cs, con una semivida de 30.3 años, es un producto secundario del uso de la
energía nuclear. Su presencia en el ambiente se relaciona directamente con las pruebas
de armas nucleares en la atmósfera y con grandes accidentes. Su producción inició de
manera global alrededor de 1952 y llego a un máximo entre 1963 y 1964. A partir de
este momento comienza a disminuir hasta nuestros días, con pequeños incrementos
debido a pruebas atmosféricas realizadas en China y Francia y el accidente de Chernóbil.
En la actualidad se produce en proporciones mayores del 6% en la reacciones de fisión
del 325
U y 239
Pu en los reactores nucleares y constituye uno de los contaminantes
radiactivos de mayor impacto radiológico. Bajo condiciones ideales el perfil del 137
Cs
imitaría esta producción (Garcia Agudo 1998).
El 137
Cs inyectado a la estratosfera desciende a la troposfera principalmente en las
latitudes medias y polares (Garcia Agudo 1998). Posteriormente, precipita, en forma
húmeda y seca, sobre la superficie terrestre. A los lagos y presas, el 137
Cs llega por
precipitación directa sobre el espejo de agua y a través de la escorrentía de la cuenca, la
cual erosiona y transporta las partículas de suelo contaminado. Así, en la columna de
20
agua, las partículas con 137
Cs deberían decantar siguiendo un patrón de distribución
similar a la precipitación radiactiva.
La medida de la concentración de 137
Cs en el sedimento puede ser realizada mediante la
espectrometría gamma, técnica no destructiva que al determinar simultáneamente todo el
contenido radiológico de la muestra facilita además información sobre las condiciones
físicas y químicas del ambiente sedimentario(Ritchie and McHenry 1990; Walling and
He 1992; Reinikainen, Meriläinen et al. 1997; Walling and He 1997; Garcia Agudo 1998;
Benoit and Rozan 2001; Alonso-Hernandez, Diaz-Asencio et al. 2002; San Miguel,
Bolívar et al. 2004; Ruiz-Fernández, Páez-Osuna et al. 2005; Alonso-Hernandez, Diaz-
Asencio et al. 2006; Arnaud, Magand et al. 2006; Ruiz-Fernández, Hillaire-Marcel et al.
2007; Simms, Woodroffe et al. 2008).
En general son numerosos los estudios donde ha sido empleada con éxito la técnica
radiométrica 210
Pb - 137
Cs para la reconstrucción de procesos de contaminación (Ruiz-
Fernández, Páez-Osuna et al. 2004; Díaz-Asencio, Alonso-Hernández et al. 2009; Ruiz-
Fernández, Frignani et al. 2009; Arcgis 2013) así como otras aplicaciones, como conocer
el registro sedimentario de eventos extremos, como periodos de intensa o escasa de lluvia
(Alonso-Hernandez, Diaz-Asencio et al. 2006), o el impacto que generan las diversas
actividades de las obras hidráulicas en un cuerpo de agua
21
1.4 Fuentes y química del arsénico, plomo y uranio en sedimentos.
El sumidero final de elementos traza, y de muchos compuestos orgánicos tóxicos,
consiste en los sedimentos. Estos son capas de partículas minerales y orgánicas, a
menudo muy finas, que se encuentran en el fondo de los cuerpos de aguas, tales como
lagos, ríos y océanos.
1.4.1. Fuentes naturales de As, Pb y U.
La presencia y/o enriquecimiento de elementos traza en los sedimentos por
fuentes naturales se debe principalmente a la meteorización, que origina partículas de
pequeño tamaño que pueden ser fácilmente transportadas o solubilizadas y deposita en
los sedimentos los detritos de las rocas de la corteza terrestre.
1.4.1.1 Arsénico.
Se encuentra en más de 200 minerales distintos en la corteza terrestre, siendo
aproximadamente el 60% como AsO43‐ (arseniato), que se encuentra presente en todos los
suelos, y en niveles más elevados en suelos de origen sedimentario.
22
1.4.1.2 Plomo.
La principal fuente natural es el PbS (galena), un mineral de origen ígneo; por
meteorización es oxidado a sulfato (anglesita).
El Pb2+
también forma parte de feldespatos y pegmatitas por sustitución
isomórfica de K+ (138 pm), Sr
2+ (118 pm), Ba
2+(135 pm), Ca
2+(100 pm) y
Na+(102 pm).
El plomo se encuentra más enriquecido en suelos orgánicos que en los minerales.
En los minerales se acumula principalmente en las arcilla del tipo illita y
montmorillonita.
1.4.1.3 Uranio.
El uranio es un elemento radiactivo natural ampliamente distribuido en la corteza
terrestre. Está presente a nivel de trazas en una gran variedad de minerales, rocas
sedimentarias, zonas carboníferas y petrolíferas y en el agua del mar. En concentraciones
más altas se encuentra en las menas de minerales uraníferos, zonas graníticas y riolíticas.
La tabla 1.1 presenta los isotopos del uranio y la abundancia y la actividad como
se encuentran naturalmente como una mezcla de los tres isótopos 238
U, 234
U, y 235
U.
23
Tabla1.1 Actividades específicas y abundancia de los isotopos que componen el uranio natural (Bievre,
1993).
Isótopo Abundancia natural
(%)
Actividad específica Bq.mg
-1 238
U 99.2745 12.5
234U 0.00548 230
235U 0.7200 71
El elemento uranio tiene las valencias +4, +5 y +6. Los estados de oxidación más
abundantes son el +4 y +6. El estado de oxidación +4 produce sustancias insolubles,
como son los hidróxidos y la uraninita. El estado de oxidación +6 forma el ión uranilo
UO2+2
, que en general forma compuestos solubles. El uranio se puede transportar en
partículas, pero en ambientes acuosos oxidados suele estar disuelto.
1.4.2. Fuentes antropogénicas de As, Pb y U.
Para estas fuentes se tienen dos grandes clasificaciones:
a) Las fuentes primarias, que son aquéllas que se derivan de la adición de sustancias
al suelo, fundamentalmente agrícolas.
b) Las fuentes secundarias, que contaminan indirectamente el suelo por el vertido de
sustancias de desecho procedentes de industrias cercanas.
24
La tabla 1.2 muestra cuales son las fuentes tanto primarias como secundarias
principales y con cuáles elementos contribuyen al incremento de éstos en los sedimentos.
Es de destacar las elevadas concentraciones de arsénico y plomo originada por el
empleo de pesticidas, tales como arseniato de plomo, arseniato y arsenito de calcio.
Los fertilizantes fosfatados también son una fuente de estos elementos debido a
los altos niveles de estos elementos en las rocas de fosfatos.
25
Tabla 1.2 Fuentes antropogénicas primarias y secundarias.
Fuente Elementos
Fuentes primarias
Fertilizantes Cd, Pb, As
Abonos Estiércol As, Pb, Se
Pesticidas Pb, As, Hg
Aguas residuales Cd, Pb, As
Riegos Cd, Pb, Se
Minería y producción de uranio enriquecido U
Fuentes secundarias
Aerosoles de automóviles Pb
Fundiciones Pb, Cd, Sb, As, Se, In,
Hg
Incineración de basuras Pb, Cd
Minería Pb, Cd, As, Hg, U
Desgaste de neumáticos Cd
Pinturas (meteorización) Pb, Cd
Depósitos de basura Pb, Cd, As
Aerosoles Pb, As, Cd, Se
Combustión de carbón As, Se, Sb, Pb, Hg
Pilas cloro alcalinas
Producción de fosfoyeso
Hg
U
1.4.3. Perfil de los elementos traza en los sedimentos.
El estudio del comportamiento de las concentraciones en un perfil de un núcleo de
sedimento puede arrojar que los sedimentos estén o no contaminados.
26
1.4.3.1 Sedimentos no contaminados.
La variación de la concentración de un elemento traza con la profundidad no tiene
que ser precisamente similar en todas las secciones que conforman el núcleo de
sedimento.
La poca homogeneidad en el comportamiento de los elementos traza puede
deberse a los múltiples factores que afectan a la distribución, tales como la naturaleza de
la fuente natural, el contenido de materia orgánica, arcilla y minerales conteniendo Fe,
pH, topografía, etc., así como a las fuentes antropogénicas, que pueden ser intermitentes.
14.3.2 Sedimentos contaminados.
En este caso, se presenta una alta y muy marcada variabilidad en las
concentraciones de los elementos traza en el perfil del núcleo de sedimentos, y en la
mayoría de los casos esta amplia variabilidad se ve influenciada por la presencia de una
fuente secundaria que modifica el comportamiento de los perfiles.
La correlación es bastante más clara si las concentraciones más altas se
encuentran en los sedimentos superficiales que rodean al cuerpo de agua del cual se
extrajo el núcleo de sedimento.
27
De no ser de esta manera, el perfil de concentraciones estará representando la
topografía característica del punto de muestreo y deberán considerarse los factores que
han hecho que las concentraciones de los elementos traza en el núcleo de sedimento se
hayan empobrecido respecto a los sedimentos superficiales.
1.4.4. Química de los elementos pesados en suelos y sedimentos.
La química de los elementos pesados es un factor importante a considerar, porque
de ella dependerá la disponibilidad de éstos en el agua, o en componentes bióticos que
habiten. Es necesario conocer la solubilidad, las características de adsorción y desorción
con respecto a componentes del suelo tales como arcillas y materiales orgánicos. Los
cambios en la forma química originados por el cambio de pH y potencial redox del suelo
pueden modificar las concentraciones de los elementos traza en el perfil de los núcleos de
los sedimentos.
1.4.4.1 Química del Arsénico.
El As aparece en los sedimentos principalmente como arseniato, AsO4
3‐, bajo
condiciones oxidantes, que es adsorbido en arcillas, materia orgánica y óxidos
hidratados de Mn.
28
En ambientes ácidos, las principales formas de As son los arseniatos de Al y Fe
(poco solubles).
En suelos básicos, la forma principal es Ca3 (AsO
4)2.
La movilidad del arsénico en suelos se incrementa en condiciones reductoras,
debido a que aumenta la proporción de arsenito AsO3. Desafortunadamente, esta
especie es también la forma más tóxica de arsénico.
La adición de CaCO3
al suelo aumenta el pH y desplaza las formas químicas de Fe
y Al hacia el arseniato de calcio, más soluble y por tanto más móvil.
La movilidad del As también se aumenta por la alquilación que ocurre por
intermediación de bacterias que originan derivados metilados de As (III). Por otra
parte, las bacterias aceleran la oxidación de arsenito a arseniato lo que disminuiría
su movilidad.
El arsénico forma minerales tales como FeAsS (arsenopirita) y As2S
3
(oropimente) en los sedimentos.
Se observa un aumento en los niveles de As cuando los niveles de Fe también son
elevados.
La asociación a la materia orgánica es menos importante comparada con la del Pb.
29
1.4.42 Química del Plomo.
El plomo es el elemento menos móvil, con un tiempo de residencia entre los
800‐6000 años.
El PbS se oxida por la meteorización a PbSO4,
que es más soluble.
El Pb2+
puede sufrir varios procesos químicos, tales como la adsorción en arcillas,
materiales orgánicos y/u óxidos de Fe/Mn, la precipitación como compuesto
insoluble y/o formar complejos con ligandos orgánicos e inorgánicos.
Algunos compuestos insolubles de plomo son, en orden de solubilidad decreciente
(valor del KPS), los siguientes: PbSO4, PbCO
3, Pb (OH)
2, PbS, PbO.
La especie que predomine dependerá del pH, potencial redox, fuente que lo
produzca y aniones presentes.
Algunos de los compuestos de plomo encontrados en los sedimentos son PbS,
PbSO4
y PbCO3; dichos compuestos sólidos se alteran con las propiedades redox
del sedimento.
Las especies de plomo son más fuertemente adsorbidas por los óxidos hidratados
de Fe/Mn que por los compuestos orgánicos.
30
1.4.4.3 Química del Uranio.
El U se encuentra naturalmente en forma de óxidos o de sales complejas en
minerales como la pechblenda, la uraninita, la carnotita, entre otras.
Los contenidos de uranio varían en dependencia del tipo de roca. Los basaltos
oceánicos tienen alrededor de 2 mg kg-1
(25 Bq kg-1
), las areniscas tienen 0.5 mg
kg-1
(7 Bq kg-1
), los granitos 5 mg kg-1
(60 Bq kg-1
), las calizas tienen 2.2 mg kg-1
(28 Bq kg-1
), y las riolitas tienen desde 20 hasta 100 mg kg-1
(240 -1200 Bq kg-1
).
En el suelo se tiene alrededor de 1 mg kg-1
.
El contenido de U en agua dulces es muy variable, ya que la disponibilidad de los
minerales que forman el acuífero, la presencia de oxígeno, el pH y las condiciones
redox, el flujo de agua, entre otros, afectan el mismo.
La química del U está controlada por el pH, el potencial redox y la presencia de
carbonatos, fosfatos, vanadatos, fluoruros, sulfatos y silicatos.
Naturalmente el uranio aparece con valencias +2, +3, +4, +5 y +6, siendo las más
comunes +4 y +6.
.
31
1.5 Cálculo de factores de enriquecimiento, empleando aluminio como
normalizador.
El factor de enriquecimiento es una aproximación geoquímica basada en la
suposición que existe una relación lineal entre un elemento de referencia (ER) y otros
elementos. El objetivo del cálculo de este factor es identificar y cuantificar la
intervención humana en los ciclos naturales de los elementos.
Se considera que si la concentración de este elemento de referencia (ER) varía
respecto a un factor, las concentraciones de otros elementos varían también respecto al
mismo factor. Las concentraciones de elementos cambian también de acuerdo con el
cambio de granulometría u otros fenómenos naturales.
Es preferible que el elemento de referencia cumpla con algunos requisitos, que
incluyen:
Su existencia en el sedimento a elevadas concentraciones.
Encontrarse libre de contaminación de origen antropogénico.
Ser fácilmente determinable con técnicas analíticas adecuadas.
No haber sido contaminado durante la recogida de las muestras.
La normalización del elemento de referencia se evalúa normalmente por un valor
llamado factor de enriquecimiento (FE), el cual se calcula mediante la siguiente
expresión:
32
Ecn. 13
El numerador indica la proporción de la concentración del elemento examinado
en las muestras de interés y la concentración de un elemento de referencia en la misma
muestra. El denominador indica la concentración del elemento examinado en un material
o componente en estudio patrón y la concentración del elemento de referencia en la
misma muestra del material patrón. Si se está analizando el enriquecimiento de un
elemento por ejemplo en sedimentos, el material patrón debe ser obtenido de sedimentos
no alterados o al menos comunes en el entorno que se estudia.
El elemento de referencia debe cumplir que debe tener la misma matriz que las
muestras examinadas y debe estar libre de contaminación por elementos pesados de
origen antropogénico. Aluminio es un buen candidato para ser seleccionado como
elemento de referencia como normalizador en la concentración de elementos por varias
razones:
Es el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre.
La proporción de aluminio es relativamente constante en la corteza terrestre
(Turekian and Wedepohl 1961).
Se conoce que no ha sido significativamente afectado por fuentes antropogénicas.
33
Teniendo en cuenta las consideraciones anteriores, se definen valores rango a
partir de los cuales se consideran o no enriquecidos los elementos analizados. La tabla
1.3 muestra el criterio Birth para los FE con la siguiente escala.
Tabla 1.3 Escala de interpretación del factor de enriquecimiento (Idris, 2008).
FE
Comentario
< 1 Indica que no existe enriquecimiento.
81 - 3 Indica enriquecimiento menor.
3 - 5 Indica enriquecimiento moderado.
5 – 10 Indica enriquecimiento severo moderado
10 – 25 Indica enriquecimiento severo
25 – 50 Indica enriquecimiento muy severo.
>50 Indica extremo enriquecimiento severo
1.6 Estudio de Riesgo Ecológico.
Empleando algunos criterios sobre la calidad de los sedimentos se puede estimar
el riesgo ecológico que pudieran estar generando en las diferentes áreas de estudio. Los
criterios de calidad de los sedimentos (SQG por sus siglas en inglés) son valores umbral
utilizados para determinar si los sedimentos pueden suponer un riesgo para la salud
humana o los ecosistemas, y en consecuencia, es necesario tomar acciones correctoras.
La importancia de los SQG es debida a la elevada influencia de los sedimentos en
la salud de los organismos acuáticos, que pueden estar expuestos a elementos
contaminantes a través de los lechos de sedimentos. Éstos resultan ser una parte
34
importante de la protección y la gestión de los ecosistemas acuáticos, ya que se utilizan
para evaluar la relevancia toxicológica de los elementos traza ligados a sedimentos.
El desarrollo de estos SQG implica, necesariamente, una etapa de identificación y
cuantificación del riesgo potencial asociado a la presencia de contaminantes en los
sedimentos. Las metodologías de análisis de riesgo combinan información sobre los
niveles de exposición y los efectos esperados, para establecer la probabilidad de aparición
de efectos adversos o bien, en el caso inverso, para calcular el nivel máximo de uno o
varios contaminantes en el suelo ligados a un nivel de riesgo.
En este estudio los SQG empleados para cada metal fueron: el nivel umbral de
efecto (TEL) y el nivel de efecto probable (PEL).
El nivel de umbral de efecto (TEL) representa el límite superior del intervalo de
concentraciones del metal en el que no se han reportado efectos. En este rango de
concentraciones los sedimentos ligados a metales no son considerados peligrosos para
organismos acuáticos.
El nivel de efecto probable (PEL) representa el límite inferior del intervalo de
concentraciones de metales que están asociadas, normalmente o siempre, con efectos
biológicos adversos. El rango de concentraciones de metales entre los valores de estos
dos parámetros representa el rango en el cual ocasionalmente se observan efectos. Se han
definido rangos de concentraciones de los metales (mejor que valores absolutos) debido a
la variabilidad de los datos disponibles de toxicidad, para proveer una herramienta más
flexible con amplia aplicabilidad CANADIAN COUNCIL 1999
35
El establecimiento de estos rangos de concentración de metales también permite
la estimación de la probabilidad de efectos biológicos adversos. Esta probabilidad está
calculada con base a las frecuencias de distribución de los datos de toxicidad para cada
metal.
36
Capítulo 2: JUSTIFICACIÓN, HIPÓTESIS Y OBJETIVOS.
2.1 Justificación.
El estudio en las concentraciones de los elementos mayoritarios, traza y
radiactivos de dos represas de la misma cuenca hidrológica distantes entre sí nos permite
conocer las características geológicas que prevalecen en cada una de ellas, así como la
influencia que pueden ejercer los contenidos del agua de una represa sobre la otra,
avanzando en el sentido de la corriente.
Con el empleo de la técnica de datación mediante 210
Pb - 137
Cs (Appleby 2008)se
han estudiado cientos de lagos en todas las latitudes, siendo las más difíciles de aplicar en
las áreas desérticas. Con la técnica puede conocerse el comportamiento temporal de los
mencionados elementos. La comparación de concentraciones elementales en sedimentos
cuyo origen puede estar relacionado permite descubrir si tienen o no la misma
procedencia. De esta forma se establecen los comportamientos espaciales y temporales de
origen natural o artificial de los elementos.
No se ha realizado un estudio espacial de las concentraciones de elementos
mayoritarios, traza y radiactivos en sedimentos superficiales, ni tampoco ha sido
empleada ninguna técnica radiométrica que permita conocer el comportamiento temporal
en núcleos de sedimentos de las represas San Marcos ni Luis L. León. Los antecedentes
de altos contenidos de uranio en la zona de San Marcos y de arsénico en la zona de la
represa Luis L. León (referencia Gutiérrez) sugieren se establezcan las causas que
37
pudieran generar enriquecimiento de dichos contenidos en los núcleos de sedimento por
influencia de los sedimentos superficiales. Se conoce que las altas concentraciones de
uranio en el agua de la represa San Marcos se consideran producto de la erosión y/o
lixiviación de las rocas de los depósitos de uranio natural (Manuel). Por otra parte, los
altibajos de las concentraciones de uranio en el agua subterránea del Valle Chihuahua-
Sacramento se atribuyen al paleotransporte del uranio hacia esa zona (Manuel, modelo
hidrogeológico 2012). De aquí resulta de gran interés conocer si los ríos Chuvíscar y
Conchos transportan el uranio hacia la represa Luis L. León y por ende se puede producir
el posterior transporte hacia el Rio Bravo-Grande.
Se han realizado algunos estudios de este tipo principalmente en la zona centro y
sur de la República Mexicana. La figura 2.1 muestra la localización de algunos de los
reservorios o embalses que han sido analizados. Cabe resaltar que este estudio sería el
primero en realizarse en reservorios del norte del país con ambientes semiáridos.
38
Figura 2.1 Localización de reservorios analizados en México empleando la técnica del 210Pb.
Una comparación entre algunos de los puntos mostrados en la figura anterior
realizados por Hansen (Hansen 2012) concluyen que el decrecimiento en las
concentraciones de Pb en los núcleos de sedimento de Lagos después de la mitad de la
década de los 70´s pudiera ser generado a partir de la prohibición de este elemento en la
gasolina, que era la principal fuente de este elemento en el ambiente.
Por otra parte el decrecimiento en las concentraciones de As en las últimas
décadas en la Represa Intermedia lo atribuyen probablemente a un incremento en las
tasas de sedimentación y a la reducción de este elemento traza en el agua residual.
39
Además de fuentes antropogénicas, se puedo sugerir el incremento de las
concentraciones de este elemento en la represa Intermedia debido a la erupción del
volcán Chinchón o Chichonal en 1982.
Y como conclusión general todos los reservorios analizados son considerados
como herramientas de monitoreo en los cambios de las concentraciones de los elementos
y la acumulación de los mismos en los ambientes acuáticos.
2.2 Hipótesis.
La investigación de las concentraciones de los elementos mayoritarios, traza y
radiactivos de sedimentos superficiales y de los núcleos de represas, datados por la
técnica del 210
Pb - 137
Cs, permite establecer las relaciones espaciales y los posibles
periodos de cambio de las concentraciones de dichos elementos y sugerir las posibles
causas de tal variabilidad.
40
2.3 Objetivos
2.3.1 Objetivo general
Interpretar el origen de la distribución temporal y espacial de los elementos
mayoritarios, traza y radiactivos en los sedimentos de los reservorios San Marcos y Luis
L. León en el estado de Chihuahua.
2.3.2 Objetivos especificos
• Determinar las concentraciones de los elementos mayoritarios, traza y radiactivos
en sedimentos superficiales y estratificados, fechados por las técnicas
radiométricas 210
Pb, 210
Po y 137
Cs.
• Establecer factores de enriquecimiento en los elementos mayoritarios y traza,
empleando la concentración de aluminio como normalizador en los sedimentos
estudiados.
• Establecer niveles de concentración elemental natural en la subcuenca
Sacramento-Chuvíscar - bajo Conchos.
• Interpretar el origen de las concentraciones alteradas espaciales y temporales de
los diferentes elementos analizados.
41
• Establecer el riesgo potencial para la biota y la salud humana de las
concentraciones alteradas de elementos tóxicos, a través del empleo del nivel
umbral de efecto (TEL) y del nivel de efecto probable (PEL).
42
Capítulo 3: METODOLOGÍA, MATERIALES Y EQUIPO
3.1 Zona de estudio
Como se mencionó con anterioridad, la represa San Marcos ha sido ampliamente
estudiada en cuanto a material radiactivo se refiere, encontrándose que los altos niveles
observados son producto de fenómenos naturales, mientas que la represa Luis L. León no
se han levantado niveles de radiactividad y por otro lado se tiene conocimiento de la
presencia de arsénico. Para poder tener un conocimiento más amplio del comportamiento
temporal y espacial de los elementos mayoritarios, traza y radiactivos se seleccionaron
estos dos reservorios como objeto de estudio.
A continuación se presenta una breve descripción de cada uno de los reservorios
estudiados:
3.1. 1 Represa San Marcos
La represa San Marcos está localizada al oeste – noroeste, aproximadamente a 25
kilómetros de la Ciudad de Chihuahua, México. Fue construida a principios del siglo
XX. Tiene una capacidad de 4.45 millones de m3 de agua que es empleada para la
43
agricultura de la zona. La litología de sus rocas se compone principalmente de rocas
volcánicas y volcanoclásticas de diques de composición riolítica, domos de riolita
renacientes y diques de composición intermedia a básica (Ferríz 1985). También cuenta
con unos afloramientos de calizas cretácicas en el límite norte de la cuenca. Los depósitos
de uranio en la zona de San Marcos se denominan Victorino y San Marcos I, y sus
minerales han sido recientemente descritos por Reyes-Cortés, et al. (Reyes-Cortés,
Fuentes-Cobas et al. 2010). Las especies minerales encontradas en el depósito de San
Marcos I fueron: uranofano y metatyuyaminita y en Victorino I: uranofano, uraninita,
masuyita y bequerelita (Reyes-Cortés, Fuentes-Cobas et al. 2010).
3.1.2 Represa Luis L. León.
La represa Luis L. León está localizada aproximadamente a 90 kilómetros al
noreste de la ciudad de Chihuahua. Fue construida en 1968 y tiene una capacidad de
854 millones de m3. El agua de esta represa se utiliza en el criadero de peces de granja
para controlar las especies que existen, uso agrícola y doméstico. Las rocas expuestas en
la región son de piedra caliza, rocas ígneas intrusivas y volcánicas, cuyas edades oscilan
es desde el Jurásico Superior hasta el Reciente.
44
3.2. Muestreo
Para poder investigar la distribución espacial y temporal de los elementos
mayoritarios, traza y radiactivos, así como las características mineralógicas de los dos
reservorios, se tomó un núcleo de sedimentos de la represa San Marcos y dos núcleos de
sedimentos de la represa Luis L. León, uno a la entrada de la misma y otro cercano a la
salida de ésta, así como también varias muestras de sedimentos superficiales
representativos cada una de las zonas de estudio. La tabla 3.1 muestra las coordenadas
donde fueron colectadas las diferentes muestras, mientas que la figura 3.1 presenta una
imagen satelital de la localización de las dos zonas de estudios en estado de Chihuahua.
Tabla 3.1 Localización y descripción de las muestras recolectadas en este estudio.
Represa Tipo de muestra Código de la
muestra.
Localización
(Latitud, longitud).
San Marcos.
Luis L. León.
Núcleo de sedimento
Sedimento superficial.
Sedimento superficial
Sedimento superficial
Sedimento superficial
Sedimento superficial
Núcleo de sedimento
Núcleo de sedimento
Sedimento superficial.
Sedimento superficial
Sedimento superficial
Sedimento superficial
Sedimento superficial
Sedimento superficial
Sedimento superficial
NSM
SMS1
SMS2
SMS3
SMS4
SMS5
NLLLE
NLLLS
LLLS1
LLLS2
LLLS3
LLLS4
LLLS5
LLLS6
LLLS7
28.79174, -106.35683
28.77962, -106.35839
28.78555, -106.36757
28.78999, -106.36956
28.79408, -106.36915
28.79525, -106.36228
28.88401, -105.30953
28.95626, -105.29211
28.94499, -105.27856
28.91572, -105.27756
28.92618, -105.29260
28.90981, -105.30293
28.86896, -105.31165
28.94045, -105.31855
28.96748, -105.30624
45
Figura 3.1 Área de estudio, puntos de muestreo a) Represa San Marcos, b) Represa Luis L. León.
3.3 Trabajo de Laboratorio
En todos los casos los núcleos de sedimentos fueron fraccionados en secciones de
aproximadamente 2 cm, luego se llevaron a un horno y se trataron a 55ºC hasta lograr
peso constante (aproximadamente durante 48 hrs).
3.3.1 Análisis mineralógico
Las generalidades del análisis mineralógico se encuentran en el apéndice A.
A cada una de las secciones resultantes de cada núcleo de sedimentos se le
realizó la caracterización mineralógica para determinar las especies minerales, estructura,
morfología y tamaño de partículas que las conforman.
46
Para la granulometría se emplearon tamices malla 20, 50 y 100 y se consideró
como: Fracción gruesa (tamaño de partícula entre las 600 µm y 2 mm); Fracción media
(de 149 a 600 µm) y Fracción fina (de 149 a 74 µm). La descripción de la preparación de
la muestra se encuentra en el Apéndice A.1.
Al equipo y las técnicas empleadas para la caracterización mineralógica fueron:
Microscopía óptica (MO), empleando un microscopio petrográfico OLIMPUS SZH-10 y
un microscopio binocular estereográfico OLIMPUS AX-70 y se detallan en el Apéndice
A.2
Difracción de rayos x (DRX) para el análisis semicuantitativo de fases
mineralógicas, mediante un difractómetro PHILLIPS XPERT MPD equipado con una
fuente de Cu-K, ver Apéndice A.3 para mayor descripción del análisis.
El análisis morfológico y elemental semicuantitativo fue realizado en un
microscopio electrónico de barrido (MEB) JEOL JSM-5800 LV a 15 kV empleando la
técnica de espectroscopia de energía dispersiva de rayos X (EDS), ver Apéndice A.4
para más detalles.
3.3.2 Caracterización elemental
La caracterización elemental mayoritaria se llevó a cabo mediante la técnica de
meta borato de litio, ver APENDICE B.
47
La determinación de elementos traza se llevo a cabo empleando como técnica de
digestión la establecida en el método 1531 de la EPA, que aparece en el APENDICE C.
Ambos fueron medidos por espectrometría de emisión óptica con plasma acoplado
inductivamente (ICP-OES).
Los límites de detección fueron 5 g kg-1
para As y Pb, con un 67 y 73% de repetitividad
respectivamente.
3.3.3 Caracterización radiométrica
Las concentraciones de actividad de uranio natural (Unat) y 210
Po fueron
determinadas tanto por espectrometría alfa con espectrometría alfa para el NSM,
aplicando la metodología descrita los apéndices D y E respectivamente; mientras que
para los sedimentos de la represa Luis L. León se empleo la espectrometría de centelleo
líquido, obteniendo rendimientos químicos de 94% y de 89% para Unat y 210
Po
respectivamente y una concentración mínima detectable alrededor de 1 Bq kg-1
en ambos
casos, ver apéndices F y G.
Las actividades de las series naturales de uranio y torio, así como 137
Cs, 40
K
fueron determinados mediante espectrometría gamma, obteniendo eficiencias entre 67 y
84% y límites de detección menores a 0.05 Bq kg-1
ver apéndice H.
48
Se aplicó un análisis de varianza (ANOVA) entre los dos tipos de sedimentos
analizados con la finalidad de conocer si existían diferencias significativas entre ellos
para cada uno de los elementos analizados.
49
Capítulo 4: RESULTADOS Y DISCUSION
A continuación se presentan los resultados obtenidos empleando los análisis
mencionados en el capitulo anterior para las represas San Marcos y Luis L León (El
Granero).
4.1 Represa San Marcos
A continuación se muestran los resultados obtenidos para la represa San Marcos,
se comenzará con la caracterización mineralógica. Después se demuestra el fechamiento
más apropiado para cada núcleo. A continuación se presenta la distribución de los
elementos mayoritarios, traza y radiactivos y la comparación de las concentraciones de
éstos entre los sedimentos superficiales y los núcleos de sedimentos.
4.1.1 Análisis mineralógico
Como se especificó en el apartado 3.3.1, este análisis se llevo a cao empleando
diversas técnicas que se detallan a continuación.
50
4.1.1.1 Granulometría y análisis granulométrico.
El análisis de granulometría se llevó a cabo en todas las secciones que
conformaban el núcleo de sedimento de la represa San Marcos, la nomenclatura NSM-X
simboliza: N que es una muestra perteneciente al núcleo de sedimento, SM representa
que es una muestra de la represa San Marcos, y X el número de sección analizada en
orden creciente, indicando la profundidad de la misma.
La tabla 4.1 muestra los resultados del análisis granulométrico. Todas las
secciones del núcleo de sedimento están conformadas principalmente por partículas
pertenecientes a la fracción gruesa; por otra parte la fracción fina es la que se encuentra
en menor proporción, excepto para la muestra 1 (sección más cercana a la superficie),
donde las partículas de la fracción media son que se encuentran en menor porcentaje.
51
Tabla 4.1 Resultados del análisis granulométrico para cada sección del núcleo de sedimento de la represa
San Marcos, a diferente profundidad.
Muestra
Fracción
Gruesa
(%)
Fracción
Media
(%)
Fracción
Fina
(%)
NSM-1 65 15 21
NSM-3 84 13 4
NSM-5 84 12 4
NSM-7 81 14 5
NSM-9 59 24 17
NSM-11 60 25 15
NSM-13 69 19 11
NSM-15 85 10 5
NSM-17 87 8 5
NSM-19 78 13 9
NSM-21 70 19 11
El estudio petrográfico general para el núcleo de sedimento San Marcos arrojó el
siguiente análisis:
ASPECTO MEGASCÓPICO
COLOR: Café Pardo.
TEXTURA Y ESTRUCTURA: Compacta Cementada, Matriz Fina.
MINERALES OBSERVABLES: Cuarzo, Pirita.
DESCRIPCIÓN MICROSCÓPICA
TEXTURA: Granular, Detrítica.
52
MINERALOGÍA: Cuarzo, Biotita, Hematita, Sanidino.
PRIMARIOS: Cuarzo, Sanidino, Andesina, Oligoclasa.
ACCESORIOS: Biotita, Calcita.
SECUNDARIOS: Hematita.
ALTERACIÓN: Óxidos principalmente.
RELACIONES MINERALÓGICAS: Cristales y granos inequigranulares,
Cuarzos Idiomorfos.
Resultando una clasificación final que el núcleo de sedimentos corresponde a un
material sedimentario aluvial limo-arcilloso con escasos fragmentos arenáceos y material
carbonoso o bituminoso.
4.1.1.2 Microscopia óptica.
La figura 4.1 muestra las microfotografías obtenidas en el microscopio óptico
para las muestras NSM1, NSM13 y NSM 21, correspondientes a la sección más
superficial, una sección media y la sección más profunda respectivamente.
En todas las imágenes de la figura 4.1 se observa que la composición de estas
secciones del núcleo de sedimentos está conformada principalmente de grumos de
material limo-arcilloso, donde se pueden apreciar micro cristales de cuarzo en todos los
casos. En la figura NSM1a, además de estos componentes principales, se encontró
hematita (Fe2O3), mientras que para la muestra NSM1b se pueden observar componentes
de materia orgánica; esto es razonable, al ser la sección1 en el núcleo de sedimento la que
53
está más cercana a la superficie donde se presenta el proceso de descomposición de la
materia orgánica.
Figura 4.1 Micrografías obtenidas en los microscopios petrográficos de las secciones superficiales, medios y
profundos del NSM.
54
4.1.1.3 Difracción de Rayos X.
El análisis semicuantitativo de fases fue realizado para las secciones NSM-1,
NSM-12 y NSM-19 y SMS-5. La muestra superficial fue la más cercana posible al punto
donde se extrajo el núcleo de sedimento. La figura 4.2 muestra los patrones de difracción
y la tabla 4.10 la fórmula química de las fases encontradas para las muestras
mencionadas.
Figura 4.2 Patrón de difracción de rayos X en sedimentos de la represa San Marcos.
Los resultados, tanto para las tres diferentes fracciones del núcleo de sedimentos
como para la muestra de sedimento superficial, apuntan hacia una tendencia a un mismo
patrón de difracción, en que se observan las fases correspondientes al cuarzo, ortoclasa,
55
albita, moscovita, caolinita, montmorillonita y la hematita, la tabla 4.11 muestra la
composición química de estas fases. El cuarzo es la fase predominante en todas las
muestras analizadas; estos resultados concuerdan con lo encontrado en el análisis
petrográfico en las imágenes de microscopía óptica.
.
4.1.1.4 Microscopia electrónica de barrido.
Se realizaron análisis de morfología mediante Microscopia Electrónica de Barrido
(SEM) y análisis elemental semicuantitativo por Espectroscopía de rayos X de Energía
Dispersiva (EDS) a las fracciones en que se realizó el análisis granulométrico, es decir,
para las muestras NSM1, NSM13 y NSM21.
La tabla 4.2 presenta los resultados del promedio del análisis elemental
semicuantitativo realizado a las secciones m1, m5 y m11, en las fracciones fina, media y
gruesa en 3 diferentes puntos de la muestra preparara para el análisis.
En dicha tabla se observa que el elemento mayoritario en las 3 diferentes muestras
es el silicio, además de que la composición en porciento en peso es similar en las tres
diferentes secciones del núcleo de sedimento. Con ello tanto los resultados del análisis
petrográfico y como por difracción de rayos x quedan comprobados con este análisis,
concluyéndose que prácticamente la mineralogía del núcleo de sedimento se conserva a
lo largo de este.
56
Tabla 4.2 Resultados del análisis de espectroscopia de energía dispersiva de rayos X (EDS) para las
secciones NSM1, NSM13 y NSM21 del núcleo de sedimento San Marcos en % en peso.
Elemento NSM1 NSM9 NSM20
C 14 18 20
O 17 16 17
Na 1 1 1
Mg 1 1 1
Al 14 13 12
Si 40 38 36
K 6 5 6
Ca 1 1 1
Fe 6 6 6
En lo que respecta a la morfología de las partículas que conforman cada una de
las fracciones en que fueron divididas las tres secciones del núcleo de sedimento, se
puede observar en la Figura 4.3 que las partículas que conforman la fracción gruesa son
de aproximadamente 1 mm, para la fracción media en tamaño esta alrededor de las 200
µm y en la fracción fina se tienen partículas grandes de aproximadamente 50 µm
(NSM20 F) y menores a este tamaño.
57
Figura 4.3 Micrografías de MEB a 90x para el núcleo de sedimento de la represa San Marcos.
Con el analisis elemental semicuantitavo por EDS y las primeras micrografías
tomadas en el SEM a 90X se observó que la formacion de cada una de las fracciones esta
compuesta de aglomerados de particulas finas (del orden de los nanometros a
aproximadamente a 5µm). La Figura 4.4 puede corroborar esta observación, donde los
conglomerados tienen una morfología homogénea cuando se incrementan los aumentos
de 90 a 3000X.
58
Figura 4.4 Micrografías de MEB a 3000x para el núcleo de sedimento de la represa San Marcos en las
fracciones gruesas (G), media (M) y fina (F).
4.1.2 Datación
El intervalo de concentración de actividad para la fracción de 210
Pbtot fue de 84 a
313 Bq kg−1
, y para la fracción de 210
Pbexc de 60 a 275 Bq kg
−1. La actividad de
210Pbexc fue obtenida por la diferencia entre estas dos fracciones como los establece el
método de fechado por 210
Pb.
59
La datación se llevo a cabo empleando los tres modelos definidos en la sección
1.3.1.2. La Figura 4.5(a) representa el perfil 210
Pbexc en el núcleo de sedimento y puede
observarse que este tiene un comportamiento con tendencia decreciente, con algunas
excepciones en las secciones NSM-9, NSM-19, NSM-22, por lo cual era de esperarse
que el método más adecuado para llevar a cabo la datación fueran el Método de Flujo
Constante (FC). La tabla 4.3 presenta la datación obtenida aplicando los tres modelos
detallados en el apartado 1.2.1.2 y corrobora lo anteriormente expuesto; en ella se
verifica tanto para el modelo de la Concentración Inicial Constante como el de flujo de
210Pb en exceso y velocidad de sedimentación constante (FSC), que al corroborar con la
técnica de las concentraciones de actividad del 137
Cs, las edades no corresponden a los
eventos bien establecidos donde este radionúclido ha tenido los niveles máximos de
actividad en el ambiente. Además, esos modelos arrojan mayor incertidumbre a cada
edad calculada. Mientras, para el Modelo de Flujo Constante (MFC) la edad que
corresponde al año de 1986 concuerda con el nivel máximo de actividad de 137
Cs
producto del accidente de Chernóbil y puede ser observado gráficamente en la Figura
4.5 (b). En consecuencia, los resultados de fechamiento de este último método son los
adoptados para analizar el perfil temporal de elementos mayoritarios, traza y
radiactivos.
El flujo de 210
Pbexc incorporado al sedimento obtenido fue de 26 Bq año-1
, este valor es
del orden de magnitud a los reportado en estudios en ambientes desérticos de 20 – 23
Bq año-1
, donde las escasas precipitaciones pluviales es el factor principal para que este
60
valor se encuentre muy por debajo a los flujos encontrados en ambientes donde se
presenta mayor precipitación (Appleby 2008; Appleby 2013).
Figura 4.5 Perfil de actividades de 210Poexc, 137Cs y tasa de sedimentación en NSM.
La tasa de sedimentación fue calculada empleado la Ecn 12 y muestra un perfil
muy variable. Estos resultados fueron comparados con los datos de lluvia para esta
región (ver apéndice I) y se encontró una alta correlación (r = 0.89). Así entonces, bajos
valores de tasa de sedimentación corresponden a periodos de sequía y altos valores de
tasas de sedimentación se asocian con periodos lluviosos.
61
Tabla 4.3 Datación obtenida para el núcleo de San Marcos aplicando tres diferentes modelos.
Modelo CA Modelo FSC Modelo FC 137
Cs
Bq kg-1
2007 ± 2.1 2007 ± 6.2 2006 ± 2.9 8.2
2007 ± 1.3 2003 ± 3.3 2005 ± 2.8 9.3
2002 ± 2.6 1999 ± 6.8 2001 ± 2.9 11.5
1999 ± 2.5 1999 ± 5.8 2000 ± 2.9 10.3
1998 ± 2.6 1998 ± 5.9 1996 ± 3.0 10.7
1998 ± 3.6 1994 ± 8.1 1995 ± 3.0 9.7
1996 ± 2.6 1991 ± 5.2 1992 ± 3.0 12
1993 ± 2.4 1990 ± 6.1 1990 ± 3.0 11.3
1993 ± 3.4 1990 ± 6.6 1986 ± 3.1 25.3
1990 ± 3.7 1984 ± 5.2 1985 ± 3.1 8.2
1984 ± 3.5 1980 ± 4.8 1980 ± 3.1 14.1
1980 ± 3.7 1978 ± 4.4 1979 ± 3.1 13.3
1978 ± 3.6 1977 ± 5.7 1975 ± 3.1 15.6
1977 ± 4.8 1975 ± 3.6 1973 ± 3.1 13.8
1975 ± 3.3 1971 ± 4.6 1970 ± 3.1 14.7
1971 ± 3.6 1972 ± 4.3 1969 ± 3.2 14.5
1972 ± 4.1 1967 ± 4.8 1964 ± 3.2 17.3
1967 ± 5.5 1963 ± 5.3 1963 ± 3.2 16
1963 ± 6.2 1963 ± 5.8 1956 ± 3.2 16.3
1963 ± 7.6 1960 ± 5.9 1955 ± 3.2 21.8
1960 ± 8.4 1957 ± 4.7 1954 ± 3.2 16.7
1957 ± 7.4 1958 ± 4.4 1953 ± 3.2 12.7
62
4.1.3 Elementos mayoritarios
Las concentraciones de elementos mayoritarios (Tabla 4.4) en el núcleo de sedimento
San Marcos decrecen en el siguiente orden Si Al K Fe Na Ca Mg Mn
respectivamente; ninguno de los valores de las concentraciones de estos elementos
estuvieron por encima de los valores de referencia establecidos (Taylor and McLennan
2003). Los perfiles de variación de las concentraciones fueron significantes ( 15%) para
Mg y Fe, sugiriendo un posible incremento en la fase de montmorillonita y hematita que
representan respectivamente la fase de estos elementos. A excepción del K ninguno de
los elementos mayoritarios analizados sobrepasan los niveles de referencia establecidos
por Taylor (Taylor and McLennan 2003) figura 4.6, encontrándose EF entre 1.4 y 2.4
sugiriendo la presencia de feldespatos potásicos en una menor cantidad que las fases
obtenidas en DRX Figura 4.2.
63
Tabla 4.4 Media, desviación estándar, rango y coeficiente de variación de las concentraciones de elementos
mayoritarios (%) en el núcleo de sedimentos y en los sedimentos superficiales de la represa San Marcos. También se
muestran el Factor de enriquecimiento (FE), el nivel umbral de efecto (TEL) y el nivel de efecto probable (PEL).
Si Fe K Mg Mn Ca Na
NSM (n=11)
Media 23.7 2.7 3 0.4 0.1 0.4 0.6
DS 2.1 0.5 0.4 0.1 0 0.1 0.1
Rango 19.9 - 26.8 2 - 3.4 2 - 3.2 0.2 - 0.6 0.05 - 0.09 0.28 - 0.54 0.49 - 0.64
CV (%) 8.7 17 14.8 27.6 14.4 14.2 10.3
FE 0.5 - 0.9 0.7 - 1.1 1.4 - 2.4 0.2 - 0.4 0.9 - 1.5 0.1 - 0.3 0.4
SSM (n=7)
Media 55.1 4.1 2.2 1.6 0.1 0.8 0.3
DS 4.7 0.7 0.4 0.2 0 0.3 0.1
Rango 49.1 - 60.6 3.4 - 4.8 1.7 - 2.7 1.3 - 1.7 0 - 0.1 0.5 - 1.3 0.2 - 0.3
CV (%) 8.4 16 19 10.7 0.1 38.2 21.1
FE 0.9 - 1.5 1.1 - 1.2 1.0 - 1.1 0.7 - 1.0 0.8 - 1.6 0.2 - 0.4 0.1
CNR 66.6 5 2.8 2.5 0.1 3.6 3.3
TEL n.a. n.a. n.a. n.a. n.a. n.a. n.a.
PEL n.a. n.a. n.a. n.a. n.a. n.a. n.a.
Los resultados de los elementos mayoritarios corroboran los resultados obtenidos
tanto por DRX, SEM y petrografía, donde se llega a la conclusión de que el núcleo de
sedimento del área de San Marcos está compuesto principalmente de silicatos, ya que
estos elementos corresponde con las fases encontradas por DRX.
Un análisis de comparación ANOVA entres las concentraciones obtenidas para el
núcleo de sedimentos y los sedimentos superficiales arroja que existen diferencias
significativas entre éstos, excepto para la concentración de Mn (Tabla 4.5).
64
Las concentraciones de K y Na fueron mayores en el núcleo de sedimento que en
los sedimentos superficiales, mientras que para las concentraciones de Si, Al, Fe, Mg, y
Ca se observó lo contrario. Estas diferencias se atribuyen a la topografía y petrografía
alrededor de la represa San Marcos.
El origen de la composición de los sedimentos debe ser proporcionado por la
erosión de rocas de los alrededores del vaso este en la represa, cerca a la cortina de la
misma, donde se han encontrado rocas de dos diferentes unidades estratigráficas ( Reyes
Cortés 2009).
Tabla 4.5 Resultados del análisis ANOVA en los sedimentos de la represa San Marcos.
Si Al Fe K Mg Mn Ca Na As Pb U 232
Th 238
U 226
Ra 40
K 137
Cs
NSM B B B A B A B A A A A B B B B B
SMS A A A B A A A B B B B A A A A A
65
Figura 4.6 Perfil de las concentraciones de elementos mayoritarios en NSM.
4.1.4 Elementos traza.
La concentración de As, Cd, Co, Cr, Ni, Pb, Sr, Zn y U fueron obtenidas por ICP-
OES y sus factores de enriquecimiento fueron calculados empleando la Ecn. 13. Los
resultados totales se presentan en el apéndice J y en la Tabla 4.6 sólo se presentan los de
As, Pb y U, que son los que muestran altos EF. Los valores de concentraciones para As y
Pb en sedimentos superficiales fueron menores que las encontradas en el núcleo de
sedimento, y por ende presentaron un EF menor. Esta característica sugiere las siguientes
alternativas: 1) El As y el Pb están siendo acumulados en el fondo de la represa, o, 2) la
66
litología del sitio donde se extrajo el núcleo de sedimento no conserva las características
de la litología de los alrededores de la represa. El coeficiente de variación de As, Pb y U
es más alto en los sedimentos superficiales que en núcleo de sedimento (Tabla 4.6 y
Figura 4.7), sugiriendo que los factores de erosión que los movilizan son la principal
causa de dicha variación.
El perfil de As, Pb y U en NSM Figura 4.7 con coeficiente de variación de 24.9,
25 y 23.8 respectivamente (Tabla 4.6), sugieren que estos elementos tienen
comportamiento similar en el NSM.
Los resultados de la muestra NSM-6 se consideraron outliers debido a la
diferencia de las concentraciones de estos elementos respecto a las demás secciones.
Figura 4.7 Perfil de las concentraciones de elementos traza en NSM.
67
Tabla 4.6 Media, desviación estándar, rango y coeficiente de variación de las concentraciones de elementos traza (mg
Kg-1) en el núcleo de sedimentos y en los sedimentos superficiales de la represa San Marcos. También se muestran el
Factor de enriquecimiento (FE), el nivel umbral de efecto (TEL) y el nivel de efecto probable (PEL).
As Pb U
NSM (n=11)
Media 23.7 57.2 91.4
DS 5.9 14.3 21.8
Rango 15.4 - 32.2 39.5 - 83.3 55.8 - 122.6
CV (%) 24.9 25 23.8
FE 5.3 – 12 4.1 - 9.1 3.4 6.3
SSM (n=7) Media 2.8 14.2 72.3
DS 1.2 2.4 5.5
Rango 1.9 - 4.8 11.5 - 17.3 62.7 - 75.6
CV (%) 43.3 17.2 7.6
FE 0.5 - 1.7 0.9 - 1.7 31.7 - 45.1
CNR 4.8 17 2.7
TEL 5.9 35.8 n.a.
PEL 17 91.3 n.a.
Los valores de EF para Pb (4.1 - 9.1) corresponden a un enriquecimiento
moderado, para As, (5.3 – 11.9) se considera un EF como enriquecimiento moderado a
severo y para U (36.2 – 76.3) los valores EF reflejan un enriquecimiento severo (Tabla
4.6). Estos valores sugieren lo siguiente: a) que la concentración de estos elementos se
deben a las características naturales de las rocas que conforman la zona, y/o b) son
producto de la erosión de los depósitos uraníferos localizados en el área de San Marcos.
Por ejemplo, el Pb fue encontrado en las rocas del depósito de uranio Victorino
como masuyita Pb(UO2)3O3(OH)2·3(H2O) (Reyes-Cortés, Fuentes-Cobas et al. 2010), y
además ha sido reportado con valores promedio de 14.5 mg·kg-1
para sedimentos
suspendidos en el agua de la represa (Salway and Wakefield 2008).
68
La concentración de As en la columna de agua de la represa San Marcos es
probablemente un factor importante que contribuye a la presencia de éste en núcleo de
sedimentos. La ocurrencia natural de As en el ambiente del desierto de Chihuahua y en
el de los Estados Unidos han sido atribuidos a una serie de condiciones geológicas más
que a un tipo particular de formación geológica (Welch, Lico et al. 1988). Estas
condiciones son consistentes de uno o más sedimentos lacustres. El As proviene de
depósitos minerales y rocas volcánicas, y puede estar asociado con manantiales fríos o
calientes relacionados con actividad volcánica (Welch, Lico et al. 1988).
Las rocas que contienen As son una fuente importante de este elemento en el
desierto de Chihuahua (Horowitz, Mordechai et al. 1974; Flores-Tavizón, Alarcón-
Herrera et al. 2003; Fierro, Muñiz et al. 2009) y contribuye en gran medida al contenido
de As en el agua subterránea, donde se sabe que el agua subterránea en Chihuahua tiene
alto contenido de este elemento.
La tabla 4.5 muestra que se encontraron diferencias significativas en las
concentraciones de U entre el NSM y los sedimentos superficiales; siendo las
concentraciones de uranio en el núcleo de sedimentos menores que las de los sedimentos
superficiales.
Las altas concentraciones de U encontradas en SMS-2, SMS-3 and SMS-4 (Tabla
AJ.1, ver apéndice J) podrían ser explicadas por la localización de los puntos de
muestreo, ya que se encuentran más cercanos a los depósitos de uranio de Victorino y
San Marcos I que los demás. Estudios preliminares para U alrededor de la represa han
69
reportados concentraciones entre 6 y 8 mg kg-1
, mientras que para las rocas y
sedimentos cercanos al depósito de Victorino entre 60 y 70 mg kg-1
. Los análisis previos
(Reyes-Cortés, Fuentes-Cobas et al. 2010) han encontrado algunos minerales de U como
uraninita (UO2+x), metatyuyamunita (Ca(UO2)2(V2O8)·3(H2O)), uranofano
(Ca(UO2)2Si2O7·6(H2O)), y becquerelita (Ca(UO2)6O4(OH)6 ·8(H2O)).
La correlación entre las concentraciones de U y As y Pb (r = 0.839 y 0.845,
respectivamente) en las secciones del núcleo de sedimentos, sugieren que a diferentes
tiempos la naturaleza de la roca del área conserva sus características. La concentración
de elementos traza en el núcleo de sedimentos es independiente de la edad de las
secciones que lo conforman, y con ello su contenido es independiente de los factores
climáticos, fenómeno totalmente diferente a lo observado para la tasa de sedimentación.
Las concentraciones de As y Pb en las secciones del núcleo de sedimento
corresponden a su origen volcánico, que afecta generalmente su concentración en la
columna de agua de la represa. Sus valores promedio pueden ser considerados como
valor base para el ambiente volcánico del estado de Chihuahua.
Por otra parte, la ocurrencia de uranio en el núcleo de sedimentos corresponde al
U contenido en la columna de agua, que probablemente es consecuencia del manantial,
cercano al punto donde se extrajo el núcleo de sedimentos, que emerge en el fondo de la
represa (Burillo Montufar, Reyes Cortés et al. 2012).
70
4.1.5 Elementos radiactivos.
Las concentraciones de actividad (CA) en los sedimentos superficiales fueron
mayores que en el núcleo de sedimento. Los valores de concentración promedio para
40K,
228Ra,
226Ra y
238U AC en los sedimentos superficiales fueron 1164, 377, 856 y
893.5 Bq kg-1
respectivamente; estos resultados son similares a los encontrados en la roca
madre, reportados en estudios anteriores para esta el área San Marcos – Victorino (Reyes
Cortés 2009) y que corresponde a la localización de los puntos de muestro de los
sedimentos superficiales Figura J.1 apéndice J
Por el contrario, las CAs en el núcleo de sedimento fueron menores a estos
valores. Estos resultados sugieren que la adsorción en el núcleo de sedimentos
corresponde a las características de la columna de agua, proporcionadas en gran parte por
el manantial localizado en el fondo del reservorio, cercano al punto donde el núcleo de
sedimento fue extraído.
Las CAs, tanto en sedimentos superficiales como en el núcleo de sedimentos, son
mayores a los valores de referencia para la corteza terrestre señalados por el Comité
Científico de las Naciones Unidas para los Efectos de la Radiación Atómica (UNSCEAR,
por sus siglas en inglés) (UNSCEAR. 2000), que son 35, 35, 30 y 400 Bq kg-1
para
226Ra,
238U,
232Th y
40K, respectivamente. En el núcleo de sedimento el contenido de
234U
y 238
U mostraron una distribución prácticamente constantes (coeficiente de variación
=10%) Figura 4.8. Las CAs de 40
K, 228
Ra (232
Th) y 226
Ra en el perfil del núcleo de
sedimento mostraron un coeficiente de variación >20% Figura 4.8. La CA de 40
K
71
muestra un comportamiento creciente con la profundidad, encontrándose la mayor CA en
el fondo del núcleo de sedimento.
Tabla 4.7 Media, desviación estándar, rango y coeficiente de variación de las CAs de elementos radiactivos (Bq kg-1)
en el núcleo de sedimento y en los sedimentos superficiales de la represa San Marcos.
238
U 234
U 228
Ra 226
Ra 40
K
NSM (n=11)
Media 93.2 112.66 145.8
82.1
949.4
DS 9.5 10.6 28.9 15.6 169.1
Rango 78.7 – 106.7 99.5 – 125.9 106.9 – 210.6 57.0 – 104.8 749.9 – 1257.6
CV (%) 10.2 9.4 19.8 19.0 17.8
SSM (n=7)
Media
376.8 856.1 1163.7
DS
64.1 61.4 23.4
Rango
321.3 – 501.9 738.2 – 897.6 1123.8 – 1186
CV (%) 7.6 9.1 17 7.2 2.01
Figura 4.8 Perfil de las CAs de elementos radiactivos en NSM.
72
La concentración de actividad de 228
Ra (232
Th) mostró una variabilidad en el
perfil debido a los valores de altas concentraciones de actividad encontradas en la última
sección; si se consideraran estos valores como outliers, el comportamiento de
228Ra (
232Th) sería casi constante con la profundidad. En ese caso podría ser explicado
por la baja solubilidad de la thorianita (ThO2) y la fuerte adsorción del Th en los
sedimentos.
Las CAs para el 226
Ra muestran un comportamiento no monótono en el núcleo de
sedimento. Los valores de CAs de 226
Ra divide al núcleo de sedimentos en dos grupos
principales, uno con CAs entre 83 y105 Bq kg-1
, y otro con las secciones más profundas
con CAs entre 57 y 71 Bq kg-1
. Esta tendencia podría deberse a que en las secciones
profundas prevalecen condiciones de reducción donde el 226
Ra es más soluble y
correspondientemente, que en las secciones superficiales podrían encontrarse condiciones
de oxidación.
Las relaciones de actividad isotópicas (RA) de las series de uranio natural
contribuyen al análisis del desequilibrio y pueden revelar la relación entre factores tales
como intemperismo y adsorción (Levy 2011).
Los valores de la RA 234
U/238
U en el núcleo de sedimento estuvieron entre 1.1 y
1.4 con un promedio de 1.2 (Tabla 4.8); estos valores se encuentran muy cercanos al
equilibrio.
Los valores mayores de RA en el núcleo de sedimentos se encontraron en las
secciones cercanos a la interface con el agua. Esta observación es consistente con los
valores reportados para el agua de la represa (Rentería Villalobos, Montero Cabrera et al.
2007), en un muestreo del año 2005, donde se observó un muy bajo en el nivel de agua
73
de la represa y donde la mayoría del agua proporcionada a la represa probablemente fue
proporcionada por el manantial mencionado anteriormente.
Tabla 4.8 Media, desviación estándar, rango y coeficiente de variación de las RAs en el núcleo de sedimento
de la represa San Marcos.
228Ra(
232Th)/
238U
238U/
226Ra
228Ra/
226Ra
234U/
238U
NSM (n=11)
Media 1.4 1.2 1.7 1.2
DS 0.2 0.3 0.5 0.1
Rango 1.1 – 1.8 0.8 - 1.7 1.2 – 2.7 1.1 - 1.4
CV (%) 14.3 24 30.2 6.5
Las series de los isotopos 238
U y 232
Th ocurren generalmente en la naturaleza; la
relación másica de 232
Th/238
U es alrededor de 3.5 en todos los sistemas naturales
(Ivanovich and Harmon 1992). El valor promedio de la relación isotópica de actividades
entre estos isótopos es de 1.2 en la corteza terrestre (Porcelli and Swarzenski 2003). La
relación isotópica promedio (RA) de 228
Ra (232
Th) /238
U en el núcleo de sedimento fue
mayor a 1.2. Los valores de la relación isotópica de actividades de 238
U/226
Ra mostraron
desequilibrio (AR ≠1) en la cadena de desintegración del 238
U y la fracción primera y en
las cuatro más profundas en el núcleo de sedimento, con valores entre 1.3 y 1.7. Este
comportamiento se puede explicar por las diferencias en la movilidad del radio y del
uranio (O'Reilly, León Vintró et al. 2011) .
74
La relación isotópica 228
Ra (232
Th) /226
Ra en el núcleo de sedimento fue de 1.7,
superando al valor promedio de 1.1 característico en la mayoría de las muestras
ambientales, reportado por (Evans 1997). Usualmente esta relación se aplica en los
análisis de la conservación de la proporción entre las series de decaimiento del 232
Th y
del 238
U, por ende para este núcleo de sedimento no se conserva esta proporción regular.
4.2 Represa Luis L. León.
En este apartado se muestran los resultados obtenidos para la represa Luis L.
León. Al igual que en el caso de los resultados de la represa San Marcos se comenzará
con la caracterización mineralógica, luego la selección del modelo de fechamiento más
apropiado para cada núcleo. Después se procederá a estudiar la distribución de los
elementos mayoritarios, traza y radiactivos. Por último, se realizará la comparación de las
concentraciones de estos elementos entre los sedimentos superficiales y los núcleos de
sedimentos, y la discusión correspondiente.
4.2.1 Análisis mineralógico
Las conclusiones parciales que se muestran en este apartado son las deducciones
obtenidas a partir de los resultados de las técnicas mencionadas en el apartado 3.3.1
75
4.2.1.1Granulometría y análisis petrográfico.
La tabla 4.9 muestra los resultados de granulometría para todas las secciones,
tanto del NLLLE como para el NLLLS.
Tabla 4.9 Resultados del análisis granulométrico para cada sección a diferente profundidad en los núcleos de
sedimento de la represa Luis L. León.
Muestra
Fracción
gruesa
(%)
Fracción
media
(%)
Fracción
fina
(%)
NLLLE-1 0.9 1.1 98
NLLLE-3 0.7 1.0 98.3
NLLLE-5 0 0.2 99.8
NLLLE-7 36.2 4.9 58.9
NLLLE-9 12.7 21.1 66.2
NLLLE-11 29.1 19.5 51.4
NLLLE-13 4.8 14.7 80.5
NLLLE-15 3.5 8.3 88.2
NLLLE-17 0 3.7 96.3
NLLLE-19 1 1.6 97.4
NLLLS-1 0.3 0.5 99.2
NLLLS-3 15.7 2.3 82
NLLLS-5 0.4 0.5 99.1
NLLLS-7 0.6 1.3 98.1
NLLLS-9 2.4 1.6 96
NLLLS-11 2.9 2.6 94.5
NLLLS-13 0.7 0.8 98.5
NLLLS-15 21.7 6.9 71.4
NLLLS-17 10.3 23.4 66.3
NLLLS-19 17.6 21.6 60.8
NLLLS-20 13.8 22.8 63.4
76
El análisis petrográfico se realizó solo a tres secciones de cada núcleo (al inicio, a
la mitad y al final de los mismos), los resultados para cada una de ellas son los siguientes:
NLLLE-1: Material arcilloso con presencia de calcita micro cristalina
Hematita - limolita, material orgánico carbonoso, granos de tamaño fino, menor a
10 micras.
NLLLE-12: Material arcilloso con presencia de calcita micro cristalina, hematita-
limolita, material orgánico carbonoso, granos de tamaño fino, menor a 10 micras y
presencia de Clorita
NLLLE-20: Calcita y algunos cristales de piroxeno, cuya una de sus variantes
más comunes es el calcio.
NLLLS-1: Calcita recristalizada, arcilla hematizada, cristal de FeMg englobado
con arcilla (puede ser illita por la cantidad de Fierro).
NLLLS-11: Óxido de Fierro, granos de Calcita y granos de arcilla hematizada.
NLLL-19: Aproximadamente 70% Calcita y 30% Arcilla.
77
Se observa que ambos casos que las secciones de los núcleos de sedimentos están
formadas en su mayoría por partículas pertenecientes a la fracción fina y muy poco
material de la fracción gruesa; el material de estos núcleos es un material más fino que el
encontrado en la represa San Marcos. En este análisis resalta la presencia de calcita en
todas las secciones analizadas, y una menor aparición de cristales de cuarzo; estas
características fueron el inverso de lo que se encontró en el núcleo de la represa San
Marcos.
4.2.1.2 Microscopia óptica.
La figura 4.9 muestra las imágenes tomadas el microscopio óptico para las diferentes
secciones de los núcleos de sedimento de la represa Luis L. León, a) representan
secciones de NLLLE y b) NLLLS, donde se pueden observar mas cristales de cuarzo en
el NLLLS y para NLLLE mas de calcita, sugiriendo que las concentraciones de calcio
son mayores en este núcleo de sedimento.
78
4.2.1.3 Difracción de Rayos X.
Las figuras 4.10 y 4.11 muestran los patrones de difracción de rayos x para tres
secciones de cada uno de los núcleos de sedimentos NLLLE y NLLLS respectivamente,
comparándolas con un sedimento superficial cercano a los mismos.
Estos patrones confirman lo encontrado parcialmente en las imágenes de
microscopia óptica y concuerda con el análisis petrográfico en la evidente aparición de la
fase de la calcita, que los hace diferentes al núcleo de sedimento de la represa San
Figura 4.9 Micrografías obtenidas en el microscopio petrográfico de las secciones superficial,
media y profunda del NLLLE(a) y NLLLS (b).
79
Marcos. Además de esta marcada diferencia, también se hace presente más intensamente
la fase correspondiente a los feldespatos, y de hidrocalcita.
Figura 4.10 Patrón de difracción de rayos X en las secciones del NLLLE.
La figura 4.10 muestra que para la intensidad del pico principal de la calcita,
ubicado casi a los 30 grados, fue mayor para el sedimento superficial que para las
secciones de NLLLE (aproximadamente 7100 cuentas en la amplitud del pico más
intenso), por otro lado, se observa la ausencia de la fase de la montmorillonita (alrededor
de los 5 grados) en el sedimento superficial.
80
Figura 4.11 Patrón de difracción de rayos X en las secciones del NLLLS.
La figura 4.11 muestra los patrones de difracción de rayos X que comparan al NLLLS y
un sedimento superficial cercano a él. En comparación con la figura 4.10 se observa que
en este caso el pico más intenso es el correspondiente a la fase del cuarzo, la fase
correspondiente a la calcita fue más intensa en las secciones de NLLLS
(aproximadamente 8000 cuentas en la amplitud del pico más intenso en todos los casos)
que para el sedimento superficial, caso contrario a lo ocurrido con el NLLLE.
Por otro lado, puede identificarse un pico sobresaliente (alrededor de los 11
grados), correspondiente a la fase albita (cuya composición tiene más de 90% de sodio
81
que calcio y potasio juntos) en el sedimento superficial, que no se presenta en ninguna de
las secciones analizadas del NLLLS, lo que sugeriría encontrarse una diferencia
significativa de sodio, calcio y potasio en los análisis posteriores.
Tabla 4.10 Fórmula química de las fases encontradas en los patrones de DRX en NSM, NLLLE y NLLLS.
Mineral Composición Química
Cuarzo SiO2
Muscovita
KAl2(Si3Al)O10(OH)2
Ilita (K,H3O)(Al, Mg, Fe)2(Si, Al)4O10[(OH)2,(H2O)]
Montmorillonita (Na,Ca)0,3(Al,Mg)2Si4O10(OH)2·nH2O1
Sericita KAl2(OH)2(AlSi3O10)
Calcita
CaCO3
Albita NaAlSi3O8
Hematita Fe2O3
Caolinita Al2 Si2O5(OH)4
Ortoclasa KAlSi3O8
82
Los resultados semicuantitativos de DRX sugieren parcialmente que la
composición de los sedimentos del fondo de la represa Luis L. León sigue un patrón
similar con algunas diferencias en intensidad de la fase principal (calcita) y que los
sedimentos superficiales analizados presentaron un pico característico de la albita que no
se encontró en ninguno de los núcleos de sedimentos.
Figura 4.12 Dendograma para las secciones de los núcleos NLLLE y NLLLS.
La figura 4.12 muestra la comparación de las fases encontradas en DRX entre las
muestras analizadas, y se puede observar que existe menos de 20% de diferencia entre
83
estas, no importando si pertenecen al NLLLE y NLLLS y pueden considerarse similares
y que esta variación es producto de la cantidad de calcita que se presenta en cada una de
ellas.
Estos análisis se podrán corroborar con los análisis posteriores de determinación
de elementos mayoritarios en los perfiles de los núcleos de sedimento.
4.2.1.4 Microscopia electrónica de barrido.
El análisis morfológico y semicuantitativo por EDS en el SEM fue realizado a
las mismas secciones que se describieron en el análisis DRX (apartado 4.2.1.3).
La tabla 4.11 muestra los resultados del análisis semicuantitativo, donde puede
observarse el incremento en el porciento en peso para el Ca respecto a lo encontrado para
el núcleo de la represa San Marcos (1% en peso de Ca). También puede observarse que
las concentraciones de este elemento son mayores en NLLLE que en NLLLS, mientras
que las concentraciones de Si tienen un comportamiento contrario a lo visto con Ca en
ambos núcleos.
Estos resultados concuerdan con las intensidades de los picos de la calcita en
NLLLE y la de Si en NLLLS y apoyan la sugerencia de la homogeneidad en composición
elemental en ambos núcleos, difiriendo solo ligeramente en la composición relativa de Si
y Ca. Cuando se tiene alto contenido de Calcita, se tienen menor contenido de cuarzo en
NLLLE y viceversa para NLLLS.
84
Tabla 4.11 Resultados del análisis de espectroscopia de energía dispersiva de rayos X (EDS) para algunas
secciones de los núcleos de sedimento de la represa Luis L. León.
Elemento NLLLE-3 NLLLE-13 NLLLE-19 NLLLC-1 NLLLC-13 NLLLC-19
C 13.7 12.3 16.3 14.1 17.5 18.9
O 20.0 18.9 19.9 20 18 17
Na 0.6 0.5 0.7 0.6 0.1 0.6
Mg 1.3 1.1 1.3 1.4 1.1 1.2
Al 4.8 6.0 5.6 4.7 4.4 4.5
Si 37.2 38.5 32.7 43.9 43.1 43.5
S 0.3 0.3 0.3 0.4 0.7 0.8
K 1.3 1.7 1.6 1.3 1.5 1.5
Ca 18.4 17.2 18.7 11.1 11.1 9.8
Fe 2.4 3.4 2.9 2.6 2.6 2.7
La figura 4.13 muestra las micrografías obtenidas en el SEM a 90x. Para la
fracción gruesa en las secciones más superficiales, tanto para NLLLE como para NLLLS
el diámetro mayor fue de aproximadamente 400 m, mientras que para las secciones
medias y profundas fueron más pequeñas, aproximadamente un promedio de 250m. La
fracción media mostró más homogeneidad en todo el perfil del núcleo de sedimento, pues
la mayoría de las partículas que conformaron esta fracción en todas las secciones se
aproximan a un tamaño de 100 y solo unas cuantas partículas más tienen un tamaño
menor a éste.
La fracción fina presenta un polvo más fino con algunas pocas partículas de
tamaño de alrededor 50 m o menos.
85
Figura 4.13 Micrografías de MEB a 90x para los núcleos de sedimentos de la represa Luis L. León.
Al igual que en el caso del núcleo de sedimento de la represa San Marcos, al no
encontrarse diferencias significativas en el análisis cualitativo por EDS, se incremento el
aumento a 3000x. Entonces se observó el mismo fenómeno que en NSM, donde las
fracciones están conformadas por partículas pequeñas que forman conglomerados
presentes las tres fracciones. En la figura 4.14 puede observarse esta afirmación.
86
Figura 4.14 Micrografías de MEB a 3000x para los núcleos de sedimentos de la represa Luis L. León.
Conclusión parcial: Este sedimento es muy fino, con partículas menores a 5 m.
Aunque forma conglomerados, el predominio de la fracción fina en todas las secciones
sugiere que es un sedimento producto de la precipitación de coloides arrastrados por el
río Conchos, que casi no llega a consolidarse en el fondo de la presa.
87
4.2.2 Datación.
La represa Luis L. León, de aproximadamente 12 km de longitud, colecta agua
que viene desde toda la Cuenca del Rio Conchos. Su relativamente reciente construcción
en una zona de relieve accidentado, pero con un flujo constante de agua, produjo en el
fondo del embalse una abundante vegetación, incluyendo árboles, que ahora están
sumergidos. La vegetación y la topografía pueden desempeñar el papel de filtrar las
soluciones y material en suspensión en el agua que fluye a lo largo del depósito.
Ambos núcleos de sedimento a la entrada y a la salida de la represa Luis L. León
(NLLLE y NLLLS) mostraron una distribución no monótona de la concentración de
210Pbexc con la profundidad, pero ninguno tuvo un decrecimiento exponencial figura 4.15.
Al igual que en el núcleo de San Marcos, se aplicaron los tres modelos de datación
expuestos en el apartado 1.3.12.
Las concentraciones de actividad de 210
Pbtot estuvieron en un rango entre 48 y 59
Bq kg−1
, y 41 a 55 Bq kg−1
para NLLLE y NLLLS respectivamente.
El modelo que mejor se ajustó con las concentraciones de actividades de 137
Cs fue
el de flujo constante, con un inventario de 210
Pbexc de 194 ± 5 y 179 ± 3 Bq m−2
para
NLLLE y NLLLS respectivamente, y una edad de 1976 y de 1971 para la sección más
profunda. De esto resulta un flujo constante de 210
Pbexc de 5.3 y 4.5 Bq m−2
año-1
para
cada núcleo.
88
La máxima concentración de actividad de 137
Cs se encontró alrededor de 1989 en
ambos casos, como evidencia de la huella del “fallout” del accidente de Chernóbil (tabla
4.12).
Los valores de tasa de sedimentación NLLLE estuvieron correlacionadas con la
lluvia (0.708 p<0.001) mientas que en NLLLS no fue encontrada esta característica.
Esto podría ser debido a la variación de descarga de agua anual desde la represa, que
produciría cambios en la tasa de sedimentación en el núcleo de sedimento a la salida de la
represa.
Figura 4.15 Perfil de actividades de 210Poexc, 137Cs y tasa de sedimentación en NLLLE (a) y NLLLS (b).
89
Tabla 4.12 Datación obtenida para los núcleos de la represa Luis L. León aplicando tres diferentes modelos.
NLLLE
MODELO CA MODELO FSC MODELO CF 137
Cs 2009 ± 3.7 2010 ± 2.3 2012 ± 3.2 4.7
2007 ± 4.1 2008 ± 2.4 2011 ± 3.0 6.3
2006 ± 4.5 2006 ± 2.8 2010 ± 2.8 5.9
2003 ± 4.7 2004 ± 2.5 2009 ± 2.5 6.6
2004 ± 3.7 2003 ± 2.9 2007 ± 2.3 7.2
2002 ± 4.0 2002 ± 2.9 2006 ± 2.0 7.9
2002 ± 4.6 2002 ± 2.2 2004 ± 1.7 8.2
2000 ± 5.2 2001 ± 2.4 2002 ± 1.4 9.1
1998 ± 6.5 1998 ± 2.8 1999 ± 1.8 9.9
1995 ± 7.6 1997 ± 3.0 1998 ± 0.9 11.3
1992 ± 8.2 1995 ± 3.6 1997 ± 0.7 8.6
1988 ± 8.7 1993 ± 3.9 1995 ± 0.5 13.4
1988 ± 8.4 1991 ± 2.7 1993 ± 0.6 12.8
1987 ± 7.4 1988 ± 2.2 1992 ± 1.2 11.2
1985 ± 10.0 1986 ± 2.9 1989 ± 1.1 11.8
1985 ± 8.7 1984 ± 3.5 1986 ± 1.5 17.2
1982 ± 12.1 1981 ± 4.2 1984 ± 1.2 10.9
1979 ± 10.8 1977 ± 4.3 1982 ± 1.6 14.9
1975 ± 9.9 1975 ± 3.3 1976 ± 1.3 15.1
NLLLS
MODELO CA MODELO FSC MODELO CF 137
Cs 2010 ± 6.2 2009 ± 5.8 2012 ± 3.6 5.1
2008 ± 5.6 2007 ± 5.8 2011 ± 3.2 6.6
2006 ± 6.1 2005 ± 5.9 2010 ± 2.6 6.5
2004 ± 6.6 2004 ± 6.3 2009 ± 2.8 6.7
2002 ± 6.1 2002 ± 5.8 2008 ± 2.4 6.9
2003 ± 5.4 2001 ± 5.0 2006 ± 2.1 8.4
2001 ± 6.2 2000 ± 5.9 2005 ± 1.9 7.4
2002 ± 6.2 1999 ± 6.2 2003 ± 1.6 8.9
1998 ± 5.8 1998 ± 6.5 2002 ± 1.4 10.1
1995 ± 4.7 1995 ± 7.2 2000 ± 1.2 11
1992 ± 4.8 1991 ± 8.1 1998 ± 0.9 8.1
1988 ± 8.8 1988 ± 8.6 1996 ± 0.6 11.4
1987 ± 9.3 1987 ± 8.1 1994 ± 0.4 12.6
1988 ± 7.5 1987 ± 6.4 1992 ± 0.8 13
90
1986 ± 10.2 1985 ± 6.0 1989 ± 1.1 13.9
1985 ± 8.3 1985 ± 6.1 1986 ± 1.4 18.6
1982 ± 12.0 1982 ± 7.1 1982 ± 1.7 11.2
1980 ± 10.9 1979 ± 7.8 1980 ± 1.0 13.3
1975 ± 9.3 1975 ± 7.7 1974 ± 1.3 14.9
1974 ± 8.9 1973 ± 7.9 1972 ± 1.6 15.6
4.2.3 Distribución de elementos mayoritarios.
La tabla 4.13 muestra los resultados de las concentraciones de los elementos
mayoritarios de los sedimentos del área Luis L. León.
En ambos núcleos de sedimento de la represa Luis L. León se encontraron las mismas
fases mineralógicas que en el núcleo de sedimento San Marcos, solo que en estos
patrones de difracción se pueden observar más intensamente el pico correspondiente a la
calcita. Las concentraciones en NLLLE y NLLLS decrecen de la siguiente manera Si
Ca Mg Al Fe K Na Mn; encontrándose concentraciones de Ca y Mg mayores
a los niveles de referencia establecidos por Taylor (Taylor and McLennan 2003) figura
4.16, y consecuentemente altos FEs.
Estos es considerado evidente debido a la litología del área de estudio, ya que está bien
establecido que la zona cercana de San Diego de Alcalá cuenta con una litología rica en
calcita que le da una coloración blanca al suelo propia de las características de este
mineral.
91
Tabla 4.13 Media, desviación estándar, rango y coeficiente de variación de las concentraciones de elementos
mayoritarios (%) en los núcleos de sedimentos y en los sedimentos superficiales de la represa Luis L. León. También
se muestran el Factor de enriquecimiento (FE), el nivel umbral de efecto (TEL) y el nivel de efecto probable (PEL).
Si Fe K Mg Mn Ca Na
NLLLE (n=19)
Media 40.6 4.6 2.2 4.4 0.1 22.6 0.9
DS 5.9 0.7 0.2 6.6 0 7.8 0.2
Rango 30.2 - 52.2 3.7 - 5.9 1.8 - 2.5 1.3 - 20.2 0.05 - 0.13 13.3 - 33.7 0.6 - 1.4
CV (%) 14.6 16 9 148.5 36.7 34.3 21.7
FE 0.8 - 1.2 0.9 - 3.4 0.9 -1.4 0.8 - 1.4 0.9 - 1.8 0.5 - 1.9 0.5 - 2.1
NLLLS (n=20)
Media 51.4 3.7 1.9 18.4 0 25.9 0.6
DS 5.3 0.3 0.1 3.2 0 1.2 0.1
Rango 43.2 - 60.2 3.4 - 4.5 1.5 - 2.1 12.7 - 22.3 0.03 - 0.08 23.8 - 28.9 0.3 - 0.7
CV (%) 10.3 7.6 7.8 17.6 26.3 4.7 20.9
FE 1.0 - 1.7 1.0 - 1.7 1.0 - 1.2 1.0 - 1.3 0.5 - 1.6 1.0 - 1.5 1.1 - 1.6
LLLS (n=7)
Media 48.5 3.2 2 0.4 0 24.8 0.4
DS 5.7 1 1.1 - 3.1 0.1 0 4.7 0.1
Rango 38.5 - 53.8 6.9-14.0 1.6 - 4.3 0.3 - 0.6 0.02 - 0.04 15.9 - 31.8 0.2 - 0.6
CV (%) 11.8 30.4 40.6 22 23.9 18.9 34.9
FE 0.8 - 1.7 0.6 - 1.9 0.8 - 2.1 0.2 - 0.4 0.3 - 0.9 0.8 - 1.7 0.1 - 0.4
NCR 66.6 5 2.8 2.5 0.1 3.6 3.3
TEL n.a. n.a. n.a. n.a. n.a. n.a. n.a.
PEL n.a. n.a. n.a. n.a. n.a. n.a. n.a.
En NLLLS las concentraciones de Fe Mn muestran un pequeño enriquecimiento
(1.0 – 1.2 and 1.02 – 1.6 respectivamente), pero que dentro de la categoría se considera
cero o nulo (tabla 4.13).
92
El incremento en la concentración de Mn fue a partir de la sección media del
núcleo de sedimento hacia al fondo, correspondiente a un periodo de años que va desde
1998 hasta 1976. Mientras que para las concentraciones de Fe esta característica fue en
un periodo desde 1986 a 1997. Esto puede ser explicado asumiendo cambios en las
variables climáticas o de algún fenómeno producto de ellas, así la lluvia o la descarga de
agua desde la represa en estos periodos de tiempo.
Las concentraciones de Na, Al, Ca y Mn mostraron un coeficiente de variación
mayor a 15% en el perfil del NLLLE (figura 4.16). Este hecho sugiere que aunque la
composición de las fases en ambos núcleos de sedimentos es similar, excepto para
componentes secundarios, la composición del agua en la entrada del reservorio deja la
huella en los sedimentos, como es observado en NLLLE donde el agua es filtrada por los
accidentes de la represa.
Las concentraciones de Ca son altas en las secciones del núcleo de sedimento en
las superficies, y decrece a la mitad de los mismos; estas fluctuaciones en el contenido
de Ca pueden estar relacionadas a los afloramientos de este mineral en los sedimentos
superficiales después de estos eventos geotermales en la vecindad del Rio Chuviscar y
del Rio Conchos. Se sabe que el municipio de Aldama se tienen depósitos de yeso (SGM
2011).
Las elevadas concentraciones de Mn en la parte media del NLLLS sugiere la
formación de Pirolusita, producida en ambientes oxidantes con un alto pH. Este óxido de
manganeso es encontrado usualmente en ambientes lacustres o de depósitos
hidrotermales.
93
Este mineral es encontrado frecuentemente asociado a minerales del tipo de la
hematita y cuarzo; esto puede explicar por qué Fe y Si mostraron también altas
concentraciones a la misma profundidad ver figura 4.12.
Además, las altas concentraciones de Fe en esta sección en NLLLE corresponden
al incremento de la fase de la hematita.
Por otro lado, para NLLLS los elementos que mostraron alta variabilidad en el
perfil son Na, Mg y Mn. La variabilidad en el perfil de las concentraciones de Na
corresponde con la intensidad de la fase de la calcita en los patrones de difracción en las
secciones profundas. (Figura AI.2 apéndice I), mientras que para el pico de la ilita es más
intenso en las secciones superficiales. La elevada concentración de Mg es consistente
con la intensidad del pico de la montmorillonita, que es similar en las secciones
superficiales y medias, mientras que es menos intensa en el fondo. La poca
concentración de Mn explica la ausencia del pico de pirolusita en este núcleo de
sedimento.
Todas las concentraciones de estos elementos mostraron diferencias
significativas entre sedimentos superficiales y los núcleos de sedimento (tabla 4.14).
Las concentraciones de Na fueron las únicas que mostraron diferencias
significativas en los tres sitios, teniendo la más alta concentración de este elemento en
NLLLE y la menor en los sedimentos superficiales.
94
Tabla 4.14 Resultados del ANOVA en los sedimentos de la represa Luis L. León.
Si Al Fe K Mg Mn Ca Na As Pb U 232
Th 238
U 226
Ra 40
K 137
Cs
NLLLE B A B B A A B A A A A B B A B A
NLLLC A A A A A B B B B B B A A A A A
LLLS A B A A B B A C A B B B B A A B
Las diferencias entre NLLLE y NLLLS en la composición de los elementos
mayoritarios puede ser explicada si se considera al flujo del agua a lo largo de la represa
actúa como un filtro, que mantiene la concentración de sulfato de calcio producido por
los eventos geotermales solo a la entrada de la represa.
La contribución de los detritus de la roca a los sedimentos es propia de la zona
correspondiente del núcleo y se reflejan en los elementos mayoritarios.
95
Figura 4.16 Perfil de las concentraciones de elementos mayoritarios en NLLLE (a) y NLLLS (b).
96
4.2.4 Distribución de elementos traza.
La tabla 4.15 muestra los resultados de las concentraciones promedio para As, Pb
y U en los sedimentos de la represa Luis L. León, donde se encontraron FE mayores a
5.5, los sedimentos más afectados por este enriquecimiento fueron los sedimentos
superficiales, llegando a encontrar en algún punto un enriquecimiento de hasta 93.1 para
el As en sedimentos superficiales, de 18 para Pb en NLLLE y de entre 0.9 y 2.1 de U.
Las concentraciones de uranio en sedimentos y agua en la represa Luis L. León no
habían sido reportadas antes de este estudio.
El valor promedio en la concentración de As fue de 102.2 mg kg-1
en NLLLS
(tabla 4.15), que es un orden de magnitud mayor a los reportados por (Rice 1999), donde
este autor encontró una concentración de As alrededor de 9.85 mg kg-1
.
Por otro lado la concentración promedio de Pb fue de 48.9 mg kg-1
, en este caso
fue menor a lo reportado por el mismo autor Rice 1999 (63.4 mg kg-1
). Las
concentraciones de U estuvieron entre 1.7 y 2.6 mg kg-1
, muy similares al valor de
referencia para la corteza terrestre establecido por Taylor (Taylor and McLennan 2003).
de 2.7 mg kg-1
.
Las concentraciones de As, Pb y U fueron más elevadas para el NLLLE que para
el NLLLS. Esto sugiere que estos elementos traza se filtran del agua de la represa
mediante los accidentes topográficos y la vegetación, que por lo tanto impiden su
transporte posterior al Rio Conchos.
97
Tabla 4.15 Media, desviación estándar, rango y coeficiente de variación de las concentraciones de elementos traza
(mg kg-1) en los núcleos de sedimento y en los sedimentos superficiales de la represa Luis L. León. También se
muestran el Factor de enriquecimiento (FE), el nivel umbral de efecto (TEL) y el nivel de efecto probable (PEL).
As Pb U
NLLLE (n=19)
Media 122.7 33 2.7
DS 18.5 16.5 0.4
Rango 100.7 - 161.2 11.6 - 62.9 2.1 - 3.1
CV (%) 15.1 49.9 13.6
FE 25.4 – 67 1.2 - 18 1.3 - 2.1
NLLLS (n=20)
Media 73.5 14.3 2.4
DS 17.6 6.4 0.3
Rango 34.03 - 108.5 8.4 - 29.7 1.9-2.9
CV (%) 24 44.5 13.1
FE 12.6 - 43.0 0.9 - 7.9 1.0 - 2.0
LLLS (n=7)
Media 102.1 48.9 2.3
DS 99.7 7.8 0.3
Rango 20.1 - 232.5 40.2 - 60 1.7 - 2.6
CV (%) 97.6 15.9 13.2
FE 5.5 - 93.1 0.6 - 4.9 0.9 - 2.1
CNR 4.8 17 2.7
TEL 5.9 35.8 n.a.
PEL 17 91.3 n.a.
98
Las concentraciones de U en el perfil del núcleo de sedimentos mostraron poca
variabilidad (coeficiente de variación <10%) tanto en NLLLE como en NLLLS (figura
4.17); además no se encontraron diferencias significativas entre las concentraciones de
este elemento para los diferentes sedimentos analizados.
El comportamiento de las concentraciones de As en NLLLE mostró dos
diferentes episodios con el tiempo (figura 4.17), de 1982 a 1986, las concentraciones de
As estuvieron entre 100 y 120 mg kg-1
, y para el periodo de 1989 a 2004 se encontraron
concentraciones entre que iban desde los 120 hasta los 160 mg kg-1
. Este
comportamiento puede explicarse por el incremento de la población y de las actividades
de la agricultura para estos años. El empleo del agua subterránea para la agricultura fue
mayor, produciéndose el escurrimiento de ésta en la superficie (Gutierrez, Alarcón-
Herrera et al. 2009).
Varios estudios realizados reportan alta concentración de As en el agua
subterránea, producto de la arsenopirita presente en las rocas (Reyes Cortés, Precoma
Mojarro et al. 2006; Reyes Cortés, Reyes Cortés et al. 2006; Reyes Cortés, Vázquez
Balderas et al. 2006).
El decrecimiento en las concentraciones de As en las secciones cercanas a la
superficie en el NLLLE, pertenecientes a años más recientes, puede ser producto de la
implementación de medidas que prohíben la descarga de aguas residuales en cuerpo
acuáticos.
Por otra parte, la distribución y el incremento en la concentración de Pb desde
1986 a 1997, figura 4.17, pueden asociarse a la fundición de Pb de la compañía
99
ASARCO en Avalos, establecida al sureste de la ciudad de Chihuahua, que operó desde
1908 hasta 1993 (Sanin, Alarcon-Herrera et al. 2006).
En su último año de operación la fundidora produjo alrededor de 250 toneladas de
Pb por día. Estudios realizados cerca del área donde se encuentra esta compañía han
reportado alto contenido de arsénico en suelo y partículas menores a 2.5 (PM 2.5).
Dichas partículas permanecen en la atmósfera por largo tiempo y recorren grandes
distancias antes de ser removidas, este acto sugiere que las partículas pudieron haber sido
transportadas por acción del viento a 90 km a la redonda y llegar a la represa, ya que es
bien conocido que la dirección del viento va desde el sureste en Chihuahua.
Además aparentemente, el decrecimiento de la concentración de Pb en las últimas
secciones de NLLLE podría adjudicarse al cierre de operaciones de la fundidora.
100
Figura 4.17 Perfil de las concentraciones de elementos traza en NLLLE (a) y NLLLS (b).
4.2.5 Distribución de elementos radiactivos.
Las CAs de Unat se obtuvieron mediante espectrometría de centelleo líquido,
mientras que las demás isotopos analizados en este análisis se estudiaron mediante
espectrometría gamma.
La tabla 4.16 muestra los resultados para los elementos radiactivos en la represa
Luis L. León, donde puede observarse que NLLLE los valores promedio para 226
Ra, 238
U,
232Th y
40K están por encima de los establecido por el Comité Científico de las Naciones
Unidas para los Efectos de la Radiación Atómica de 35, 35, 30 y 400 Bq kg-1
101
respectivamente, indicando que las numerosas fuentes que llegan a la entrada de la
represa son las responsables del acumulamiento de estos elementos en la entrada de la
represa.
Tabla 4.16 Media, desviación estándar, rango y coeficiente de variación de las concentraciones de elementos
radiactivos (Bq kg-1) en los núcleos de sedimento y en los sedimentos superficiales de la represa Luis L. León.
238
U 234
U 228
Ra 226
Ra 40
K
NLLLE (n=19)
Media 40.5 47.6 41.2 39.3 526.4
DS 1.8 2.0 8.6 3.6 68.1
Rango 37.1 – 43.8 42.7 – 52.5 28.5 – 56 33.3 – 46.4 452.3 – 652.5
CV (%) 4.4 4.4 20.9 9.0 12.9
NLLLS (n=20)
Media 29.5 33.9 29.0 25.3 422.2
DS 3.0 3.3 2.2 3.7 23.7
Rango 23.4 – 32.9 27.6 – 37.8 23.9 – 33.2 18.9 – 32.1 383.2 – 461.7
CV (%) 10.2 9.6 7.7 14.7 5.62
LLLS (n=7)
Media 28.14 28.9 28.9 26.6 517.4
DS 3.5 2.4 5.15 4.3 101.6
Rango 21.5 – 30.1 24.2 – 31.2 24.3 – 38.7 18.1 – 31.1 352.8 – 659.1
CV 16.1 13.42 17.8 16.1 19.6
Las CAs de las series de los isótopos del uranio mostraron diferencias
significativas, siendo mayores en NLLLE que en NLLLS (tabla 4.14), sugiriendo que
102
éstos fueron transportados y llevados por las diferentes corrientes que llegan al
reservorio. Solo los valores de CAs de
40K estuvieron por encima de los valores
establecidos por la UNSCEAR (UNSCEAR. 2000) (400 Bq kg-1
). Estos valores altos de
concentración de potasio corresponden a los feldespatos que aparecen en los patrones de
difracción, y sugerirían corresponden a feldespatos potásicos.
Las CAs fueron homogéneas ambos núcleos de sedimentos, encontrándose las
más bajas concentraciones de elementos radiactivos en NLLLS. Se interpreta que, al
igual para los elementos traza, la represa funge un papel de filtro, produciendo un aporte
de mínima concentración de estos elementos al rio Conchos.
El perfil de las Cas en los núcleos de sedimento de la represa Luis L. León fue
poco variable, figura 4.18, (coeficiente de variación < 15%), excepto para el 228
Ra (CV
= 20.9%) en NLLLE el cual muestra un brusco decrecimiento a partir de la sexta
sección, sugiriendo que en año de 2004 el aporte de agua pudo haber sido mayor al de los
años anteriores produciendo que este elemento permaneciera en este punto de la represa.
La relación isotópica de actividades (RA) 228
Ra (232
Th)/238
U, tanto en NLLLE
como en NLLLS y sedimentos superficiales estuvieron alrededor de uno, al igual que se
encuentra en la corteza terrestre. Estos isótopos pertenecen a diferentes familias
radiactivas. El 228
Ra es hijo del 232
Th y por eso la RA habla de la relación de actividades
entre las dos familias.
La valores de 1.1, 1.2 y 1.04 para la relación isotópica 234
U/238
U en NLLLE,
NLLLS y LLL respectivamente indican que se conserva el equilibrio secular de estos
isotopos en ambos núcleos de sedimentos en la represa (tabla 4.17). El equilibrio secular
103
entre estos dos isotopos se mantiene mayormente contante en los sedimentos
superficiales, indicando que las características del agua de la represa favorecen el
desequilibrio entre ellos.
Figura 4.18 Perfil de las CA de elementos radiactivos en NLLLE (a) y NLLLS (b).
El mismo fenómeno fue observado para la relación isotópica 238
U/226
Ra, que
pertenecen a la misma familia radiactiva.
La RA entre 228
Ac (232
Th)/238
U en NLLLS es superior a lo establecido por Evans (Evans
1997) RA de 1.1 entre estos elementos, esto sugiere que las condiciones en este punto de
la represa favorece la movilidad del 238
U y que al ser el 232
Th un elemento generalmente
insoluble permanece en el sedimento.
104
Tabla 4.17 Media, desviación estándar, rango y coeficiente de variación de las RAs en los núcleos de
sedimento y en los sedimentos superficiales de la represa Luis L. León.
228Ac(
232Th)/
238U
238U/
226Ra
226Ra/
228Ra
234U/
238U
NLLLE (n=19)
Media 1 1 0.9 1.2
DS 0.1 0.1 0.2 0.03
Rango 0.8 - 1.1 0.8 - 1.1 0.6 - 1.2 1.1 -1.2
CV (%) 10 10 20 10
NLLLS (n=20)
Media 1.4 1 0.7 1.2
DS 0.3 0.2 0.2 0.02
Rango 0.8 - 2.0 0.8 - 1.4 0.4 - 1.3 1.1 - 1.2
CV (%) 22.4 16.6 25.8 1.9
LLLS (n=7)
Media 1.1 1.07 0.9 1.04
DS 0.2 0.12 0.2 0.06
Rango 0.8 – 1.2 0.84 – 1.2 0.7 – 1.2 0.96 – 1.1
CV (%) 12 10.6 20.3 5
105
4.3 Comparación de resultados entre ambas represas.
En ambos reservorios la concentración de elementos mayoritarios fue diferente
entre los sedimentos superficiales y los núcleos de sedimento. La alta concentración de
calcio en la zona Luis L. León respecto a la encontrada en la zona de San Marcos
corresponde a la diferente litología de las rocas circundantes. El alto contenido de calcita
y algo de yeso fue encontrado en los patrones de difracción en los núcleos de los
sedimentos, especialmente en la parte media de los núcleos extraídos de la represa Luis
L. León.
Las concentraciones promedio más altas de As y Pb fueron encontradas en los
sedimentos superficiales de la zona de Luis L. León. El bajo coeficiente de variación
(tabla 4.6) para las concentraciones de los elementos traza en el núcleo de sedimento de
la represa San Marcos sugiere que este comportamiento es propio de la concentración
natural de estos elementos del Valle San Marcos – Sacramento, donde se han encontrado
altas correlaciones entre estos elementos, además de haber encontrado que se tienen
altas concentraciones de arsénico en pozos profundos en el área de San Marcos (Attrep
and Kahn 2007).
Mientras tanto, el contenido de plomo en los sedimentos en el área de San Marcos
es atribuido a la presencia de este elemento formando masuyita, en rocas uraníferas,
encontrados en estudios anteriores, (Reyes-Cortés, Fuentes-Cobas et al. 2010).
106
Por otro lado, la variabilidad temporal de arsénico y plomo en los núcleos de
sedimento en la represa Luis L. León puede ser explicada por variaciones de
contaminación antropogénica. Este comportamiento concuerda con eventos en que tanto
arsénico como plomo han estado más disponibles en el medio ambiente Chihuahuense.
De acuerdo al perfil de ambos elementos en los dos núcleos de sedimento analizados
(NLLLE y NLLLS), se puede observar una tendencia decreciente de las concentraciones
tanto de arsénico como de plomo en años recientes.
A excepción de los sedimentos superficiales del área de San Marcos, los valores
de las concentraciones de arsénico fueron mayores que los establecidos para el nivel
umbral de efecto (TEL) y el nivel probable de efecto (PEL).
Las concentraciones de plomo en todas las muestras analizadas estuvieron por
arriba del valor de referencia para el nivel probable de efecto (PEL), mientras que solo en
algunas secciones profundas del NLLLE estuvieron encima del valor de TEL. Esta
característica es atribuida a la influencia de la fundidora de Avalos a través del arrastre de
este elemento por acción del viento en la represa Luis L. León, aunque cabe destacar que
esto se verifica para años recientes a partir del año 1990 3.
Las bajas concentraciones de arsénico, plomo y uranio en NLLLS, así como los
valores debajo del límite de detección encontrada en agua, en los puntos de muestreo
tanto de NLLLS como de NLLLE, sugieren que estos elementos han estado disponibles
en concentraciones insignificantes en el agua suministrada por el depósito Luis L León.
Por otra parte, las concentraciones de U encontradas en los sedimentos del área
de Sam Marcos fueron de un orden de magnitud mayor que las del área de Luis L. León.
107
Estos resultados sugieren que la erosión y la meteorización de las rocas del
depósito de uranio de Victorino en el área de San Marcos, que son responsables de la
concentración de uranio en el agua subterránea del Valle de Chihuahua-Sacramento
(Reyes-Cortés, Reyes-Cortés et al. 2012) no tienen influencia en los últimos tiempos a
través de toda la baja subcuenca del Río Conchos.
La no influencia antropogénica en el área de San Marcos, sugiere que los valores
promedio de las concentraciones de arsénico y plomo en los sedimentos superficiales
podrían ser considerados como “niveles de concentración natural” (NCN) para el estado
de Chihuahua, mientras que los valores de las concentraciones de uranio en el área Luis
L. León podría ser tomada como (NCN) para este elemento. Los niveles de
concentración natural son de 2.8, 14.2 y 2.3 mg kg-1
para arsénico, plomo y uranio para el
estado de Chihuahua.
108
Capítulo 5: CONCLUSIONES.
Se realizó la caracterización cuantitativa de elementos mayoritarios, traza y
radiactivos en sedimentos superficiales y núcleos de sedimentos de las represas San
Marcos y Luis L. León. La radiocronología en los núcleos de sedimento de las represas
San Marcos y Luis L. León permitió interpretar el origen de los elementos analizados.
Las concentraciones de actividad (CA), vistas como un todo, son relativamente
altas en el área de San Marcos y apuntan a un origen totalmente natural. Las CAs en el
núcleo de San Marcos son menores que en los sedimentos superficiales, e indican que
estos sedimentos no retienen las características de la roca madre del depósito de uranio
Victorino.
Los elementos radiactivos no son transportados hasta la zona de la represa Luis L.
León, ya que las CAs de éstos son muy bajas.
En la represa Luis L. León hay altos factores de enriquecimiento para As,
particularmente entre los años 1989 y 2004. Se atribuyen al incremento del uso del agua
subterránea en la agricultura y al desecho de residuos de filtración directamente en el
ambiente. Su disminución posterior se atribuye a la implementación de medidas de
prevención. En esta represa también existe acumulación de Pb hasta el año 1997. Su
disminución posterior se atribuye al cierre de la planta de ASARCO en Chihuahua en
1993.
Se establecieron los niveles de concentración natural para As, Pb y U para el estado de
Chihuahua.
109
Las concentraciones de As en NSM, NLLLE y NLLLS rebasan las
concentraciones de TEL y PEL, indicando la posibilidad de efectos adversos a la salud
humana por consumo de agua de ambas represas.
110
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115
Apéndices
Apéndice A
Descripción de las técnicas empleadas para el análisis mineralógico.
A.1 Granulometría.
Las secciones de los núcleos de sedimentos de las dos represas analizadas,
posterior al secado pasaron a por un proceso de eliminación de todo aquel
material diferente al mineral.
Se emplearon los tamices 20, 50 y 100; el tamizado se realizó manualmente.
Se registró el peso obtenido para cada tamiz.
A.2 Análisis petrográfico.
1. A cada sección analizada mediante microscopia petrográfica se le realizó una
lamina delgada, la selección de la muestra para la lamina se realizó empleando la
técnica de cuarteamiento que consiste en:
2. Disponer la muestra formando un cono sobre una superficie rugosa y limpia
3. Dividir el cono en cuatro partes
4. Tomar los sectores opuestos del cono
5. Mezclar el contenido de estos sectores y formar un nuevo cono.
116
6. Repetir la operación hasta alcanzar el tamaño deseado.
7. La muestra seleccionada, se pega en una lamina delgada de la siguiente manera:
8. El portaobjetos se barniza con policromo, para solidificar las muestras arcillosas.
9. Se deja reposar 24 hrs.
10. La muestra se adhiere al portaobjetos, empleando bálsamo de Canadá.
11. La muestra se desbastó con abrasivos 46, 150, 400, 500, 800 hasta adelgazar la
muestra a 20 micras aproximadamente.
12. La muestra se lleva al Microscopio Polarizante Petrográfico.
A.3 Difracción de Rayos X.
1. La preparación de la muestra consistió en moler el sedimento hasta
alcanzar un tamaño aproximado de 15 micras (textura de talco).
2. La muestra se coloca en el porta muestras y se lleva al difractómetro.
3. Se realiza una corrida inicial, con la finalidad de fijar las condiciones
optimas que permitan realizar el análisis de manera eficaz.
117
A.4 Microscopia electrónica de barrido.
La muestra homogénea se fijo una cinta de doble cara de carbono al porta
muestras y se llevo al microscopio electrónico de barrido.
Se tomaron varias micrografías a 90 y 3000x.
Para el análisis elemental por EDS se analizaron tres puntos de la muestra y se
realizo un promedio de los resultados obtenidos en cada punto analizado.
Con los resultados obtenidos de las diferentes técnicas aplicadas se llega a un resultado
de la mineralogía de las muestras.
118
Apéndice B
Procedimiento de determinación de elementos mayoritarios en sedimentos
mediante la técnica de metaborato de litio.
1. Tomar 0.5 g de muestra, previamente homogenizada y con un tamaño de partícula
menor a 2.
2. Colocar la muestra junto con 1g de metaborato de litio en un crisol de platino.
3. Colocar en el horno a 550ºC durante 10 minutos.
4. Sacar del horno y dejar enfriar a temperatura ambiente.
5. Colocar el crisol en un vaso de precipitado con una solución de HCl al 5%, y
someter a agitación hasta que el precipitado del crisol sea disuelto completamente.
6. Llevar a esta solución hasta un volumen de aforo de 250 ml.
7. Medir en el ICP-OES.
119
Apéndice C
Procedimiento de determinación de elementos traza en sedimentos
mediante el procedimiento EPA 3051.
1. Tomar 0.2 g de muestra, previamente homogenizada y con un tamaño de partícula
menor a 2.
2. Digerir la muestra en microondas adicionando agua regia (3:1), 10 ml de HNO3(c)
y 5 ml de HCl(c) aplicando el método de tratamiento y digestión de sedimentos
establecidos por la EPA 3051.
3. La solución digerida es llevada hasta un volumen de aforo de 100 ml con agua
destilada.
4. Medición de la muestra por ICP-OES
120
Apéndice D
Procedimiento de separación de U empleando resinas de intercambio
iónico (UTEVAS).
1. Se seco la muestra completa en horno en charolas de aluminio a una temperatura de
50ºC por 24 hrs.
2. Una vez secas las muestras se pasaron por una malla con un tamaño de partícula de
100 µm.
3. Se tomo 0.2 gr de muestra a la que se agregaron 1 mL del estándar de U232
(117.8 ±
0.6 mBq/g) y se traslado a un vaso de precipitado de teflón añadiendo 10 ml de HFc
mas 10 ml HNO3c, a 120ºC para su digestión, hasta total sequedad.
4. Al precipitado se agrega de nuevo 10 ml de HFc más 10 ml HNO3c y se vuelve a
llevar a sequedad total.
5. Al nuevo precipitado se le añaden 5 ml de HNO3c y se deja evaporar hasta sequedad,
este paso se repite una vez más.
6. Se agregan 10 ml de HNO3 8M para disolver el precipitado procedente del paso
anterior.
7. La disolución procedente del último paso de la digestión se pasa a un vaso de
precipitado de vidrio y se adicionan 20 ml de agua destilada y se evapora hasta un
volumen aproximado de 10 ml.
8. A temperatura templada se agregan 20 ml de agua destilada y 1 ml de la disolución
portadora de Fe3+
.
9. Se agrega amoniaco hasta alcanzar un pH de 9.
121
10. La solución se pasa a tubos de centrifuga y se deja durante 10 minutos a 450 rpm.
11. Se elimina el sobrenadante y el precipitado se deja hasta sequedad total.
12. El precipitado obtenido de la centrifugación se disuelve en 5 ml de HNO3 3M.
13. Se pasa la disolución de 5 ml que contiene la muestra por la columna UTEVA sin
acondicionar.
14. Se pasan otros 5 ml de HNO3 3M dos veces por la columna.
15. Para la extracción del Th contenido en la muestra se pasan 4 ml de HCl 9M seguidos
por 20 ml de HCl 5M.
16. La fracción que contiene el U se obtiene pasándose 10 ml de HCl 0.01 M por la
columna.
17. Las disolución resultante de 10 ml (para el U) es llevada al proceso de
electrodeposición, detallado a continuación.
PROCEDIMIENTO PARA LA ELECTRODEPOSICIÓN [Aguirre-
Martínez A., 1992].
1. La fase acuosa que contiene los isótopos de interés se evapora hasta
aproximadamente 2 ml.
2. Se agrega 1 ml de Na2SO4 0.3 M para evitar la adsorción en las paredes del
recipiente.
3. Se evapora a sequedad. Se añaden 300 l de H2SO4 concentrado para disolver el
precipitado.
122
4. Se agregan 4 ml de H2O y 2 gotas de azul de timol (indicador). El cual toma un
color rosado, esto debido a pH muy ácido.
5. Para ajustar el pH entre 2 y 2.2 de utiliza vapor de amoniaco hasta que el color de
la disolución sea amarillo.
6. Esta disolución se pasa a una célula de electrodeposición previamente preparada.
7. Para uranio la electrolisis se lleva a cabo durante 1 hora a una intensidad de 1.2 A.
123
Apéndice E
Procedimiento de separación líquido - líquido mediante Tributil fosfato
(TBP) de Po, U y Th.
1. Se seco la muestra completa en horno en charolas de aluminio a una temperatura de
50ºC por 24 hrs.
2. Una vez secas las muestras se pasaron por una malla con un tamaño de partícula de
100 µm.
3. Se tomo 1 gr de muestra a la que se agregaron 1 mL de los estándares de U232
(117.8
± 0.6 mBq/g) y 0.5 ml de Po209
(172.7 ± 5.2 mBq/g) y se traslado a un vaso de
precipitado de vidrio para su digestión.
4. Se añaden 45ml de agua regia, mezclando HNO3c y HClc en proporción 1:2, se agita
y se calienta a temperatura de 50C durante 4 horas.
5. Se añaden 12 ml de peróxido de hidrógeno gota a gota.
6. Se añaden 45 ml de HNO3c y se agitándose durante 12 horas sin calentar.
7. Se añaden 30 ml de HNO3 8M.
8. La solución final del proceso de digestión se filtra usando un tamaño de poro de
45µm.
9. Se evapora el filtrado hasta un volumen de 10 ml para luego completar con agua
destilada hasta los 50 ml.
10. A temperatura templada se 2 ml de la disolución portadora de Fe+3
a la solución de 50
ml.
124
11. Se agrega amoniaco hasta alcanzar un pH de 8.5, para conseguir que precipiten los
actínidos.
12. La solución se pasa a tubos de centrifuga y se deja durante 10 minutos a 450 rpm.
13. Se elimina el sobrenadante y el precipitado se deja secando en un foco o estufa de 1 a
12 horas, pero nunca superando los 80 ºC para evitar la evaporación del Polonio.
14. El residuo procedente de la centrifugación se disuelve con 10 ml de HNO3 8M.
15. Esta disolución se lleva a un embudo de separación y se añaden 5 ml de TBP.
16. Para extraer el polonio se agregan 10 ml de HNO3 8M, se agita durante 10 minutos,
esperamos la separación de fases, extraemos la fase acuosa (fase en donde se
encuentra el polonio). Este procedimiento se repite dos veces.
17. Se añaden 20 ml de Xileno.
18. Para la extracción de Torio se adicional 15 ml de HCl 1.5 M, se agita vigorosamente
durante 10 minutos, esperamos la separación de fases, extraemos la fase acuosa (fase
en donde se encuentra el torio). Este procedimiento se repite dos veces.
19. Para la extracción de Uranio se adicional 15 ml de agua destilada, se agita
vigorosamente durante 10 minutos, esperamos la separación de fases, extraemos la
fase acuosa (fase en donde se encuentra el uranio). Este procedimiento se repite dos
veces.
El Uranio que se obtiene en una fase acuosa es pasado directamente a la fase final
de obtención de la fuente de medida mediante electrodeposición, descrito en el apéndice
c. La parte líquida que contiene el Polonio se lleva a la auto deposición siguiendo el
proceso que se presenta a continuación
125
.PROCEDIMIENTO DE AUTO DEPOSICIÓN DEL Po.
1. La disolución que contiene el Polonio obtenida mediante TBP es evaporada a
sequedad (sin superar los 80_90 ºC).
2. Para cambiar a medio clorhídrico se añaden 20 – 40 ml de HCl concentrado y se
evapora (siempre cuidando de no pasar los 80 – 90 ºC).
3. A este precipitado se añaden 40 – 50 ml de HCl 1,5 M, a esta disolución se añade la
plancheta de cobre y se deja agitando 4 horas con una agitador magnético a una
temperatura de 80ºC.
4. La plancheta se lava con agua y acetona, y se deja secando de forma muy suave a
temperaturas no muy elevadas y se lleva a medición mediante espectrometría alfa.
126
Apéndice F
Procedimiento de determinación de Uranio mediante centelleo líquido
(PERALS). Sistema batch (bombas Parr en baño isotérmico).
1. Pesar la muestra (después de la calcinación). Vamos a trabajar con 0.5 g en peso
seco de muestra.
2. Colocar la muestra en un vaso de teflón propio de las bombas Parr, donde será
llevado a cabo el proceso de digestión.
3. Trazar la muestra con 232
U (A= 0.12888±0.001031 Bq ml-1). Se utilizará 1 g del
estándar.
4. Agregar 4 ml de ácido fluorhídrico HF(c), 4 ml de ácido nítrico HNO3(c) y 1 ml de
ácido perclórico HCLO4(c).
5. Poner el vaso de teflón dentro de la bomba Parr a una temperatura de 145°C
durante 9 h.
6. Una vez en terminado el proceso de digestión dentro de las bombas Parr, verter la
solución en un vaso de precipitado de teflón y llevar a sequedad.
7. Al residuo, agregar 2 ml de HCLO4 (c) y llevar nuevamente a sequedad.
8. Disolver el precipitado obtenido con 20 ml de HNO3(c) y 30 ml de agua destilada.
Evaporar la solución a sequedad hasta que los humos dejen de estar presentes en
el vaso.
9. El residuo obtenido en el paso anterior de la digestión se disuelve con 1 ml de
10. H2SO4 (c), 1 ml de agua destilada y 0.5 ml de Na2SO4 1M.
127
11. Evaporar la solución hasta que los humos de SO3 se volatilicen.
12. De ser necesario agregar 5 ml peróxido de hidrógeno para quitar el color que el
residuo pudiera presentar.
13. Repetir paso 12 dos veces.
14. Una vez en sequedad, el residuo se disuelve con 6 ml de agua destilada.
15. Medir pH cuidando que se encuentre en 1.3.
16. Transferir la solución a un vial. Previo a este paso, el vial deberá estar preparado
17. con 1.5 ml de URAEX.
18. Agitar la solución durante 5 min. La agitación será suave y manual.
19. Dejar reposar hasta alcanzar la separación de fases.
20. Decantar, tomando 1 ml de la fase orgánica, colocando la en un vial de 10 mm de
21. diámetro por 75 mm de largo (culture tube).
22. A la solución dentro del vial, inyectar flujo de argón durante 2 minutos.
23. Por último, medir durante 8 horas en el detector PERALS.
La validación de este procedimiento se llevo a cabo empleando como material de
referencia IAEA – 375 “Radionúclidos y elementos traza en suelo”.
Tabla AF.1 Resultados de la validación de la extracción de uranio por espectrometría de centelleo líquido.
ANALITO VALOR
DE
REFERENCIA
(Bq kg-1
)
INTERVALO
DE
CONFIANZA
(Bq kg-1
)
VALOR
ENCONTRADO
(Bq kg-1
)
R.Q
MDA
Bq kg-1
238U 24.4 19 – 29.8 21.2 1 94% 1.8
234U 25 17 – 32 21.5 0.7 94% 1.2
128
Figura AF.1 Espectros característicos de uranio por espectrometría de centelleo líquido.
129
Apéndice G
Procedimiento de determinación de 210
Po mediante centelleo líquido
(PERALS). Sistema batch (bombas Parr en baño isotérmico).
1. Se seco la muestra completa en horno en charolas de aluminio a una temperatura
de 50ºC por 24 hrs.
2. Una vez secas las muestras se pasaron por una malla con un tamaño de partícula
de 100 µm.
3. Se tomo 0.5 gr de muestra y se le da un retratamiento con 5 ml de peróxido de
hidrógeno y se lleva a sequedad en un planto caliente a una temperatura de 80ºC,
este procedimiento se repite 3 veces.
4. Al residuo obtenido del paso anterior se pasa a vaso de teflón agregando 2ml de
cada uno de los siguientes ácidos HNO3, HF and HCl y 0.5 ml de estándar de
Po209
(172.7 ± 5.2 mBq/g) y se coloca en el baño isotérmico dentro de la bomba
Parr, a una temperatura de 80°C durante 18 horas, hasta total disolución (mayor a
90%).
5. Al terminar este proceso en el baño isotérmico, la muestra centrifugada y el
sobrenadante se transfiere a un vaso de teflón.
6. Agregar 5ml of H3P04 15N y 5ml de agua des ionizada, llevar a sequedad esta
disolución, manteniendo la temperatura a 80ºC, este paso se repite las veces
necesarias hasta obtener un residuo incoloro o lo mas translucido posible.
130
7. En caso necesario adicionar 5ml de peróxido de hidrógeno para quitar la
coloración que pudiera prevalecer.
8. Agregar 5 ml agua des ionizada y 1 ml of HCl 0.1 N.
9. Pasar la solución a un vial con 1.5 ml de centellante POLEX.
10. Agitar la solución durante 10 min. La agitación será suave y manual.
11. Dejar reposar hasta alcanzar la separación de fases.
12. Decantar, tomando 1 ml de la fase orgánica, colocando la en un vial de 10 mm de
13. diámetro por 75 mm de largo (culture tube).
14. A la solución dentro del vial, inyectar flujo de argón durante 4 minutos.
15. Por último, medir durante 8 horas en el detector PERALS.
La validación de este procedimiento se llevo a cabo empleando como material de
referencia IAEA – 375 “Radionúclidos y elementos traza en suelo”.
Tabla AG.1 Resultados de la validación de la extracción de 210Po por espectrometría de centelleo líquido.
ANALITO VALOR
DE
REFERENCIA
(Bq kg-1)
INTERVALO
DE
CONFIANZA
(Bq kg-1)
VALOR
ENCONTRADO
(Bq kg-1)
R.Q
(%)
MDA
Bq kg-
1
210Po 24.4 19 – 29.8 20 0.2 89% 1.0
131
Figura AG.1 Resultados de la validación de la extracción de 210Po por espectrometría de centelleo líquido.
132
Apéndice H
Procedimiento para la determinación de radionúclidos emisores gamma
en un detector de germanio híper puro HPGe.
1. Se seco la muestra completa en horno en charolas de aluminio a una temperatura
de 50ºC por 24 hrs.
2. Una vez secas las muestras se pasaron por una malla con un tamaño de partícula
de 100 µm.
3. Se tomaron aproximadamente 21 gr de muestra que se colocaron en una caja petri
de platico (15*75mm) y se sellaron usando parafilm durante 28 días para
garantizar el equilibrio con el 226
Ra.
4. La muestra se mide durante 48 horas en el detector HPGe.
5. El espectro obtenido se analiza, empleando el software “Spectrum Zoom”.
Considerando la apropiada corrección de fondo del laboratorio, la CA del 226
Ra
fue obtenida de la línea de 609 keV correspondiente al 214
Bi; CA del 40
K de la
línea 1461, la CA del 228
Ra se estimó por la línea 911 del 228
Ac y la del 137
Cs de
la línea a 662 keV.
El detector fue calibrado con una mezcla de los materiales de referencia RGU,
RGTh y RGK IAEA para 226
Ra, 40
K y 228
Ra y para 137
Cs IAEA – 375 en la
misma geometría para las mediciones de las muestras, los resultados de esta
validación se muestran en la tabla AH.1.
133
Tabla AH.1 Resultados de la validación de las mediciones por espectrometría gamma en un HPGe.
ANALITO VALOR
DE
REFERENCIA
(Bq kg-1)
VALOR
ENCONTRADO
(Bq kg-1)
MDA
Bq kg-1
226Ra 31.8 26.7 5 * 10
-2
137Cs 19.9 15.7 1 * 10
-2
228Ra 20.6 15.0 1.5 * 10
-2
40K 87.9 58.9 1 * 10
-3
Figura AH.1 Espectro característico de un espectrómetro gamma.
134
Apéndice I
Correlación entre la precipitación pluvial y las tasas de sedimentación en
los núcleos de sedimento.
Figura AI.1 Registro de las precipitaciones en los años calculados en el NSM.
Figura AI.2 Registro de las precipitaciones en los años calculados en el NLLLE.
135
Figura AI.3 Registro de las precipitaciones en los años calculados en el NLLLS.
136
Apéndice J
Información de los resultados de los sedimentos superficiales en las
represas analizadas.
Tabla AJ.1 Concentración elemental (mayoritarios en %, trazas en mg kg-1 y radiactivos en Bq kg-1) en
sedimentos superficiales de las represas San Marcos y Luis L. León en Chihuahua México.
SAMPLE Si Al Fe K Mg Mn Ca Na As Pb U 228Ra 238U 226Ra 40K 137Cs
SM1 49.1 10.1 3.8 2.1 1.7 0.1 0.6 0.3 1.9 12.7 4.5 501.9
738.2 1123.8 0.2
SM2 54 13.1 4.8 2.5 1.7 0.1 1 0.2 1.9 13.4 2.4 359.3
895.7 1179.6 0.3
SM3 58.9 13.6 4.8 2.7 1.5 0.1 1.3 0.2 2.7 16.2 5 358.9
897.6 1185.9 0.3
SM4 53 10.1 3.7 1.9 1.6 0.1 0.5 0.3 2.5 11.5 6.1 321.3
896.8 1150.2 0.3
SM5 60.6 9.2 3.4 1.7 1.3 0.1 0.8 0.3 4.8 17.3 2.5 342.6
852 1178.8 0.2
Mean 55.1 11.2 4.1 2.2 1.6 0.1 0.8 0.2 2.8 14.2 4.1 376.8
856.1 1163.7 0.3
LLL1 43 7.8 3 1.6 0.4 0.03 25 0.4 22.1 60 2.4 25.2 29.9 27.1 489.1 0.9
LLL2 53.8 7.4 3.8 1.6 0.3 0.05 15.9 0.4 20.1 58.4 2.4 24.3 29.1 26.7 519.8 0.8
LLL3 48.6 7.5 3.1 1.1 0.4 0.03 24 0.5 217.3 40.2 2.6 26.2 21.5 18.1 352.8 1
LLL4 53.2 8.1 1.6 2.5 0.5 0.02 31.8 0.2 170.5 40.8 1.7 25.9 25.9 31.1 627.4 1.1
LLL5 52.5 8.1 2.4 3.1 0.6 0.03 26 0.3 232.5 46.8 2.1 38.7 32 30.6 659.1 0.9
LLL6 49.6 14 4.1 3 0.5 0.03 24.9 0.6 24.1 48.6 2.3 30.4 28.1 25.7 485.1 0.8
LLL7 38.5 6.9 4.3 1.3 0.4 0.03 26.1 0.6 28.2 47.2 2.5 32 30.5 26.8 488.8 1
Mean 48.5 8.5 3.2 2 0.4 0.03 24.8 0.4 102.1 48.9 2.3 29 28.1 26.6 517.4 0.9