edwin javier vergara estupiÑan
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pág. 1
CONTAMINACIÓN AMBIENTAL, BIOACUMULACIÓN Y BIOMAGNIFICACIÓN
POR METALES PESADOS EN UN SECTOR DEL RIO ALTO-CHICAMOCHA
EDWIN JAVIER VERGARA ESTUPIÑAN
UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
MAESTRÍA EN INGENIERÍA AMBIENTAL
TUNJA
2019
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CONTAMINACIÓN AMBIENTAL, BIOACUMULACIÓN Y BIOMAGNIFICACIÓN POR METALES PESADOS EN UN SECTOR DEL RIO ALTO-CHICAMOCHA
EDWIN JAVIER VERGARA ESTUPIÑAN
TRABAJO DE TESIS PARA OPTAR POR EL TÍTULO DE MAGISTER EN
INGENIERÍA AMBIENTAL
PABLO EMILIO RODRÍGUEZ AFRICANO MSC
PROFESOR ASESOR
DOCENTE ESCUELA DE CIENCIAS BIOLÓGICAS UPTC
MARÍA DEL PILAR TRIVIÑO Phd
PROFESOR ASESOR
DOCENTE ESCUELA DE INGENIERÍA AMBIENTAL UPTC
UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
MAESTRÍA EN INGENIERÍA AMBIENTAL
TUNJA
2019
pág. 3
Nota de Aceptación
Presidente del Jurado
Jurado
Jurado
Tunja y 27 de septiembre de 2019
pág. 4
Dedicatoria
Al profesor Pablo Rodríguez, por sus enseñanzas. A mi familia.
pág. 1
AGRADECIMIENTOS
Agradezco al grupo de investigación GEO, a la Universidad Pedagógica y
Tecnológica de Colombia UPTC, por el soporte logístico financiero y científico en el
marco de la realización de los proyectos:
• Convenio 027-2015, GENSA-UPTC, para la valoración del efecto de las
actividades de la planta termoeléctrica de Gensa sobre la composición,
estructura y biodiversidad de los sistemas hidrobiológicos, fauna y flora.
• Convenio -2016-GENSA-UPTC SGI 1868, para la evaluación ambiental en
temporalidades climáticas y de producción térmica asociadas al ecosistema
aledaño a la central termoeléctrica de GENSA
• Convenio SGI 2086 de 2017, GENSA-UPTC para anuar esfuerzos técnicos
y económicos con el fin de realizar la evaluación ambiental en temporalidades
climáticas y de producción térmica asociadas al ecosistema aledaño a la
central termoeléctrica de GENSA Paipa – Boyacá.
A la profesora, Doctora María del Pilar Triviño Restrepo, y a la escuela de la
maestría en Ingeniera Ambiental de la UPTC, por su apoyo decisivo para concluir
con el trabajo.
pág. 2
1 INTRODUCCIÓN .............................................................................................. 9
2 OBJETIVOS .................................................................................................... 12
2.1 OBJETIVO GENERAL ............................................................................. 12
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................... 12
3 Hipótesis ......................................................................................................... 12
4 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ............................................................. 13
4.1 DEFINICIÓN DEL PROBLEMA ............................................................... 13
4.2 JUSTIFICACIÓN ..................................................................................... 16
5 MARCO REFERENCIAL ................................................................................ 20
5.1 MARCO TEÓRICO. ................................................................................. 20
5.1.1 Operación de la central térmoelectrica. ............................................ 20
5.1.2 Descripción de los Metales pesados ................................................ 22
5.1.2.1 Cobre (Cu)................................................................................. 22
4.1.1.2 Mercurio (Hg) ............................................................................ 22
4.1.1.3 Plomo (Pb) ................................................................................ 23
4.1.2 Biogeoquímica de los metales pesados en los ecosistemas acuáticos
23
5.1.3 Comportamientos de los metales en ecosistemas acuáticos ........... 25
5.1.3.1 Bioacumulación ......................................................................... 25
5.1.3.2 Biomagnificación ....................................................................... 26
5.1.3.3 Bioconcentración ....................................................................... 26
5.1.3.4 Biodisponibilidad ....................................................................... 26
5.1.3.5 Descripción de los procesos ...................................................... 26
5.1.4 Ecotoxicología de metales pesados en los ecosistemas acuáticos .. 27
pág. 3
5.1.5 Efectos de la contaminación por metales en la salud humana. ........ 29
5.1.6 Modelo de trazas metálicas. ............................................................. 30
5.1.6.1 Modelo ADZ .............................................................................. 33
5.1.6.2 Ensayo de trazadores ............................................................... 36
5.1.7 Normatividad colombiana: Regulación de metales en el ambiente .. 37
4.2 ESTADO DEL ARTE ............................................................................... 38
5.1.8 Estudios de metales en ríos ............................................................. 38
5.1.9 Estudios de metales en peces .......................................................... 40
5.1.10 Estudios de metales en aves ............................................................ 41
5.1.11 Compilación de estudios, base conceptual estado del arte. ............. 41
6 MATERIALES Y MÉTODOS ........................................................................... 47
6.1 TIPO DE ESTUDIO ................................................................................. 47
6.2 HIPOTESIS ............................................................................................. 47
6.3 VARIABLES ............................................................................................. 48
6.4 ÁREA DE ESTUDIO ................................................................................ 50
6.5 DETERMINACIÓN DE LA PRESENCIA DE CONTAMINANTES
METÁLICOS EN SEDIMENTOS DEL MEDIO ACUÁTICO. ............................... 50
6.5.1 Estaciones y número de muestreos ................................................. 50
6.5.2 Toma de muestras de sedimentos ................................................... 51
6.5.3 Detección de metales ....................................................................... 51
6.5.4 Evaluación de la contaminación: comparación de la legislación ...... 52
6.5.5 Detección del índice de geoacumulación. ........................................ 52
6.5.6 Interpolación geoestadistica de valores de metales ......................... 53
6.6 COMPORTAMIENTO DE LOS METALES EN EL ECOSISTEMA,
PROCESOS DE BIOMAGNIFICACIÓN Y BIOACUMULACIÓN ........................ 55
pág. 4
6.6.1 Muestras biológicas del ecosistema. ................................................ 55
6.6.1.1 Recolección de muestras. ......................................................... 55
6.6.1.2 Embalaje ................................................................................... 56
6.6.2 Fase de laboratorio ........................................................................... 59
6.6.2.1 Análisis de metales en muestras biológicas .............................. 59
• Selección de alícuotas de tejido blando................................................... 59
6.6.3 Toxicidad de metales pesados para muestras biológicas ................ 61
6.6.4 Factor de biomagnificación ............................................................... 61
6.6.5 Evaluación de la bioacumulación ..................................................... 62
6.6.6 Implementación del modelo ADZ ...................................................... 62
6.6.6.1 Ensayo de trazadores ............................................................... 62
6.6.6.2 Desarrollo y conformación del modelo ...................................... 63
6.7 TRATAMIENTO ESTADÍSTICO Y ANÁLISIS DE DATOS ...................... 64
6.7.1 Análisis general de datos ................................................................. 64
7 RESULTADOS Y DISCUSIÓN. ...................................................................... 66
7.1 Presencia de trazas metálicas de mercurio, cobre y plomo presentes en
varios niveles tróficos del medio acuático. ......................................................... 66
7.1.1 Metales pesados en sedimentos ...................................................... 66
7.1.2 Metales pesados en plantas ............................................................. 72
7.1.3 Metales pesados en peces ............................................................... 75
7.1.4 Metales pesados en aves ................................................................. 80
7.1.5 Evaluación de los niveles tróficos ..................................................... 81
7.1.5.1 Correlación de Pearson ............................................................. 81
7.1.5.2 Análisis de componentes principales. ....................................... 84
pág. 5
7.2 DETERMINACIÓN DE LA GEOCUMULACIÓN Y BIOMAGNIFICACIÓN
DE LAS TRAZAS METÁLICAS EN LAS MUESTRAS PRESENTES EN EL
ECOSISTEMA ACUÁTICO. ............................................................................... 87
7.3 Modelo en estado estable de agua superficial para observar y analizar el
comportamiento de la concentración y transporte de metales pesados. ............ 94
8 CONCLUSIONES ......................................................................................... 100
9 RECOMENDACIONES ................................................................................. 103
10 BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................... 104
11 ANEXOS ................................................................................................... 112
pág. 6
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Resumen de estudios relacionados con detección de metales pesados en
el medio ambiente valoración de comportamiento y contaminación. ..................... 41
Tabla 2. Parámetros de decisión índice de geoacumulación ................................. 53
Tabla 3. Constante de destino del metal. (Decaimiento). (1/día) ........................... 55
Tabla 4. Coordenadas punto de muestreo ............................................................. 57
Tabla 5 Resultados de metales pesados en distintos sitios. .................................. 66
Tabla 6. Análisis descriptivo del resultado de las muestras de metales pesados. . 66
Tabla 7. Niveles máximos permitidos por la resolución 0631 de 2015 .................. 70
Tabla 8. Estadística descriptiva de los valores de metales para las muestras de
plantas ................................................................................................................... 73
Tabla 9. Valores de estadística descriptiva para los valores en peces. ................. 75
Tabla 10. Resultados de concentraciones de metales en muestras de aves ........ 80
Tabla 11. Correlación de Pearson para el mercurio ............................................... 81
Tabla 12 Correlación de Pearson para el Plomo ................................................... 81
Tabla 13. Correlación de Pearson para el Cobre ................................................... 81
Tabla 14. Resultados del factor de biomagnificación para diferentes niveles tróficos.
............................................................................................................................... 90
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Operación de la central termoeléctrica . ................................................. 21
Figura 2. Proceso de absorcion de metales en el ecosistema. .............................. 31
Figura 3. Diagrama de representación de tiempo de viaje ..................................... 36
Figura 4. Área de estudio. ...................................................................................... 49
Figura 5. Pobladores del sector pescando artesanalmente alevinos en los pozos de
enfriamiento ........................................................................................................... 55
Figura 6. Puntos de muestreo ................................................................................ 56
Figura 7. Ubicación del punto 0 “Aguas arriba” X-8144964,72. Y 641430,62 ....... 58
Figura 8. Ubicación del punto 1 “Punto del vertimiento” X-8142793,12 Y 642997,75
............................................................................................................................... 58
Figura 9. Ubicación del punto 1 “Punto aguas abajo” X-8141472,26 Y 643646,99 59
pág. 7
Figura 10. Procesamiento de muestras en laboratorio. ......................................... 60
Figura 11. Punto de toma de datos ensayo de trazadores, Paipa vereda Volcan. 63
Figura 12. Resumen del proceso metodológico ..................................................... 65
Figura 13. Concentración del mercurio por punto de muestreo. ............................ 67
Figura 14. Concentración del cobre por punto de muestreo. ................................. 67
Figura 15. Concentración del plomo por punto de muestreo. ................................ 68
Figura 16. Interpolación de las muestras de plomo ............................................... 69
Figura 17. Interpolación de las muestras de Cobre ............................................... 69
Figura 18. Interpolación de las muestras de mercurio ........................................... 70
Figura 19. Comportamiento del plomo (A), mercurio (B) y cobre (C) con respecto a
la resolución 0631 de 2015. ................................................................................... 71
Figura 20. Comportamiento de los valores de metales pesados. .......................... 74
Figura 21. Concentración de Mercurio con respecto a la norma NTC 1443 de 2009
............................................................................................................................... 76
Figura 22. Concentración de cobre con respecto a la norma de NTC 1443 de 2009
............................................................................................................................... 77
Figura 23. Concentración de cobre con respecto a la norma de NTC 1443 de 2009
............................................................................................................................... 77
Figura 24. Correlaciones estadísticamente significativas para el mercurio ............ 83
Figura 25. Correlaciones estadísticamente significativas para el plomo ................ 83
Figura 26. Correlaciones estadísticamente significativas para el cobre ................. 84
Figura 27. Componentes principales de un factor entre las concentraciones de Hg
promedio en los niveles tróficos del ecosistema. ................................................... 85
Figura 28. Componentes principales de un factor entre las concentraciones de Pb
promedio en los niveles tróficos del ecosistema. ................................................... 86
Figura 29. Componentes principales de un factor entre las concentraciones de Cu
promedio en los niveles tróficos del ecosistema. ................................................... 87
Figura 30. Resultados del Índice de Geoacumulación para las muestras. ............ 88
Figura 31. Principales dinámicas de los ciclos biogeoquímicos de los metales
pesados. ................................................................................................................ 89
pág. 8
Figura 32. Factor de biomagnificación del mercurio en el ecosistema valorado. ... 92
Figura 33. Factor de biomagnificación del cobre en el ecosistema valorado. ........ 93
Figura 34. Factor de biomagnificación del Plomo en el ecosistema valorado. ....... 93
Figura 35. Modelo ADZ de Trasporte y distribución de concentraciones ............... 94
Figura 36. Modelo de transporte y distribución de concentraciones en el punto 0. 95
Figura 37. Modelo de transporte y distribución de concentraciones en el punto 2. 95
Figura 38. Modelo general del Cobre en el área de estudio. ................................. 97
Figura 39. Modelo general del Mercurio en el área de estudio. ............................. 98
Figura 40. Modelo general del Cobre en el área de estudio. ................................. 98
LISTA DE ANEXOS
Anexo 1. Resultados Metales pesados ................................................................ 112
pág. 9
1 INTRODUCCIÓN
Metales pesados como el mercurio (Hg), cobre (Cu) y plomo (Pb), son considerados
dentro de los mayores agentes tóxicos asociados a la contaminación que afecta el
medio ambiente generada a partir de procesos industriales, constituyen un riesgo
por tener una gran estabilidad química ante los procesos de biodegradación, por lo
cual los seres vivos son incapaces de metabolizarlos, generándose una
contaminación por bioacumulación y un efecto multiplicador en la concentración del
contaminante en la cadena trófica.1
Actualmente la ingesta de mercurio en su forma orgánica (metilmercurio) a través
de peces y alimentos, es un problema de salud pública dada su toxicidad en el
desarrollo neurológico en fetos y niños2. Los peces piscívoros concentran mercurio
en su organismo en la forma orgánica de metilmercurio que se produce por la
metilación que microorganismos del sedimento de los ríos o del suelo y que hacen
al mercurio inorgánico, por tanto, son una fuente importante de contaminación en
humanos3. Su biocumulación puede generar alteraciones congénitas como:
ceguera, sordera, retardo del desarrollo psicomotor, convulsiones, trastorno de la
atención, retardo en el desarrollo del lenguaje y autismo. Los efectos de la
intoxicación con mercurio en niños y adultos incluyen: neuropatía, insuficiencia
renal, compromiso visual, amnesia, trastorno de la coordinación y cambios en la
personalidad4. De igual manera se ha podido establecer que las personas o
poblaciones expuestas a niveles de mercurio pueden desarrollar alteraciones en las
funciones del sistema nervioso.
1 MANCERA-RODRÍGUEZ, Néstor Javier y ÁLVAREZ-LEÓN, Ricardo. Estado Del Conocimiento De Las Concentraciones De Mercurio Y Otros
Metales Pesados En Peces Dulceacuícolas De Colombia. En: Acta Biológica Colombiana. Bogotá. 2006. Vol. 11. No. 1, P. 3-23. 2 SWAIN, Edward., et al. Socioeconomic Consequences of Mercury Use and Pollution. En: Journal of the Human Environment. 2007. Vol. 36.
No. 1, P. 45-61. 3 ORTEGA, Marco. Niveles de plomo y mercurio en muestras de carne de pescado importado y local. En: Pediatría. 2014. Vol. 47. No. 3, P.
51-54. 4 MOYA, Jacqueline., et al. Children’s Behavior and Physiology and How It Affects Exposure to Environmental Contaminants. En: PEDIATRICS.
Illinois. 2004. Vol. 113. No. 4, P. 996-1006.
pág. 10
Los estudios en Colombia se han concentrado en gran parte en el río Magdalena
especialmente en sector de la Mojana y en las ciénagas del sur del departamento
de Bolívar1. También se han adelantado trabajos para la detección de mercurio en
especies comerciales procedentes de la Orinoquia2, y en peces el metal mejor
estudiado es el mercurio. Por ello desarrollar el presente estudio aporta a la
literatura en la cuenca alta del Chicamocha donde no se han realizado estudios
tendientes a determinar la concentración de metales pesados en peces, aun
considerando serios problemas de contaminación por cuenta de una importante
actividad industrial y agrícola sobre el rio y los recursos hidrobiológicos presentes3.
La valoración de la contaminación ambiental por metales pesados presentes en el
medio acuático asociado a un sector de la planta termoeléctrica de GENSA permitirá
describir posibles procesos de biocumulación y biomagnificación en el sector; de
igual modo la comparación bajo los estándares para metales pesados descritos en
la resolución 0631 de 2015 será una herramienta que permitirá hacer una
identificación de contaminantes en el ecosistema, teniendo en cuenta que los
procesos de contaminación por altas concentraciones de metales pesados suponen
un riesgo y una amenaza para el medio ambiente; la contaminación del agua y el
paso de estos componentes al ecosistema resultan de importancia debido
fundamentalmente a su toxicidad, persistencia, bioacumulación, y efectos
sinérgicos en la biota, cuya concentración elevada puede ocasionar niveles de
toxicidad4.
Los resultados evidencian que los valores más altos registrados para mercurio
fueron de 0.003 Hg/ppm, para plomo 0.35 ppm y para cobre de 0.52 ppm, no existen
diferencias significativas entre los promedios para cada punto de muestreo por ello
es difícil inferir posibles focos de contaminación, se evidencia que la concentración
1 MANCERA-RODRÍGUEZ, Néstor Javier y ÁLVAREZ-LEÓN, Ricardo. Estado del conocimiento de las concentraciones de mercurio y otros metales pesados en peces dulceacuícolas de colombia. En: Acta Biológica Colombiana. Bogotá. 2006. Vol. 11. No. 1, P. 3-23. 2 ORTEGA, Marco. Niveles de plomo y mercurio en muestras de carne de pescado importado y local. En: Pediatría. 2014. Vol. 47. No. 3, P. 51-54. 3 PAULSON, Anthony; SHARACK, Beth y ZDANOWICZ, Vincent. Trace metals in ribbed mussels from Arthur Kill, New York/New Jersey, USA. En: Marine Pollution Bulletin. 2003. Vol. 46. P. 139-152. 4 OLIVERO, Jesús y SOLANO Beatris. Mercury in environmental samples from a waterbody contaminated by gold mining in Colombia, South America. En: The Science of the Total Environment. 1998. Vol. 217. P. 83-89.
pág. 11
más alta se da en el punto 1, para el caso del mercurio y del cobre, y el punto 0 para
el caso del Plomo. Los resultados de metales en sedimentos evidencian que
ninguna de las muestras máximas excede los valores estimados en la Resolución
631 de 2015, a pesar de que la curva de tendencia de los parámetros tiende a
aumentar. En cuanto a los valores de las plantas el máximo valor registrado para el
mercurio fue de 2,14 ppm (media 0,33 ppm) seguido por el Plomo 53,43 ppm (media
5,3 ppm) y seguido del cobre 76,22 ppm (media 7,6), En las muestras de peces
analizadas provenientes se detectó la presencia de Hg, Pb y Cu, en los tejidos
evaluados las muestras no excedieron el umbral permitido por la normatividad
colombiana en el caso del mercurio, y son inferiores a las reportadas por otros
estudios, sin embargo son evidentes los procesos de biocumulación que a futuro
pueden derivar en problemas ambientales y de salud pública. Se estableció una
correlación lineal altamente significativa entre la concentración de mercurio y la
longitud estándar de los peces.
El modelo ADZ evidencia que el comportamiento de los contaminantes tiende más
a un carácter advectivo que al dispersivo, según lo analizado en la gráfica del ADZ
de trasporte de solutos.
Debido a que diversos autores han sugerido que la biomagnificación presenta una
relación exponencial entre los niveles de mercurio y la posición trófica, se
recomienda realizar el análisis de mercurio conjuntamente con el análisis de con
métodos químicos que ayuden a describir la interacción.
pág. 12
2 OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO GENERAL
Evaluar la contaminación ambiental por metales pesados mediante la determinación
de procesos de bioacumulación y biomagnificación de Hg, Pb y Cu, en muestras de
peces plantas y del medio acuático en un sector del rio Chicamocha asociado a la
planta termoeléctrica de GENSA Paipa Boyacá.
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
• Cuantificar la presencia de trazas metálicas de mercurio, cobre y plomo
presente en varios niveles tróficos del medio acuático y determinar su riesgo
de contaminación y afectación a la salud humana.
• Determinar la geocumulación y bioacumulación de las trazas metálicas en
las muestras presentes en el ecosistema acuático.
• Implementar un modelo en estado estable de agua superficial para observar
y analizar el comportamiento de la concentración y transporte de metales
pesados en el área de estudio.
3 HIPÓTESIS
La presencia bioacumulación y biomagnificación de Hg, Cu y Pb determinada en
muestras del medio acuático en un sector del río Chicamocha asociado a la planta
termoeléctrica de GENSA, dan cuenta de procesos de contaminación ambiental por
metales pesados, constituyendo un riesgo para la salud pública y calidad eco
sistémica del sector.
pág. 13
4 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
4.1 DEFINICIÓN DEL PROBLEMA
Los metales pesados como el cobre (Cu), plomo (Pb) y mercurio (Hg) son
considerados agentes tóxicos para el medio ambiente, de gran estabilidad química
ante los procesos de biodegradación siendo incapaces de metabolizarse,
generando contaminación por bioacumulación y un efecto multiplicador en la
concentración del contaminante1. El origen de la contaminación es variado y puede
estar relacionado con fenómenos geológicos que participan en su liberación al
ambiente, como el vulcanismo, la desgasificación de la corteza terrestre y la erosión
del suelo. Sin embargo, el origen también es antrópico, atribuido al empleo de éstos
elementos en moléculas que son usadas en la industria y la agricultura, actividades
crecientes durante los últimos años, lo cual ha permitido que sus niveles se eleven
considerablemente2.
Algunos metales pesados y sus formas orgánicas constituyen contaminantes
importantes en fuentes hídricas como el río Chicamocha, por cuanto los sedimentos
y lechos de los ríos son sitios primarios para la metilación, logrando su incorporación
en la red trófica acuática3. Estas formas orgánicas son consideradas tóxicas debido
a que pueden ser absorbidas por los peces, por la capacidad de fijarse en los tejidos
de los organismos expuestos45. Esta bioacumulación de elementos metálicos ocurre
cuando los organismos vivos, absorben este metal más rápidamente de lo que sus
cuerpos pueden eliminarlos, por lo cual el elemento se bioacumula en los tejidos u
órganos6.
1 CORRALES, Diego. Estudio del contenido de metales pesados en dos especies de peces de la zona costera de Montevideo, Uruguay. [Trabajo de Grado]. Montevideo: Facultad de Ciencias. Universidad de la República. 2013 2 AHUMADA, Ramón. Nivel de concentración e índice de bioacumulación para metales pesados (Cd, Cr, Hg, Ni, Cu, Pb y Zn) en tejidos de invertebrados bénticos de bahía San Vicente, Chile. En: Revista de Biología Marina. 1994. Vol. 29. No. 1, P. 77-87. 3 TSAI, Ching-Lin; JANG, Te-Hsuan y WANG, Li-Hsueh. Effects of mercury on serotonin concentration in the brain of tilapia, Oreochromis mossambicus. En: Neuroscience Letters. 1995. Vol. 184, P. 208-211. 4 MARRUGO-NEGRETE, José. Evaluación de la contaminación por metales pesados en la Ciénaga La Soledad y Bahía de Cispatá, cuenca del Bajo Sinú, departamento de Córdoba. Montería: Facultad de Ciencias Básicas. Departamento de Química. Universidad de Córdoba. 2011. 5 EPA, U. National Recommended Water Quality Criteria EPA-822-R-02-047.Office of Science and Technology, 2002. 6 GRAY, John S. Biomagnification in marine systems: the perspective of an ecologist. En: Marine Pollution Bulletin. Elsevier Science Ltd. 2002. Vol. 45, P. 46–52.
pág. 14
Teniendo en cuenta el origen natural y antrópico de los metales pesados y sus
características químicas en presencia del agua, existe un problema potencial de
contaminación para el río Chicamocha en su cuenca Alta, debido a la amplia
actividad agrícola de la región, y de los procesos de contaminación generados a
partir de los impactos en la industria y de la planta termoeléctrica de GENSA que
son fuentes documentadas de metales pesados en el ambiente1 2. Se conoce muy
poco acerca de los efectos de los vertimientos sobre el medio natural provenientes
de los lixiviados de los patios de carbón entre otros3, además hay que considerar
que la cuenca Alta del río Chicamocha muestra deficiencias significativas en materia
de manejo de los residuos y manejo de sus impactos ambientales.
Producto de las externalidades ambientales y actividades adelantadas por la
industria termoeléctrica de GENSA, en las inmediaciones del río Chicamocha se
adelantan una serie de vertimientos: agua a temperaturas elevadas, depósitos de
lodos contaminados con metales pesados y otros lixiviados de los patios de carbón
que son depositados en lagunas de enfriamiento o dispuestos a la intemperie en el
suelo, incluyendo lodos que son dragados y dispuestos en patios de cenizas. Dichos
vertimientos son fuentes presumibles de diferentes contaminantes dentro de los
cuales se pueden considerar trazas metálicas1.
El ecosistema del sector y su equilibrio son vulnerables ante los efectos de la
bioacumulación de metales pesados, una vez estos son transferidos de un nivel
trófico a otro, incrementando su concentración a través de la cadena trófica,
generando procesos de biomagnificación que pueden ocasionar problemas de salud
en la población del sector que aprovechan estos recursos (Pesca artesanal, forraje
contaminadas para ganado, entre otras)4; por ello el ecosistema acuático es
1 GESTIÓN ENERGÉTICA, S. A. Actualización del plan de manejo ambiental, plan de monitoreo y seguimiento, plan de contingencias e indicadores de gestión y de calidad para el manejo ambiental de la central termoeléctrica de Paipa, etapas de operación y mantenimiento. 2009. 2 MANRIQUE-ABRIL, Fred Gustavo., et al. Contaminación de la cuenca alta del rio chicamocha y algunas aproximaciones sobre la salud humana. En: Revista Salud historia sanidad. 2007. Vol. 2. No. 1, P. 3-13. 3 MONROY, Mario; MACEDA-VEIGA, Alberto y DE SOSTOA, Adolfo. Metal concentration in water, sediment and four fish species from Lake Titicaca reveals a large-scale environmental concern. En: Science of the Total Environment. 2014. Vol. 487, P. 233-244. 4 GRAY, John S. Biomagnification in marine systems: the perspective of an ecologist. En: Marine Pollution Bulletin. Elsevier Science Ltd. 2002. Vol. 45, P. 46–52.
pág. 15
importante para verificar y monitorear procesos de bioacumulación, ya que la fuente
hídrica y sus servicios ambientales asociados al sector de la cuenca del Alto
Chicamocha son rutinariamente aprovechados por los pobladores1.
La ingesta de estos contaminantes en su forma orgánica a través de peces es
actualmente un problema de salud pública, dada su toxicidad en el desarrollo
neurológico en fetos y niños2, los peces piscívoros concentran mercurio en su
organismo en las formas orgánicas, por tanto, son una fuente importante de
contaminación en humanos3, su biocumulación puede generar alteraciones
congénitas como: ceguera, sordera, retardo del desarrollo psicomotor,
convulsiones, trastorno de la atención, retardo en el desarrollo del lenguaje y
autismo. Los efectos de la intoxicación con mercurio en niños y adultos incluyen:
neuropatía, insuficiencia renal, compromiso visual, amnesia, trastorno de la
coordinación y cambios en la personalidad4. De igual manera se ha podido
establecer que las personas o poblaciones expuestas a niveles de metales pueden
desarrollar alteraciones en las funciones del sistema nervioso5. En lo que respecta
al plomo este se encuentra en múltiples formas químicas en el ambiente, aunque la
mayor parte se encuentra en formas inorgánicas siendo las actividades humanas la
fuente principal debido a la combustión del petróleo y la gasolina como el principal
componente del ciclo global de plomo6. La intoxicación por plomo se asocia con
trastornos del aprendizaje, especialmente, problemas de atención, hiperactividad,
desorganización, dificultad para seguir indicaciones, bajo cociente intelectual y
retardo del lenguaje7; en adultos se relaciona con trastornos del comportamiento
1 LÓPEZ-GONZÁLEZ, Nelson. Factores de enriquecimiento metálico en sedimentos holocenos del estuario del río Tinto (SO de España). En: Geogaceta. 2005. Vol. 37, P. 223-226. 2 SWAIN, Edward., et al. Socioeconomic Consequences of Mercury Use and Pollution. En: Journal of the Human Environment. 2007. Vol. 36. No. 1, P. 45-61. 3 ORTEGA, Marco. Niveles de plomo y mercurio en muestras de carne de pescado importado y local. En: Pediatría. 2014. Vol. 47. No. 3, P. 51-54. 4 MOYA, Jacqueline; BEARER, Cynthia y ETZEL, Ruth A. Children’s behavior and physiology and how it affects exposure to environmental contaminants. En: Pediatrics. 2004. Vol. 113. No. Supplement 3, P. 996-1006. 5 LEBEL, Jean., et al. Evidence of Early Nervous Systems Dysfunction in Amazonian Populations Exposed to Low-Levels of Methylmercury. En: NeuroToxicology. 1996. Vol. 17. No. 1, P. 157.168. 6PÉREZ, Jorge Nicolás Chantiri, et al. Niveles de plomo en mujeres y niños alfareros. En: Revista médica de la universidad veracruzana. 2003. Vol. 3. No. 1, P. 16-22. 7 MOYA, Jacqueline., et al. Children’s Behavior and Physiology and How It Affects Exposure to Environmental Contaminants. En: PEDIATRICS. Illinois. 2004. Vol. 113. No. 4, P. 996-1006.
pág. 16
con predominio agresivo que puede llegar a la delincuencia, hipertensión, retardo
del desarrollo sexual, disminución de la capacidad cerebral y de las funciones
neurofisiológicas1.
Anudado a lo anterior es importante considerar que se desconoce la presencia,
bioacumulación y biomagnificación de Hg, Cu y Pb en el medio acuático en sectores
del río Chicamocha, a pesar de que se han documentado estudios sobre posibles
riesgos asociados2, lo cual ha evitado que se generen las bases científicas que
describan y prevengan los procesos de contaminación ambiental por metales
pesados, al considerar un riesgo para la salud pública y calidad eco sistémica del
sector.
4.2 JUSTIFICACIÓN
El recurso hídrico del río Chicamocha es un recurso vital para la alimentación,
higiene y actividades de la población asentada en el sector, así como para la
agricultura y la industria3, de éste modo generar las bases científicas para el
entendimiento de la presencia de biocumulación, geoacumulacion y el
comportamiento espacial de los metales pesados puede ser una herramienta de
vital importancia a la hora de brindar información para la gestión y toma de
decisiones sobre los recursos ambientales a las autoridades competentes, que les
permita administrar el territorio desde una perspectiva sostenible.
Los metales pesados como el mercurio, cobre y plomo son sustancias
contaminantes propias de la naturaleza que se encuentran en diferentes
concentraciones, sin embargo, se ha logrado establecer un incremento de niveles
1 ORTEGA, Marco. Niveles de plomo y mercurio en muestras de carne de pescado importado y local. En: Pediatría. 2014. Vol. 47. No. 3, P. 51-54. 2 MONROY, Lina. Alternativas para la Gestión Integral de Residuos Peligrosos, Sólidos Líquidos y Pastosos Generados en el Proceso de Producción de energía en Termopaipa. [Trabajo de Grado]. Bogotá: Universidad de la Salle. 2006. p. 120. 3 DAZA LEGUIZAMÓN, Omar Javier y SANABRIA Marin, Rigaud. Identificación de conflictos de uso de suelo en rondas hídricas: herramienta para manejo ambiental. Caso de estudio municipio de Paipa. En: Perspectiva Geográfica. 2008. Vol.13, P. 13 – 26. Daza.
pág. 17
de estos constituyentes naturales, atribuido a actividades industriales no sostenibles
derivando en un problema ambiental que debe ser caracterizado y cuantificado,
permitiendo brindar información acerca de la acumulación de sustancias químicas
en organismos vivos, la propagación sucesiva de la bioconcentración de los
diferentes eslabones que participan a lo largo de la cadena trófica, además de
información acerca de la acumulación o enriquecimiento de metales pesados en el
suelo1 .
Las características químicas hacen que este tipo de contaminantes sean
biodisponibles para los organismos vivos, se bioacumulen en éstos y puedan sufrir
procesos de biomagnificación a través de la cadena trófica, de hecho para la
mayoría de los organismos, la exposición a metales pesados, por encima de una
concentración umbral puede ser extremadamente tóxica; los metales pesados son
considerados uno de los grupos de contaminantes ambientales más peligrosos y
por lo tanto, constituyen un riesgo importante para los seres vivos, por ello la
determinación de la presencia de éstos contaminantes pueden generar información
a modo de alertas a la salud pública.2.
Los estudios en Colombia se han concentrado en gran parte en el río Magdalena
especialmente en sector de la Mojana y en las ciénagas del sur del departamento
de Bolívar3. También se han adelantado trabajos para la detección de mercurio en
especies comerciales procedentes de la Orinoquia4, y en peces el metal mejor
estudiado es el mercurio. Por ello desarrollar el presente estudio aporta a la
literatura en la cuenca alta del Chicamocha donde no se han realizado estudios
tendientes a determinar la concentración de metales pesados en peces, aun
1 RAMÍREZ-GONZÁLEZ A. Lineamientos y estadísticas para estudios biológicos de impacto ambiental. Bogotá: INDERENA/INFOTEC Ltda.1988. 2 AMAYA, Jeanette y PACHECO, Pedro. Análisis Factorial Dinámico Mediante El Método Tucker3. En: Revista Colombiana de Estadística. Bogotá. 2002. Vol. 25, No. 1, P. 43-57.Amaya 3 MANCERA-RODRÍGUEZ, Néstor Javier y ÁLVAREZ-LEÓN, Ricardo. Estado Del Conocimiento De Las Concentraciones De Mercurio Y Otros Metales Pesados En Peces Dulceacuícolas De Colombia. En: Acta Biológica Colombiana. Bogotá. 2006. Vol. 11. No. 1, P. 3-23. 4 ORTEGA, Marco. Niveles de plomo y mercurio en muestras de carne de pescado importado y local. En: Pediatría. 2014. Vol. 47. No. 3, P. 51-54.
pág. 18
considerando serios problemas de contaminación por cuenta de una importante
actividad industrial y agrícola sobre el rio y los recursos hidrobiológicos presentes1.
La valoración de la contaminación ambiental por metales pesados presentes en el
medio acuático asociado a un sector de la planta termoeléctrica de GENSA permitirá
describir posibles procesos de biocumulación y biomagnificación en el sector; de
igual modo la comparación bajo los estándares para metales pesados descritos en
la resolución 0631 de 2015 será una herramienta que permitirá hacer una
identificación de contaminantes en el ecosistema, teniendo en cuenta que los
procesos de contaminación por altas concentraciones de metales pesados suponen
un riesgo y una amenaza para el medio ambiente; la contaminación del agua y el
paso de estos componentes al ecosistema resultan de importancia debido
fundamentalmente a su toxicidad, persistencia, bioacumulación, y efectos
sinérgicos en la biota, cuya concentración elevada puede ocasionar niveles de
toxicidad2.
La determinación de la bioacumulación de metales en muestras de peces presentes
en un sector del rio Chicamocha permitirá hacer una valoración preliminar del efecto
de la central sobre la generación de metales pesados, debido a que estos elementos
no pueden ser degradados o destruidos y cuya acumulación en el ambiente se ha
aumentado por cuenta de algunas prácticas industriales mal enfocadas y generar
un aporte a los estudios que se han llevado a cabo en Colombia3
Por otra parte, la determinación del factor de biomagnificación de metales, en
muestras biológicas representa una herramienta importante como comparación bajo
los estándares permitidos por la NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 14434 con
1 PAULSON, Anthony; SHARACK, Beth y ZDANOWICZ, Vincent. Trace metals in ribbed mussels from Arthur Kill, New York/New Jersey, USA. En: Marine Pollution Bulletin. 2003. Vol. 46. P. 139-152. 2 OLIVERO, Jesús y SOLANO Beatris. Mercury in environmental samples from a waterbody contaminated by gold mining in Colombia, South America. En: The Science of the Total Environment. 1998. Vol. 217. P. 83-89. 3 MANCERA-RODRÍGUEZ, Néstor Javier y ÁLVAREZ-LEÓN, Ricardo. Estado del conocimiento de las concentraciones de mercurio y otros metales pesados en peces dulceacuícolas de colombia. En: Acta Biológica Colombiana. Bogotá. 2006. Vol. 11. No. 1, P. 3-23. 4 Norma Técnica Colombiana NTC 1443. (2009). Productos de la pesca y acuicultura. Pescado entero, medallones y trozos, refrigerados o congelados. Tercera actualización. Bogotá: Icontec.
pág. 19
respecto a los productos de la pesca y acuicultura como insumo para identificar
proceso de contaminación en el sector1. De este modo estas especies pueden ser
utilizadas como bioindicadores en cuanto a la presencia de agentes tóxicos ante la
posibilidad de generar problemas de salud publica
La cuenca Alta del río Chicamocha muestra deficiencias significativas en materia de
información científica de base que permita dar herramientas para el manejo de los
residuos y sus impactos ambientales, lo cual impide disminuir los efectos resultantes
del manejo inadecuado de vertimientos y la disposición de residuos a los cuerpos
de agua2.
Desde el punto de vista de la cooperación y la vinculación de empresas de manera
participativa en la generación de investigación, la presente iniciativa fortalece los
vínculos institucionales, teniendo en cuenta que la empresa GENSA S.A participa
como ente cofinaciador de la investigación, evidenciando procesos de
responsabilidad ambiental y de integración voluntaria, en las preocupaciones
sociales y ambientales en sus operaciones comerciales y sus relaciones con sus
interlocutores, de igual manera propende por el fortalecimiento de líneas de
investigación y generación de productos de investigación.
1 SHAW, Benjamin y HANDY, Richard D. Dietary copper exposure and recovery in Nile tilapia, Oreochromis niloticus. En: Aquatic Toxicology. 2006. Vol. 76, P. 111–121. 2 MANRIQUE-ABRIL, Fred Gustavo., et al. Contaminación de la cuenca alta del rio Chicamocha y algunas aproximaciones sobre la salud
humana. En: Revista Salud historia sanidad. 2007. Vol. 2. No. 1, P. 3-13.
pág. 20
5 MARCO REFERENCIAL
5.1 MARCO TEÓRICO.
5.1.1 Operación de la central térmoelectrica.
La Central Termoelectrica de Paipa se encuentra ubicada en el departamento de
Boyaca, municipio de Paipa, vereda “El Volcan” (Bajo), en el kilómetro 3 de la via
Paipa – Tunja y sobre la margen izquierda del rio Chicamocha. La Central utiliza
como combustible principal carbón para la generación de energia en ciclo Rankine
regenerativo en tres unidades: Unidad I de 30 MW, Unidad II de 74 MW y Unidad III
de 74 MW. Las unidades basicas son la caldera, la turbina, el condensador y la
bomba. En la caldera se realiza la transmisión de calor al agua (fluido de trabajo)
hasta convertirla en vapor. En la turbina la energía se convierte en energía cinética.
En el condensador ocurre el intercambio de calor para convertir el vapor en agua,
la cual sera enviada por la bomba a la caldera para iniciar de nuevo el ciclo. Existen
algunas mejoras al ciclo, como el uso de sobrecalentadores a la salida de la caldera
que permitan obtener vapor sobrecalentado que aumente el rendimiento del ciclo.
En la central se aplica una variación del ciclo Rankine convencional, denominada
ciclo Rankine regenerativo, la cual supone el uso de calentadores de agua de
alimentación.
El agua requerida para las diferentes actividades de la Central puede dividirse como:
Agua para generacion de vapor: el recurso es tomado del rio Chicamocha y
tratado en la planta de desmineralización para su uso en el ciclo para generación
de vapor en la caldera. La calidad del agua tomada para el proceso es similar a la
del rio Chicamocha.
pág. 21
Agua para enfriamiento: el recurso es tomado del rio Chicamocha a traves de las
lagunas de enfriamiento y se usa sin ningun tratamiento previo o posterior. Es usado
para la refrigeración de las unidades de generación.
Los aceites y grasas requeridos para proceso son transportados hasta la central y
almacenados en los contenedores originales hasta su consumo en el mantenimiento
de las diferentes áreas que los requieren.
Figura 1. Operación de la central termoeléctrica .
Fuente: Actualización PMA GENSA 2009.
pág. 22
5.1.2 Descripción de los Metales pesados
Los metales pesados son elementos metálicos que se le atribuyen efectos de
contaminación ambiental, toxicidad y ecotoxicidad, tienen una densidad igual o
superior a 6 g/cm3 cuando están en forma elemental, su presencia en la corteza
terrestre es inferior al 0.1% y casi siempre menor al 0.01%, Marrugo (2011)1, hace
una recopilación de características químicas y ecotoxicologicas de los metales la
cual se reseña a continuación para los metales del presente trabajo:
5.1.2.1 Cobre (Cu)
Se encuentra comúnmente con una valencia de 2, pero puede existir con valencias
0, +1 y +3. El Cu se presenta en diversas sales minerales y compuestos orgánicos,
es poco soluble en agua, este metal ocurre naturalmente en el ambiente en rocas,
el suelo, el agua y el aire. Es esencial para plantas y animales (incluso seres
humanos). Las fuentes naturales de cobre incluyen el viento; partículas volcánicas,
incendios forestales, brisa marina y procesos biogénicos. Las fuentes
antropogénicas incluyen: fundidoras, industria del hierro, estaciones de energía,
aunque la mayor liberación de cobre a la tierra es de los jales de las minas de Cu y
lodos del drenaje.
4.1.1.2 Mercurio (Hg)
El Hg es un metal que ocurre en forma natural en el ambiente en varias formas
químicas. Se combina con otros elementos, por ejemplo cloro, azufre u oxígeno
para formar compuestos de Hg inorgánicos o "sales," las que son generalmente
polvos o cristales blancos; también se combina con carbono para formar
compuestos de Hg orgánicos. El más común, metilmercurio (MeHg), es producido
principalmente por organismos microscópicos en el suelo y en el agua. El Hg es un
1 MARRUGO, José; LANS, Edineldo y BENÍTEZ, Luis. Hallazgo de mercurio en peces de la ciénaga de ayapel, Córdoba, Colombia. En: Revista
de Medicina Veterinaria y Zootecnia. Córdoba. 2007. Vol. 12. No. 1, P. 878-886.
pág. 23
elemento tóxico ubicuo en concentraciones traza en el ambiente es emitido a la
atmosfera de numerosas fuentes naturales y antropogénicas, que puede ser
depositado de fuentes emisoras o por transporte de atmosférico seguido por la
deposición en ecosistemas lejanos a la fuente emisora. Los sedimentos son el
principal sumidero de Hg en los sistemas acuáticos. El metilmercurio (MeHg) es la
forma más tóxica del Hg, la cual es fácilmente bioacumulada y biomagnificada en
las cadenas alimenticias. El MeHg en ambientes acuáticos se forma principalmente
por biometilación del Hg depositado en los sedimentos. Dado que más del 90% del
Hg está presente como MeHg en la biota acuática (organismos bentónicos y peces),
la principal fuente de exposición humana al MeHg es el consumo de pescado. Por
esta razón, la evaluación de los niveles de Hg representa un factor importante no
solo desde el punto de vista toxicológico, sino también para la evaluación de los
impactos potenciales sobre la salud pública.
4.1.1.3 Plomo (Pb)
Es un componente natural de la corteza terrestre, y se encuentran comúnmente en
los suelos, plantas y agua a niveles traza. La aparición de Pb metálico en la
naturaleza es poco frecuente. Los efectos tóxicos producidos por el Pb son
conocidos desde hace más de 2000 años y a pesar de ello continúa siendo un
importante tema de salud pública en la mayoría de los países industrializados.
Puede afectar a casi todos los órganos y sistemas del organismo. El más sensible
es el sistema nervioso, especialmente en los niños (en forma orgánica). También
daña los riñones y el sistema reproductivo. Una de las principales fuentes de
contaminación del ambiente es el proveniente de la combustión de la gasolina, en
donde se usa como antidetonante, lo que puede representar una vía importante de
entrada en la cadena alimenticia al consumir los animales de áreas contaminadas.
4.1.2 Biogeoquímica de los metales pesados en los ecosistemas acuáticos
pág. 24
Los metales no pueden ser sintetizados o degradados, ni mediante procesos
biológicos ni artificiales una vez estos elementos se incorporan a ecosistemas
acuáticos como por ejemplo en la cuenca del Alto Chicamocha, se transforman a
través de procesos biogeoquímicos y se distribuyen entre varias especies con
distintas características físico-químicas, por ejemplo, material particulado (>0,45
μm), coloidal (1 nm-0,45 μm) y especies disueltas (≤1 nm)1.
Los metales que pasan a los sedimentos pueden ser depositados o bien
removilizados a través de diversos procesos diagenéticos, como la reducción de
hierro y manganeso. Dado que las transformaciones entre diversas especies de
metal, que a menudo implican cambios en la coordinación de los enlaces y/o
cambios en el estado de oxidación, pueden ocurrir de forma continua, el destino de
los metales trazas en los ecosistemas acuáticos depende en gran medida de las
especies, las cuales pueden coexistir y pueden o no estar en equilibrio
termodinámico. Estos cambios son normalmente reversibles en escalas de tiempo
que varían en función del elemento, con la consecuencia importante de que la
especiación de un metal es función de las condiciones biofisicoquímicas del medio
en el cual se encuentra, y por tanto puede variar en función del tiempo y del espacio.
Variaciones en la proporción de las especies presentes afectan a la
biodisponibilidad de los metales traza, su grado de adsorción en los coloides y
partículas, y en general a la movilidad en la columna de agua2.
Los procesos biogeoquímicos que regulan la movilidad de los metales pesados en
los medios acuáticos, incluyen los procesos de adsorción, la reacciones redox, así
como los procesos de meteorización.3.
1 MARRUGO, Jaime., et al. Impacto ambiental por contaminación con níquel, mercurio y cadmio en aguas, peces y sedimentos en la cuenca del río San Jorge, en el departamento de Córdoba. Informe Final. Oficina de Investigaciones, Universidad de Córdoba, 2006. 2 GARCÍA PORTILLO, Víctor Daniel. Estudio sobre la estabilidad de la inmovilización de metales pesados, en sedimentos del cauce del río San Pedro. [Tesis de Grado]. Aguascalientes: Maestría en Ciencias: Toxicología. Centro de Ciencias Básicas. Universidad Autónoma de Aguascalientes. 2011. 3 ZAMORA-BARATO, Casto. Estudio del contenido de metales pesados en suelos de la cuenca del Río Turia. [Tesis de Grado]. Valencia: Escuela Politécnica Superior de Gandia. Universitat Politècnica de València. 2014.
pág. 25
5.1.3 Comportamientos de los metales en ecosistemas acuáticos
La importancia de las sustancias tóxicas como los metales pesados en el
medioambiente estaba directamente relacionada con la concentración total en agua,
aire y suelos. Sin embargo, se sabe desde hace tiempo que la concentración total
de un metal no es un buen indicador de sus efectos en el medioambiente y la biota1,
gracias a los experimentos de laboratorio en los que se han examinado los efectos
sobre los organismos frente a unas exposiciones particulares, así como a los
estudios de campo en los que se han comparado las concentraciones en el
medioambiente y en los organismos. Estos experimentos han develado que los
metales pesados actúan sobre los organismos no solo en función de su
concentración, sino que existen también otra gran variedad de factores que influyen
sobre sus efectos. Entre estos factores se incluyen la biodisponibilidad y una serie
de características intrínsecas a la naturaleza del propio organismo (familia y especie
a la que pertenece, género, edad, susceptibilidad etc.).
En los ecosistemas acuáticos se emplean frecuentemente ciertos términos que
permiten describir la conducta de los contaminantes en relación con los sistemas
biológicos acuáticos, entre los que se encuentran los siguientes que fueron descritos
por Gray (2002)2.
5.1.3.1 Bioacumulación
Aumento progresivo de la cantidad de sustancia en un organismo o parte de él,
como consecuencia de que el ritmo de absorción supera la capacidad del organismo
para eliminar la sustancia.
1 CALACE, Nicoletta; PETRONIO, Bianca Maria y PIETROLETTI, Marco. METAL BIOAVAILABILITY: HOW DOES ITS SIGNIFICANCE CHANGE IN THE TIME. EN: Annali di Chimica. 2006.Vol. 96, P. 205–213. 2 GRAY, John S. Biomagnification in marine systems: the perspective of an ecologist. En: Marine Pollution Bulletin. Elsevier Science Ltd. 2002. Vol. 45, P. 46–52.
pág. 26
5.1.3.2 Biomagnificación
Secuencia de procesos que conducen a aumentar la concentración de una
sustancia en un organismo con respecto a la del medio que se lo ha aportado. Se
suele aplicar a los ecosistemas más que a los individuos.
5.1.3.3 Bioconcentración
Proceso por el cual una sustancia alcanza en un organismo una concentración más
alta que la que tiene en el ambiente a que está expuesto.
5.1.3.4 Biodisponibilidad
Grado de absorción de una sustancia por un organismo vivo
5.1.3.5 Descripción de los procesos
La bioacumulación hace referencia al balance entre la cantidad de metal
incorporado a los seres vivos y la cantidad que éstos son capaces de eliminar de su
propio organismo. Este término tiene en cuenta el hecho, que aunque la cantidad
de metales pesados esté por debajo de valores que puedan producir efectos
adversos sobre los organismos, la continua acumulación en situaciones en las que
el balance metálico ingreso/excreción sea positivo puede hacer que los niveles de
los metales pesados en el organismo se incrementen con el tiempo hasta valores
en los que se manifiesten efectos adversos. La bioacumulación de metales pesados
en organismos acuáticos aumenta bajo determinadas circunstancias, entre las que
se destacan el menor peso corporal (estadios larvarios y juveniles), menor salinidad,
mayor temperatura del agua, ausencia de metales competidores (alcalinos y
pág. 27
alcalinotérreos) y mayor proximidad a la superficie del agua1. Aunque las
concentraciones de metales pesados en la mayoría de los sistemas acuáticos como
el del rio Chicamocha suelen encontrarse por debajo de niveles en los que se han
comprobado sus efectos tóxicos y letales sobre los organismos acuáticos, en
ensayos de laboratorio se han encontrado indicios de efectos a medio-largo plazo
de metales pesados sobre los organismos vivos a concentraciones subletales por
efecto, principalmente, de fenómenos de bioacumulación2.
La biomagnificación se produce por el incremento en la concentración de un
contaminante en los organismos a medida que asciende en su posición en la cadena
trófica. Así, la cantidad de metal retenida por un organismo es asimilada
directamente por su depredador, que a su vez puede servir de alimento a otro
organismo situado en un nivel superior de la cadena trófica, con el consiguiente
incremento en la cantidad de metal acumulado por este último3. Es difícil
documentar los posibles casos de biomagnificación debido a los inconvenientes que
se tienen para disponer de todos los organismos que componen la dieta del
predador en la cadena trófica de un ecosistema en particular, y además es difícil
correlacionar diferentes especies situadas a distintos niveles con un sistema
idéntico de captación del contaminante, una distinta exposición (longevidad) y
diferente fisiología (destoxificación).
5.1.4 Ecotoxicología de metales pesados en los ecosistemas acuáticos
Los metales pesados son constituyentes naturales de la corteza terrestre. Como no
pueden degradarse ni destruirse son contaminantes estables y persistentes del
medio ambiente, a diferencia de otras sustancias tóxicas. Además, las actividades
humanas han modificado drásticamente los ciclos biogeoquímicos de algunos
1 ZAMORA-BARATO, Casto. Estudio del contenido de metales pesados en suelos de la cuenca del Río Turia. [Tesis de Grado]. Valencia: Escuela Politécnica Superior de Gandia. Universitat Politècnica de València. 2014. 2 Soledad 2016 3 MOLINA, Carlos; IBAÑEZ, Carla y GIBON, François-Marie. Proceso de biomagnificación de metales pesados en un lago hiperhalino (Poopó, Oruro, Bolivia): Posible riesgo en la salud de consumidores. En: Ecología en Bolivia. 2012. Vol. 47. No. 2, P. 99-118.
pág. 28
metales pesados pudiendo influir en sus efectos tóxicos potenciales en, al menos,
dos formas principales:
I. Por las aportaciones antropogénicas (en calidad y cantidad) al agua,
suelo, aire y alimentos
II. Alterando la especiación o forma química de los elementos1.
El efecto de los metales pesados sobre los organismos vivos no solo depende de la
concentración en la que se encuentren presentes, sino también de otros factores
tanto intrínsecos a la naturaleza del propio organismo (familia y especie a la que
pertenece, mecanismos de regulación de metales, edad, estrés, etc.) como a las
características del hábitat, al tiempo al que hayan estado expuestos al metal
(efectos agudos o crónicos) y el grado de accesibilidad de éstos por parte de los
organismos vivos. La mayoría de los metales afectan a sistemas múltiples,
interfiriendo procesos bioquímicos específicos (enzimas) y/o membranas celulares
u orgánulos2. El efecto tóxico del metal normalmente supone una interacción entre
el ion metálico libre y su diana. En general, los mecanismos de acción tóxica de los
metales se pueden agrupar en:
1. Agregación a centros donde los metales no se unen normalmente.
2. Sustitución de elementos esenciales, particularmente en los sitios activos de las
enzimas.
3. Unión que cambia la conformación y reactividad de las enzimas.
4. Reemplazo de unos grupos (fosfato) por otros (arsenato) con dimensiones
similares.
5. Precipitación por formación de compuestos insolubles (fosfatos, sulfuros).
1 VASCONCELOS, M. Teresa Y LEAL, M. Fernanda. Antagonistic interactions of Pb and Cd on Cu uptake, growth inhibition and chelator release
in the marine algae Emiliania huxleyi. En: Marine Chemistry.2000. Vol. 75, P. 123-139. 2 VASCONCELOS, M. Teresa; LEAL, M. Fernanda y van den BERG Constant Influence of the nature of the exudates released by different marine algae on the growth, trace metal uptake and exudation of Emiliania huxleyi in natural seawater. En: Marine Chemistry.2002. Vol. 77, P. 187-210.
pág. 29
6. Alteración de la permeabilidad de las membranas por combinación de los metales
con diversos grupos.
7. Cambio de elementos con papel electroquímico similar, tales como potasio y talio.
5.1.5 Efectos de la contaminación por metales en la salud humana.
En cuanto a los efectos en el ser humano de la contaminación por metales pesados
se ha documentado ampliamente como factor importante el consumo de peces de
diferentes especies1. Ortega (2014) menciona dentro de los efectos para el ser
humano las alteraciones congénitas como: ceguera, sordera, retardo del desarrollo
psicomotor, convulsiones, trastorno de la atención, retardo en el desarrollo del
lenguaje y autismo. Los efectos de la intoxicación con metales en niños y adultos
incluyen: neuropatía, insuficiencia renal, compromiso visual, amnesia, trastorno de
la coordinación y cambios en la personalidad.
Po otro lado estudios como el implementado por Moya (2004)2 se menciona como
la intoxicación por plomo en la edad pediátrica se asocia con trastornos del
aprendizaje, especialmente, problemas de atención, hiperactividad,
desorganización, dificultad para seguir indicaciones, bajo cociente intelectual y
retardo del lenguaje; Además, pueden presentar trastornos de la audición y el
equilibrio, incapacidad para activar la vitamina D por daño renal y anemia por
inhibición de ferroquelatasa.
Los efectos de la intoxicación por metales en adultos se relacionan con trastornos
del comportamiento de predominio agresivo que pueden llegar a la delincuencia,
hipertensión, retardo del desarrollo sexual, disminución de la capacidad cerebral y
de las funciones neurofisiológicas.
1 ORTEGA, Marco. Niveles de plomo y mercurio en muestras de carne de pescado importado y local. En: Pediatría. 2014. Vol. 47. No. 3, P. 51-54. 2 MOYA, Jacqueline; BEARER, Cynthia y ETZEL, Ruth A. Children’s behavior and physiology and how it affects exposure to environmental contaminants. En: Pediatrics. 2004. Vol. 113. No. Supplement 3, P. 996-1006.
pág. 30
5.1.6 Modelo de trazas metálicas.
Es importante considerar en la dinámica de los contaminantes obedece a dinámicas
como que los metales se encuentran en una en fase adsorbida particulada o en la
fase disuelta del sedimento allí participa del intercambio entre iones de metales
sorbidos e iones de metales acuosos por medio de mecanismos de adsorción y
desorpción.
Cuando los metales en el ambiente se encuentran en una fase disuelta, estos
pueden presentar formas complejas con un numero de ligando diferentes en aguas
naturales. Los Iones metálicos pueden formar complejos que se observan por
movimiento de H2O del río y corrientes lluvia. En las dinámicas de los ríos son
susceptibles de participar en la erosión de los sedimentos de los ríos, permitiendo
la entrada de la columna de agua de tal forma que los sólidos suspendidos, pueden
sedimentar y quedar depositados en el lecho. Los iones metálicos del agua capilar
del sedimento pueden difundirse en la carga superior de la columna del agua o
viceversa (ver Figura 2).
pág. 31
Figura 2. Proceso de absorcion de metales en el ecosistema. Fuente: Thomas & Muller, 2002
De acuerdo a lo anterior y para considerar la modelación del comportamiento de
trazas de metales en ríos es pertinente considerar que los ríos son canales abiertos
que tienen velocidades de flujo, los canales pueden variar con respecto al tiempo y
la distancia longitudinal. De igual forma, los ríos poseen áreas transversales que
pueden variar con la distancia longitudinal.
La ecuación de St. Venant es un modelo longitudinal para el flujo de canales abiertos
en estado no estable, la cual se emplea para determinar hacia donde se esta
moviendo el agua:
pág. 32
𝛿𝑧
𝛿𝑡=
1
𝑏 𝛿𝑄
𝛿𝑥+
1
𝑏 𝑞1. (1)
𝛿𝑄
𝛿= (
𝑄2𝑏
𝐴2 𝑔𝐴) −
𝛿𝑄
𝐴 𝛿𝑄
𝛿𝑥+
𝑄2
𝐴2 .
𝛿𝐴
𝛿𝑥 − 𝑔𝐴𝑆𝑓 (2)
Donde:
Q = Distancia, L3/T.
t = Tiempo, t.
Z = Elevación absoluta del agua sobre el nivel del mar, L.
A = Area total de la sección transversal, L2.
b = Amplitud del nivel del agua, L.
g = Aceleración gravitacional, L/T2.
X = Distancia longitudinal, L.
qi = Entrada de flujo lateral por unidad de longitud del rio, L2/T.
Sf = Pendiente de fricción.
La ecuación que representa la pendiente de fricción esta dada por:
𝑆𝑓 =f F 𝑄2
8𝑔 𝐴 𝐴2 (3)
Donde:
P = Perimetro de Humedad, L.
pág. 33
f = Factor de fricción Darcy-Weesbach.
El enfoque del modelo consiste en acoplar un modelo de equilibrio quimico de la
ecuación de balance de masa para determinar la concentración total del metal en la
columna de agua. El caso más basico de la distribución de la carga residual es un
calculo sencillo de dilatación asumiendo agitación completa de la descarga residual
con respecto a la concentración de los metales corriente arriba. Se asume como
condición de caso extremo que la totalidad de la concentración de los metales
(concentración adsorbida disuelta y particulada) son biodisponible para la biota. El
metal particulado puede mas tarde biodisponerse en los organismos acuaticos o
pueden hacerse biodisponible en los organismos benticos despues de que el metal
se ha depositado en el sedimento.
Los procesos fisicos juegan un papel importante en la determinación del destino de
los solutos en los ambientes del agua superficial. Un ejemplo serio la liberación de
tinta o una sustancia conservativa en el centro de una corriente de agua que fluye
libremente. La tinta forma una nube que se mueve aguas abajo con el flujo de agua,
este proceso se conoce con el nombre de Advección, describe el transporte de
solutos a la velocidad del flujo con la velocidad media. La nube se mueve hacia
aguas abajo, y los procesos de mezcla a escala pequena incrementa el volumen en
contacto con la tinta y por lo tanto disminuye la concentración. A este proceso se le
ha denominado Dispersión, la cual se atribuye a dos fenómenos fisicos: La difusión
molecular y las fluctuaciones de velocidad causadas por los esfuerzos cortantes.
5.1.6.1 Modelo ADZ
Para la presente investigación se retomó la propuesta de Monroy1 aplicando el
modelo Advectión Dispersión Equation. Este modelo viene siendo evaluado en las
1 BEDOYA-CONTRERAS, John. Modelo de simulación de transporte de metales pesados en la cuenca baja del río Tunjuelo. [Trabajo de
Grado]. Bogotá: Facultad de Ingeniería Ambiental y Sanitaria. Universidad de la Salle. 2007
pág. 34
dos últimas décadas para su utilización practica en redes de distribución de agua
potable y flujo en ríos, y permite definir el transporte, la advección y dispersión,
describen el transporte de solutos bajo condiciones de estado estable; Las zonas
muertas son en esencia, las principales responsables de la dispersión que
experimenta una nube de soluto en el agua. El modelo ADZ simplifica el fenómeno
dispersivo en una zona de almacenamiento simple con un volumen definido y con
un tiempo de residencia asociado.
Los principales parametros de formulación del modelo son los siguientes:
• Tiempo de residencia (Tr): representa el componente del tiempo de viaje
global asociado con la dispersión.
• Retraso advectivo (τ): representa el componente del tiempo de viaje global
asociado con la advección.
• Tiempo de viaje del soluto (t ): define el tiempo total que el soluto permanece
el tramo siendo sometido a Advección y dispersión
T =Tr + t (1)
La fracción dispersiva (DF) es una proporción que representa que tanto volumen
total de un tramo se encuentra completamente mezclado.
DF = Tr/T= 1- τ /t. (2)
Entonces el modelo ADZ puede describirse de forma discreta (Young y Beven,
1993)
(Sk) = a1 s(k-)1+bo sU (k–δ) (3)
Donde los coeficientes:
S(k)= Concentración aguas arriba
SU = Concentración aguas abajo
pág. 35
k = Constantes de Destino
δ = Retrazo advectivo en multiplos de Δt
pág. 36
Figura 3. Diagrama de representación de tiempo de viaje
Fuente: Monroy, 2006
5.1.6.2 Ensayo de trazadores
Los experimentos de trazadores proveen la mejor información disponible para
calibrar y evaluar la aplicación de modelos hidraulicos, empleados en la modelación
de la calidad del agua. La información obtenida por los estudios de trazadores puede
ser utilizada para describir los efectos advectivos y dispersivos del transporte de
solutos, en la aplicación de los modelos de calidad. Siendo valioso en estudios de
calidad del agua incluyendo los siguientes fines:
• Determinar tiempo de viaje en los cuerpos de Agua
• Determinar coeficientes de dispersión y patrones de mezcla en agua debajo
de las descargas de agua y tributarios
• Determinar la dilución en mediciones de re-dirección.
• Estudiar patrones de circulación y problemas de estratificación
• Determinar caudales en corriente
• Estudiar movimientos de agua subterranea
pág. 37
• Estudiar balances de masa
• Investigar fuentes de agua y procedencia
5.1.7 Normatividad colombiana: Regulación de metales en el ambiente
En Colombia la regulación de la presencia de contaminantes metálicos en el medio
ambiente es regulada principalmente por la norma NTC 1443, 20091 en lo que se
refiere a productos de la pesca y acuicultura, estableciendo los requisitos del
pescado entero, medallones y trozos, refrigerados o congelados aptos para
consumo humano teniendo en cuenta limites admisibles de metales pesados
incluyendo el mercurio y plomo.
De igual modo en cuanto a la presencia de metales pesados en medios acuáticos
se puede mencionar la Resolución 0631 de 20152, y Decreto 050 de 2018 del
MADS. Por el cual se establecen los parámetros y los valores límites máximos
permisibles en los vertimientos puntuales a cuerpos de agua superficiales y a los
sistemas de alcantarillado público. Esta resolución modifica el sistema de medición
de los factores contaminantes que pueden presentarse en las aguas residuales;
definiendo límites máximos de las concentraciones de cada uno de los parámetros
contaminantes incluidos metales pesados, clasificándolos por las diversas
actividades económicas.
Dentro de los criterios que se regularizan se encuentra:
a. Rangos de temperatura admisible para el agua residual a verter
b. Parámetros microbiológicos
c. Límites permisibles de Ingredientes activos plaguicidas
d. Límites permisibles de parámetros fisicoquímicos (Incluidos metales pesados)
1 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1443. (2009). Productos de la pesca y acuicultura. Pescado entero, medallones y trozos, refrigerados o congelados. Tercera actualización. Bogotá: Icontec. 2 MINISTERIO DE MEDIO AMBIENTE Y DESARROLLO SOSTENIBLE (Colombia). Resolución 0631 de 2015. Parámetros y los valores límites máximos permisibles en los vertimientos puntuales a cuerpos de aguas superficiales. Bogotá: Minambiente .2015.p. 30.
pág. 38
4.2 ESTADO DEL ARTE
5.1.8 Estudios de metales en ríos
En las últimas décadas se han desarrollado estudios para evaluar los son
detectados con el fin de conocer el destino y su efecto sobre el medio ambiente, en
la última década a nivel mundial se han desarrollado numerosos estudios tendientes
a evaluar las concentraciones de contaminantes en sedimentos1.
A nivel mundial los ejemplos de países en los que se detectaron o reportaron altos
niveles de contaminación por metales pesados en aguas (sin incluir las geotérmicas)
desde finales de la década de 1990 son El Salvador (1998), Nicaragua (1996/2000),
Brasil (1998/2000), Bolivia (2001), Cuba (1985/2002), Ecuador (2005), Honduras
(2006), Uruguay (2005/06), Colombia (2007) y Guatemala (2007)2, por mencionar
algunos.
En los últimos años, se han publicado diversos estudios sobre metales tóxicos
acumulados en sedimentos y sus posibles efectos ecológicos y sobre la salud
humana. En este sentido se señala la necesidad de medir la disponibilidad y la
movilidad de los metales en las muestras para entender su comportamiento y
prevenir peligros potencialmente tóxicos.
En Colombia ecosistemas Alto Andinos y ríos de condiciones similares a las del rio
Chicamocha también han sido estudiadas por diferentes investigadores y entidades3
en los que se ha demostrado el alto grado de contaminación de este tipo de
1 ADRIANO, Dommy. Trace elements in terrestrial environments: Biogeochemistry, Bioavailability, and Risks Of Metals. Chapter 7: Arsenic, 2 ed. Springer: University of Georgia. 2001. p. 220-261. 2 MELLO DE CARVALHO, Luciana. Distribución espacial de metales pesados en la Cuenca del Arroyo Carrasco y su relación con el uso de la cuenca asociada. [Tesis de Grado]. Montevideo: Programa Maestría en Ciencias Ambientales. Facultad de Ciencias. Universidad de la República. 2012 3 CAR. 1991. Programa de aforo y muestreo de los ríos Bogotá, Ubaté y Suárez y sus afluentes; muestreo a embalses, lagos y lagunas, preservación y transporte de muestras. Informe final. Ingeseries Ltda., Bogotá
pág. 39
ecosistemas. Actualmente, en Colombia, se desconoce la cantidad exacta de sitios
contaminados con metales pesados como consecuencia de las actividades
humanas1.
Estudios de metales que se han realizado en el departamento de Córdoba,
relacionados con la detección de niveles de mercurio en especies ícticas de la
cuenca del río San Jorge, demuestran que, en su mayoría, este metal sobrepasa el
umbral estipulado (200 µg/g) para las poblaciones en riesgo establecido por la
Organización Mundial de la Salud (OMS)2, otros estudios evidencian la
contaminación con mercurio en plantas, peces y sedimentos en algunos cuerpos de
agua en la región de la Mojana3. En el mismo sentido, se encontraron
concentraciones apreciables de mercurio en aguas, plantas, peces y sedimentos de
la Ciénaga de Ayapel4. Las fuentes sugieren que toda la problemática de la
contaminación con metales está asociada con las actividades mineras desarrolladas
en la principal zona aurífera de Colombia y en la cuenca del Río San Jorge.
Los estudios de detección de metales en ríos de Colombia se han concentrado en
gran parte en el río Magdalena especialmente en sector de la Mojana y en las
ciénagas del sur del departamento de Bolívar5. En peces el metal más estudiado es
el mercurio, también se han adelantado trabajos para la detección de mercurio en
especies comerciales procedentes de la Orinoquia6, sin embargo, en la cuenca alta
del Chicamocha no se han realizado estudios tendientes a determinar la
concentración de metales pesados en peces, aun considerando serios problemas
de contaminación por cuenta de una importante actividad industrial y agrícola sobre
el rio y los recursos hidrobiológicos presentes.
1 GIUFFRÉ, Lidia., et al. RIesgo por metales pesados en horticultura urbana. en: Ciencia del Suelo. Argentina. 2005. Vol. 23. No. 1, P. 101-106. 2 MARRUGO-NEGRETE, Jose., et al. Total mercury and methylmercury concentrations in fish from the Mojana region of Colombia. En: Environ Geochem Health. 2007. Vol. 30, P. 21-30. 3 OLIVERO, Jesus y JOHNSON, Boris. Contaminación con mercurio y salud pública en la costa Atlántica colombiana. En: Biomédica. 2002. Vol. 22. (S1). P.52-53. 4 MARRUGO, José; LANS, Edineldo y BENÍTEZ, Luis. Hallazgo de mercurio en peces de la Ciénaga de Ayapel, Córdoba, Colombia. En: Revista MVZ Córdoba. 2007. Vol. 12. No. 1, P. 878-886. 5 MANCERA-RODRÍGUEZ, Néstor Javier y ÁLVAREZ-LEÓN, Ricardo. Estado del conocimiento de las concentraciones de mercurio y otros metales pesados en peces dulceacuícolas de Colombia. En: Acta Biológica Colombiana. Bogotá. 2006. Vol. 11. No. 1, P. 3-23. 6 TRUJILLO, Gabriel., et al. Evaluación de las concentraciones de mercurio en peces de interés comercial en ecosistemas acuáticos de la Orinoquia. 2005.
pág. 40
5.1.9 Estudios de metales en peces
Mancera & Alvarez 20061 establecen una visión general de los estudios
Colombianos de metales pesados en peces encontrando que los estudios
determinaron que las mayores concentraciones de mercurio se midieron en peces
capturados en zonas con influencia directa de vertimientos de aguas de minería
aurífera como el río Ité (Remedios, Antioquia, Colombia), La Poza Don Alonso
(recibe aguas del río Nechí), el río Pocuné (Remedios, Antioquia), ciénaga de Bija
(recibe aguas del río Cimitarra), quebrada Las Mercedes (vía Puerto Berrío-
Remedios), sector de Cuatro Bocas (confluencia del río Cimitarra al Magdalena) y
río Tiguí (Bagre, Antioquia), en estas zonas casi todas las muestras presentaron
valores superiores a la norma de 0,5 µg/g de mercurio. Las especies con mayores
concentraciones fueron las asociadas al fondo de la columna de agua y las
pertenecientes a niveles tróficos superiores, que tienen una marcada tendencia
bentónica y de hábitos carnívoros. Lo anterior, relaciona los altos niveles de
mercurio en estas especies con el fenómeno de bioacumulación y posterior
biomagnificación de las concentraciones de mercurio a medida que se asciende en
la cadena trófica. La región minera antioqueña presenta valores altos de
concentración de mercurio en los tejidos de los peces analizados, los cuales
sobrepasan ampliamente el máximo permisible para el consumo humano,
detectaron concentraciones de mercurio en tejidos musculares de Brycon meeki,
Rhamdia wagneri, Pomadasys bayanus y Hoplias malabaricus procedentes del río
Condoto, siendo esta última especie la que presentó mayor cantidad de mercurio
en sus tejidos con valores máximos de 0,731 mg Hg/Kg, utilizando tejido muscular
de hembras sexualmente maduras y de ocho especies diferentes, procedentes del
bajo y medio río Magdalena y alto río Meta, evaluó el contenido de mercurio, cuyo
valor varió entre 0,02 y 0,43 mg/kg de peso húmedo.
1 MANCERA-RODRÍGUEZ, Néstor Javier y ÁLVAREZ-LEÓN, Ricardo. Estado del conocimiento de las concentraciones de mercurio y otros
metales pesados en peces dulceacuícolas de Colombia. En: Acta Biológica Colombiana. Bogotá. 2006. Vol. 11. No. 1, P. 3-23.
pág. 41
5.1.10 Estudios de metales en aves
Se reportan varios estudios con diferentes especies de aves como indicadores de
contaminación ambiental, incluyendo aves rapaces (órdenes Accipitriforme y
Falconiforme), aves del género Passer o especies pertenecientes al orden
Columbiforme1. Algunos de estos estudios reflejan de forma general que el plomo
es uno de los metales no esenciales o tóxicos encontrado en mayor concentración
en los diferentes tejidos colectados2, evidenciando así la importancia de este metal,
que hace parte del grupo de metales pesados altamente peligrosos (Pb, Sb, Cd y
As)3, en la contaminación atmosférica y sus alcances de impacto negativo en el
ambiente y los organismos.
5.1.11 Compilación de estudios, base conceptual estado del arte.
Una vez definidas las temáticas descritas en los numerales anteriores se procedió
a compilar los principales estudios como referentes teóricos, recientes estudios
(Últimos 10 años), estudios realizados en Colombia o en países de condiciones
geográficas similares. Se definieron temáticas de acuerdo al desarrollo teórico del
trabajo, las cueles fueron, detección de metales en aves, detección de metales
pesados en peces, detección de metales en sedimentos y cuentas hidrográficas,
descripción del comportamiento espacial por la contaminación de metales, efectos
de la contaminación por metales pesados en la salud humana.
Tabla 1. Resumen de estudios relacionados con detección de metales pesados en el medio
ambiente valoración de comportamiento y contaminación. ID TÍTULO DEL
ESTUDIO AUTORES AÑO OBJETO DEL ESTUDIO
Dete
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parameters and total mercury in eggs of snowy egret (Egretta thula) from Cartagena
Jesus Olivero-Verbel, Diana Agudelo-Frias, Karina Caballero-Gallardo
2013 Evaluar la presencia de Hg y las características morfológicas de los huevos de E. thula como indicador del estado de contaminación de las garcetas y las posibles implicaciones
1 JUÁREZ, Henry. Contaminación del Río Rímac por metales pesados y efecto en la agricultura en el Cono Este de Lima Metropolitana. Lima: Universidad Agraria La Molina, 2012, p. 87 2 NAM, Dong-Ha y LEE, Doo-Pyo. Monitoring for Pb and Cd pollution using feral pigeons in rural, urban, and industrial environments of Korea. En: Science of the Total Environment. 2006. Vol. 357, P. 288– 295. 3 ZAADY, Eli., et al.HEAVY METALS IDENTIFIED IN AIRBORNE PARTICLES DURING WEEKEND PERIODS IN BRUSSELS URBAN ENVIRONMENT. En: Forum geografic. Studii și cercetări de geografie și protecția mediului. 2010. Ano 9. No. 9, P. 87-92.
pág. 42
ID TÍTULO DEL ESTUDIO
AUTORES AÑO OBJETO DEL ESTUDIO
Bay and Totumo Marsh, north of Colombia
en la capacidad de supervivencia de esta especie en la Bahía de Cartagena.
Estudio comparativo del nivel hépatico de metales pesados y metaloides en aves rapaces diurnas de Galicia y Extremadura
Hermoso de Mendoza, M; Soler Rodríguez, F; Hernández Moreno, D; Gallego Rodríguez, ME; López Beceiro, A; Pérez López, M
2006 Establecer los niveles de distintos metales pesados (Cd, Pb y Zn) y metaloides (As) en hígado de diferentes especies de aves rapaces diurnas de Galicia y Extremadura
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Speciation and bioavailability of mercury in sediments impacted by gold mining in Colombia
José Pinedo-Hernández, José Marrugo-Negrete, Sergi Díez
2015 Describir los estudios de fraccionamiento químico de Hg en la región de Mojana e investigar el estado de contaminación y biodisponibilidad de mercurio.
Screening of native plant species for phytoremediation potential at a Hg-contaminated mining site
José Marrugo-Negrete, Siday Marrugo-Madrid, José Pinedo-Hernández, José Durango-Hernández, Sergi Díez
2016 Identificar las plantas autóctonas que crecen en un sitio minero contaminado con Hg, para evaluar su potencial como sistemas de fitorremediación.
Biosorption and bioaccumulation of heavy metals on dead and living biomass of Bacillus sphaericus
Lina Velásquez, Jenny Dussan
2009 Determinar la tolerancia de diferentes cepas nativas colombianas de B. sphaericus a diferentes metales pesados, evaluar la bioacumulación y la biosorción de los metales en biomasa viva y muerta y determinar la presencia de la capa S.
Nivel de concentración e índice de bioacumulacion para metales pesados (Cd, Cr, Hg, Ni, Cu, Pb y Zn) en tejidos de invertebrados bénticos de bahía San Vicente, Chile
AHUMADA, Ramón 1994 Conocer el nivel de concentración de metales bioacumulados en organismos bentónicos de hábitos distintos: filtradores y carnívoros, en una bahía donde existen fuentes potenciales de contaminación por metales.
Estudio sobre la estabilidad de la inmovilización de metales pesados, en sedimentos del cauce del río San Pedro.
Víctor Daniel García Portillo
2011 Determinar el grado de estabilidad de los metales inmovilizados en sedimentos del cauce del río San Pedro.
Determinación de factores de enriquecimiento y geoacumulación de Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, y Zn en suelos de la cuenca alta del río Lerma
del Aguila Juárez, Pedro; Lugo de la Fuente, Jorge; Vaca Paulín, Rocío
2005 Evaluar el pH, la MO y concentración de metales pesados (Cr, Cd, Mn, Ni, Cu, Pb y Zn) en suelos de cultivo de cinco localidades del Estado de México, así como determinar los factores de enriquecimiento y el índice de geoacumulación, para conocer un gradiente de distribución de metales pesados en la rivera del río Lerma.
pág. 43
ID TÍTULO DEL ESTUDIO
AUTORES AÑO OBJETO DEL ESTUDIO
Proceso de biomagnificación de metales pesados en un lago hiperhalino (Poopó, Oruro, Bolivia): Posible riesgo en la salud de consumidores
Carlos I. Molina, Carla Ibañez & François-Marie Gibon
2012 Evaluar las concentraciones de metales pesados (MP), como ser el cadmio (Cd), mercurio (Hg), plomo (Pb) y zinc (Zn), además del metaloide arsénico (As) en invertebrados y peces del Lago Poopó
Biodisponibilidad de metales pesados en dos ecosistemas acuáticos de la costa suratlántica andaluza afectados por contaminación difusa.
José Vicente-Martorell.
2010 Elaborar y validar criterios de calidad ambiental en ecosistemas costeros "sensibles", analizando la biodisponibilidad de metales pesados, el efecto de sustancias prioritarias y su impacto en determinadas especies de interés comercial (Sparus aurata y Solea senegalensis)
Bioacumulación y biomagnificación de mercurio en diferentes poblaciones de peces de la amazonia boliviana.
Esther Lopez-Siangas
2005 Determinar la bioacumulación y biomagnificacion del mercurio, en diferentes estados poblacionales de peces en las Cuencas de los ríos Iténez, Mamoré y Madre de Dios, para establecer modelos de comparación
Bioacumulación y biomagnificación de mercurio y selenio en peces pelágicos mayores de la costa occidental de Baja California Sur, México
Ofelia Escobar-Sánchez
2010 Determinar la bioacumulación de mercurio y selenio en peces pelágicos mayores y la biomagnificación de mercurio a partir de sus presas dominantes en Baja California Sur, México.
Evaluación de la contaminación por metales pesados en la Ciénaga La Soledad y Bahía de Cispatá, Cuenca del bajo Sinú, departamento de Córdoba
Jose Luis Marrugo Negrete
2011 Evaluar la contaminación por metales pesados en la Ciénaga La Soledad y Bahía de Cispatá, cuenca baja del Río Sinú, en el Departamento de Córdoba
Evaluación del contenido de metales pesados en peces de agua dulce (bocachico, campeche y dama) en la zona de influencia de la U.T.E.Q
Gabriela Mariana Alcívar Choez
2015 Evaluar los niveles de metales pesados (Pb, As, MeHg) en peces de agua dulce, en las zonas de influencia de la U.T.E.Q. (Quevedo, San Carlos y Proyecto multipropósito Baba).
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Geochemistry of heavy metals derived from gold-bearing sulphide minerals in the Marmato District (Colombia)
Gloria Prieto 1998 Determinar el comportamiento geoquímico . (Cu, Pb, Zn, Cd, Ag, As, Hg, Sb, and Bi) y distribución en los arroyos regionales
Mercury contamination from artisanal gold mining in Antioquia, Colombia: The world's highest per capita mercury pollution
Paul Cordy , Marcello M. Veiga, Ibrahim Salih, Sari Al-Saadi, Stephanie Console , Oseas Garcia ,
2011 Evaluar la producción de oro y la contaminación por mercurio en la región con el fin de demostrar tecnologías de producción más limpias,
pág. 44
ID TÍTULO DEL ESTUDIO
AUTORES AÑO OBJETO DEL ESTUDIO
Luis Alberto Mesa , Patricio C. Velásquez-López , Monika Roeser
Pollution by metals and toxicity assessment using Caenorhabditis elegans in sediments from the Magdalena River, Colombia
Lesly Tejeda-Benitez , Russell Flegal, Kingsley Odigie , Jesus Olivero-Verbel
2016 Evaluar el perfil de toxicidad de los sedimentos del río Magdalena a través de parámetros como supervivencia, locomoción y crecimiento.
Análisis espacio-temporal de la concentración de metales pesados en la localidad de Puente Aranda de Bogotá-Colombia
Pachón, Jorge Eduardo; Sarmiento Vela, Hugo
2008 Determinar la concentración de partículas y su composición en metales pesados durante el período junio 2005 a junio 2006 en la Localidad de Puente Aranda de Bogotá.
Concentración y distribución de metales pesados (Pb, Zn, Cu, Cd y Cr) en sedimentos viarios urbanos
Zafra Mejía, Carlos A.; Temprano González, Javier; Tejero Monzón, Iñaki
2011 Determinar y analizar la concentración y distribución de los metales pesados asociados con el sedimento depositado sobre la superficie de una vía urbana
Evaluación temporal de la concentración de metales pesados (Pb y Cu) asociada con el sedimento vial: Fontibón-Barrios Unidos (Bogotá D. C., Colombia)
Romero-Barreiro, María del Pilar; Pinilla-Castañeda, Rubén Darío; Zafra-Mejía, Carlos Alfonso
2015 Presentar una evaluación temporal (diaria) de la concentración de metales pesados asociada con el sedimento depositado en las superficies viales de las localidades de Fontibón y Barrios Unidos de la ciudad de Bogotá D. C. (Colombia).
Contaminación por metales pesados en los sedimentos acumulados sobre el corredor vial Bogotá –Soacha
Zafra Mejía, Carlos Alfonso; Peña Valbuena, Nancy Ángela; Álvarez Prieto, Santiago
2013 Evaluar el contenido de los metales pesados asociados con el sedimento del corredor vial Bogotá - Soacha.
Evaluación de la mutagenicidad causada por metales pesados presentes en agua del río Cauca en la ciudad de Cali, Colombia
Vivas, Aura H.; Arboleda, María A.; Sánchez, Ramiro; Benítez-Campo, Neyla; Bravo, Enrique; Soto, Alejandro; Jiménez, Gloria A.; Muñoz, Luis A.; Larmat, Fernando E.
2014 Determinar y evaluar la variación espacio-temporal del efecto mutagénico causado por los metales Pb, Cr, Cd y Hg en agua del río Cauca durante el año 2013.
Aproximación teórica a la biosorción de metales pesados por medio de microorganismos
Mejía Sandoval, Gregory
2006 Describir los mecanismos y modelos matemáticos utilizados para cuantificar el proceso de biosorción
Evaluación de la Contaminación por Elementos Traza en Sedimentos de la
Emilio Galán; Karim Bloundi; Isabel González; Joelle Duplay
2009 Valorar la posible contaminación por elementos traza de los sedimentos traza y sus fuentes.
pág. 45
ID TÍTULO DEL ESTUDIO
AUTORES AÑO OBJETO DEL ESTUDIO
Laguna de Nador (Marruecos).
Evaluación de la contaminación por metales pesados en la Ciénaga la Soledad y Bahía de Cispatá, Cuenca del bajo Sinú, departamento de Córdoba.
Jose Luis Marrugo Negrete
2011 Evaluar la contaminación por metales pesados en la Ciénaga La Soledad y Bahía de Cispatá, cuenca baja del Río Sinú, en el Departamento de Córdoba
Heavy metal contamination of estuarine sediments from Cartagena Bay, Colombia
B.E. Jaramillo-Colorado, D.S. Aga, K. Noguera-Oviedo
2016 Caracterizar la distribución espacial de las concentraciones en elementos traza de metales pesados; Evaluar el nivel de contaminación a lo largo de diez puntos desde la Bahía de Cartagena.
Contaminación por metales pesados en el embalse del muña y su relación con los niveles en sangre de plomo, mercurio y cadmio y alteraciones de salud en los habitantes del municipio de Sibaté (Cundinamarca) 2007
David Andrés Combariza Bayona
2009 Determinar los niveles en sangre de los metales pesados plomo, mercurio y cadmio en los habitantes de la población de Sibaté; Evaluar sus condiciones de salud y Describir la relación existente entre los valores obtenidos, las condiciones de salud de la población y la contaminación por metales pesados del embalse del muña.
Metal concentration in water, sediment and four fish species from Lake Titicaca reveals a large-scale environmental concern
Mario Monroy, Alberto Maceda-Veiga, Adolfo De Sostoa
2014 Comparar las concentraciones de Cu, Cd, Zn, Hg, Pb, Co Y Fe en agua, sedimentos y peces a través de las principales áreas de pesca en el Lago Titicaca.
Avances en el control de la contaminación por metales: nuevas metodologías de análisis y especiación metálica en sistemas acuáticos. Estudios en la Bahía de Algeciras
Margarita Isabel Díaz de Alba
2013 Estudio de nuevos avances químico-analíticos aplicados al control de la contaminación por metales pesados, principalmente en ecosistemas acuáticos.
Estudio del contenido de metales pesados en suelos de la cuenca del Río Turia
Zamora Barato, Casto
2014 ------
Distribución espacial de metales pesados en la Cuenca del Arroyo Carrasco y su relación con el uso de la cuenca asociada
Luciana Mello de Carvalho
2012 Conocer las concentraciones de metales pesados presentes en los sedimentos de la Cuenca del Arroyo Carrasco (CAC), sus distribuciones espaciales, diferencias temporales y las relaciones con los usos de la cuenca asociada.
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Origen y distribución espacial de metales pesados en suelos de Zimipán, Hidalgo.
DUARTE- ZARAGOZA, Victor
2013 Determinar el origen y distribución espacial de la contaminación con metales pesados en suelos de Zimipán, Hidalgo, México.
pág. 46
ID TÍTULO DEL ESTUDIO
AUTORES AÑO OBJETO DEL ESTUDIO
Biomonitoreo de metales pesados empleando herramientas de SIG en el valle del Aburra
Margarita Enid Ramírez Cardona, J.C. Oviedo, Silvio Salazar M., William A. Giraldo A.
2008 Cuantificar las concentraciones de los metales magnesio, cobre, hierro y calcio
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Niveles de plomo y mercurio en muestras de carne de pescado importado y local
Marco Ortega 2014 Determinar los niveles de plomo y mercurio en ocho muestras de carne cruda de pescado importado de China y Vietnam, para compararlas con tres muestras de carne de pescado proveniente de la cuenca del río Orinoco.
Hallazgo de mercurio en peces de la Ciénaga de Ayapel, Córdoba, Colombia
Marrugo, José; Lans, Edineldo; Benítez, Luis
2007 Determinar las concentraciones de mercurio total (Hg-T) en algunas especies de peces de la ciénaga de Ayapel (Colombia).
Cuantificación de las concentraciones de metales pesados en tejidos de peces y crustáceos de la laguna de Unare, Estado Anzoátegui, Venezuela
Márquez, Arístide; Senior, William; Fermín, Ivis; Martínez, Gregorio; Castañeda, Julián; González, Angel
2008 Cuantificación de las concentraciones de metales pesados en los tejidos de algunas especies de peces y crustáceos que viven dentro de la laguna
Contaminación por mercurio en humanos y peces en el municipio de Ayapel, Córdoba, Colombia, 2009
Gracia H, Lisy; Marrugo N, José L; Alvis R, Erasmo M
2010 Evaluar las concentraciones de mercurio total (Hg-T) en cabello de habitantes del municipio de Ayapel (Córdoba) y en peces capturados en la ciénaga de Ayapel.
DETERMINACIÓN DE METALES PESADOS EN Cyprinus carpio EN LA LAGUNA DE METZTITLÁN, HIDALGO, MÉXICO
Ernesto J. LOZADA-ZARATE, Scott MONKS, Griselda PULIDO-FLORES, Alberto José GORDILLO-MARTÍNEZ y Francisco PRIETO-GARCÍA
2006 Determinar la concentración de Al, Cd, Ca, Cr, Pb, Mg, K, Na, Zn, bioacumulados en Cyprinus carpio
Estudio del contenido de metales pesados en dos especies de peces de la zona costera de Montevideo, Uruguay.
Diego Corrales 2013 Analizar la concentración de metales pesados en la corvina rubia y lisa, y evaluar la pertinencia de considerarlas como bioindicadoras de la contaminación de la zona costera de Montevideo, así como de sus posibles riesgos en la salud humana
Niveles de plomo y mercurio en muestras de carne de pescado importado y local
Marco Ortega 2014 Determinar los niveles de plomo y mercurio en ocho muestras de carne cruda de pescado importado de China y Vietnam, para compararlas con tres muestras de carne de pescado proveniente de la cuenca del río Orinoco.
Evaluación de algunos metales pesados en organismos del rio Coatzacoalcos y de la
Susana Villanueva F, Alfonso V. Botello y Federico Paez-Ozuna
1988 Evaluar las concentraciones de algunos metales pesados (Ni, Cu, Mn, Fe, Zn) en muestras de tejido muscular en moluscos, crustáceos y peces del
pág. 47
ID TÍTULO DEL ESTUDIO
AUTORES AÑO OBJETO DEL ESTUDIO
laguna del Ostion, Ver., México
Río Coatzacoalcos y de la Laguna del Ostión, Ver., México
Presencia de mercurio, plomo y cobre en tejidos de Orechromis niloticus: sector de la cuenca alta del Rio Chicamocha, vereda Volcán, Paipa, Colombia
Edwin Javier Vergara Estupiñán, Pablo Emilio Rodríguez Africano
2015 Determinar la presencia y concentración de metales pesados en hígado, branquias y tejido muscular de Oreochromis niloticus (Linnaeus, 1758), especie introducida, presente en un sector de la cuenca alta del rio Chicamocha, ubicada en la vereda volcán, municipio de Paipa.
Efe
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Efectos genotóxicos asociados a metales pesados en una población humana de la región de La Mojana, Colombia, 2013
Calao, Clelia Rosa; Marrugo, José Luis
2015 Evaluar la genotoxicidad en una población expuesta a residuos de metales pesados en la región de La Mojana.
Niveles de plomo en mujeres y niños alfareros
Jorge Nicolás Chantiri Pérez, Rosa Aurora Azamar Arizmendi, Ruth Galván Ruíz, María Adriana Lozada Hernández.
2003 Conocer los niveles de plomo en la sangre de mujeres y niños de familias que se dedican a la alfarería
Children’s Behavior and Physiology and How It Affects Exposure to Environmental Contaminants
Jacqueline Moya, Cynthia F. Bearer, y Ruth A. Etzel,
2004 Describir los comportamientos infantiles normales en las diversas etapas de la vida e ilustrar las formas en que estos comportamientos y fisiologías los ponen en riesgo de exposición a contaminantes ambientales.
6 MATERIALES Y MÉTODOS
6.1 TIPO DE ESTUDIO
El presente trabajo es de tipo exploratorio-descriptivo.
6.2 HIPOTESIS
La presencia bioacumulación y biomagnificación de Hg, Cu y Pb determinada en
muestras del medio acuático en un sector del río Chicamocha asociado a la planta
termoeléctrica de GENSA, dan cuenta de procesos de contaminación ambiental por
pág. 48
metales pesados, constituyendo un riesgo para la salud pública y calidad eco
sistémica del sector.
6.3 VARIABLES
• Concentración de Hg, Cu y Pb en muestras biológicas de tejidos de tilapias.
• Concentración de Hg, Cu y Pb en diferentes muestras en sedimentos y en
agua.
• Valor del factor de biocumulación
• Valores de medidas biométricas
• Valores asociados a de densidad poblacional.
pág. 49
Figura 4. Área de estudio.
Base cartográfica IGAC 1:25000
pág. 50
6.4 ÁREA DE ESTUDIO
El estudio tuvo lugar en un sector de la cuenca Alta del Rio Chicamocha, vereda
Volcán, municipio de Paipa, Boyacá Colombia, un sector de la vertiente oriental de
los Andes, en inmediaciones a las instalaciones de la planta termoeléctrica de
Termopaipa GENSA SAS ubicada en coordenadas N 05° 46’ 15.29’’ y W
073°08’23,35’’ a una altura de 2506 m (Figura 4), en el kilómetro 3 de la vía Paipa
– Tunja. La precipitación mensual promedio presenta un régimen bimodal con dos
periodos secos entre diciembre - febrero y junio - agosto y dos periodos húmedos
entre los meses de marzo - mayo y septiembre - noviembre. La temperatura
presenta su valor máximo en el mes de marzo y el mínimo en el mes de noviembre
y diciembre. La temperatura media varía entre 13,7 y 14,9 ºC, presentando una
variación de 1,2 ºC entre el valor medio más alto y el valor medio más bajo. La
temperatura es característica de zona fría y está ligada a la altura sobre el nivel del
mar a la que se encuentra. La humedad relativa media varía entre el 75 y el 80%,
presentando un valor medio anual de 79%. El valor máximo presentado del 89% se
obtuvo en el mes abril y mayo, y los valores mínimos en los meses de febrero y
diciembre, meses en los que se presentan las máximas y mínimas precipitaciones
respectivamente.
6.5 DETERMINACIÓN DE LA PRESENCIA DE CONTAMINANTES
METÁLICOS EN SEDIMENTOS DEL MEDIO ACUÁTICO.
6.5.1 Estaciones y número de muestreos
Se realizaron 4 jornadas de muestreo enfocadas a la toma de muestra de
sedimentos y muestras biológicas (septiembre de 2016, noviembre de 2017), en un
sector del río Chicamocha en tres diferentes puntos asociados a la central
termoeléctrica de GENSA, de la siguiente manera:
• Aguas arriba (100m) antes del primer vertimiento de la planta de GENSA
pág. 51
• Punto de mezcla de vertimientos.
• Aguas abajo (100m) después del último vertimiento.
6.5.2 Toma de muestras de sedimentos
Las muestras de sedimentos se tomaron con ayuda de una draga tipo Eckman-
Birdge y se depositaran dentro de bolsas de plástico de cierre hermético. El uso de
la draga es común para tomar muestras de fondo blando. Consiste de dos
estructuras en forma de pala que se cierran mediante el envío de un mensajero o
plomada, a través de una cuerda. Las muestras son cuantitativas ya que toman un
área de 225 cm2 cada vez. Este procedimiento, se repitió mínimo tres veces en cada
estación de muestreo. El sedimento colectado se depositó en un cernidor (los
orificios varían de acuerdo al tipo de sedimento).
Las muestras de sedimento se conservaron en neveras de plástico refrigeradas con
bloques de hielo hasta su llegada al laboratorio, momento en el que se congelaron
hasta que ser pre tratadas y posteriormente analizadas siguiendo el protocolo de
especiación y detección de metales pesados.
Para obtener la fracción final los sedimentos fueron sometidos al siguiente
pretratamiento: se descongelaron, posteriormente se colocaron en vidrios de reloj y
se secaran en la estufa a 105ºC durante 24 horas. Una vez secos, se tomaron
pequeñas fracciones y se sometieron a maceración en un mortero hasta conseguir
un polvo muy fino. Se empleó un tamiz de nylon de 63 μm de paso de luz de malla
para separar la fracción más fina, la cual se almacenó hasta su tratamiento y
análisis.
6.5.3 Detección de metales
pág. 52
Las muestras de aguas y sedimentos fueron tomadas en puntos georeferenciados
de acuerdo con los lineamientos del Estándar Methods establecidos para cada una
de las variables o factores ambientales a evaluar (APHA, 2005). Los contenidos de
metales pesados fueron determinados por espectrofotometría de absorción
atómica, con llama de aire-acetileno mediante voltametría en los laboratorios
especializados TOXICOL e HIDROLAB. Para la determinación de las
concentraciones totales de los metales en sedimentos, se tomaron una muestra de
un gramo (peso seco) y se adicionará 10 ml de una mezcla de ácido nítrico y ácido
clorhídrico en relación de 6:2 durante 2 horas ó hasta su digestión completa.
6.5.4 Evaluación de la contaminación: comparación de la legislación
Los valores obtenidos de las muestras de agua y sedimentos se compararon con
los valores de referencia contemplados en la resolución 0631 de 2015 y Decreto
050 de 2018 del MADS, por la cual se establecen los parámetros y los valores
máximos permisibles en los vertimientos puntuales a cuerpos de agua superficiales
y a los sistemas de alcantarillado público, determinando cuantos de los valores
obtenidos cumplen con la normatividad.
6.5.5 Detección del índice de geoacumulación.
Se analizó el índice de geoacumulación de acuerdo a la expresión de Müller (1979)
aplicado por Galán y colaboradores (2009)1 y se clasificaron los resultados de
acuerdo con los estándares estimados en el índice, la expresión del índice de
geoacumulación es:
𝐼𝑔𝑒𝑜 = 𝐿𝑜𝑔2
𝐶𝑛
1,5 𝐵𝑛
1 GALÁN, Emilio et al. Evaluación de la contaminación por elementos traza en sedimentos de la Laguna de Nador (Marruecos). En: Revista de la sociedad española de mineralogía. 2009. No. 11, P. 87- 88.
pág. 53
Donde:
• Cn es la concentración medida en el sedimento para el metal n ,
• Bn Es el valor de fondo para ese elemento y1.5, es un factor introducido por
Müller para corregir las posibles variaciones del valor de fondo debido a
variaciones litológicas.
En la siguiente tabla (Ver Tabla 2), se puede observar la clasificación del grado de
contaminación a partir del índice de geoacumulación que fue utilizada como guía de
análisis1
Tabla 2. Parámetros de decisión índice de geoacumulación
VALOR DE IGEO. CLASES DE IGEO. GRADO DE CONTAMINACIÓN
0 Igeo < 0 No contaminado
1 0 < Igeo<1 No contaminado a moderadamente contaminado
2 1 < Igeo <2 Moderadamente contaminado
3 2 < Igeo <3 De moderadamente a fuertemente contaminado
4 3 < Igeo <4 Fuertemente contaminado
5 4 < Igeo <5 De fuertemente contaminado a extremadamente contaminado
6 Igeo > 5 Extremadamente contaminado Fuente: Juarez 2005
6.5.6 Interpolación geoestadistica de valores de metales
Se compilaron los puntos de monitoreo con sus respectivos valores reportados para
los metales (Hg, Pb, y Cu) y se registraron con la respectiva información de
coordenadas geográficas georreferenciadas, la matriz de datos fue importada al
software SIG ArcGIs 10.0, donde se ubicó espacialmente los sitios correspondientes
a los puntos de muestreo, se registró en una tabla de atributos de un Shape de
puntos las variables correspondientes a los valores de concentración de metales
1 JUÁREZ, Henry. Contaminación del Río Rímac por metales pesados y efecto en la agricultura en el Cono Este de Lima Metropolitana. Lima:
Universidad Agraria La Molina, 2012, p. 87
pág. 54
con base en la tendencia (A. Mínimo, B. Promedio, C, Máximo), dicho información
fue procesada con el análisis geo estadístico de interpolación IDW, el modelo estima
los valores de una propiedad, que se asume depende de su localización, con base
en la asignación de pesos a los datos del entorno en función inversa a la distancia
que los separa del punto en cuestión. De esta forma se acepta que los puntos más
próximos al centroide “z” intervienen de manera mas relevante en la construcción
del valor definitivo de la propiedad para ese punto. Por otra parte, si las distancias
están a su vez afectadas por un exponente de ponderación, cuanto mayor es éste
más contribuyen los puntos próximos. Los datos productos de la interpolación fueron
exportados en un raster cuya escala cromática representa el comportamiento
espacial de las variables evaluadas.
5.5.7. Modelo de la concentración y transporte de metales pesados
Con el fin de establecer el comportamiento de simular e implementar un modelo en
estado estable de agua superficial para observar y analizar el comportamiento de la
concentración y transporte de metales se implementó la ecuación establecida por
Bedoya 20071
Donde:
M(t) = concentración de metal, mg/L
U(t)= concentración del metal aguas arriba, mg/L
k = constante de destino del metal día – (constante de decaimiento)
Tr= tiempo de residencia de la fracción dispersiva del tramo, días
1 BEDOYA-CONTRERAS, John. Modelo de simulación de transporte de metales pesados en la cuenca baja del río Tunjuelo. [Trabajo de
Grado]. Bogotá: Facultad de Ingeniería Ambiental y Sanitaria. Universidad de la Salle. 2007
pág. 55
Tabla 3. Constante de destino del metal. (Decaimiento). (1/día)
CONSTANTE k UNIDADES VALOR (10-4)
Mercurio 1/día 5,606
Cobre 1/día 5,605
Plomo 1/día 7,3684 Fuente: Bedoya 2007.
6.6 COMPORTAMIENTO DE LOS METALES EN EL ECOSISTEMA,
PROCESOS DE BIOMAGNIFICACIÓN Y BIOACUMULACIÓN
6.6.1 Muestras biológicas del ecosistema.
Se realizaron 10 jornadas de muestreo enfocadas a la toma de muestra biológicas
(peces, macrofitas y aves), en un sector del río Chicamocha en cuatro diferentes
puntos asociados a la central termoeléctrica de GENSA.
6.6.1.1 Recolección de muestras.
Se emplearon especímenes muertos, aves o peces capturados mediante métodos
artesanales por pobladores del sector, se hicieron recorridos diurnos en las áreas
aledañas en búsqueda de los especímenes de peces o aves muertos, por otro lado,
se hizo el contacto con pobladores del sector para obtener muestras.
Figura 5. Pobladores del sector pescando artesanalmente alevinos en los pozos de enfriamiento
pág. 56
6.6.1.2 Embalaje
Contando con elementos de protección personal se hizo la recolección de las
muestras en bolsas Ziploc® de 40x 50 cm, las cuales se sellaron debidamente, de
manera posterior se hizo la descripción del hallazgo como: peso, color, olor,
ubicación geográfica, condiciones del lugar, distancia del curso principal del rio
Chicamocha, registro fotográfico. Las bolsas con las muestras fueron envueltas en
papel periódico, embalados con cinta y dispuestas en bolsas de plástico para su
transporte a la ciudad de Tunja al laboratorio del Grupo de Estudios Ornitológicos y
Fauna Silvestre LS-406.
Figura 6. Puntos de muestreo Base cartográfica IGAC 1: 25000
pág. 57
Tabla 4. Coordenadas punto de muestreo
PUNTOS ID PUNTO DE
MUESTREO
NOMBRE COORDENADAS X**
COORDENADAS Y**
Sedimentos S1 Puente Aguas arribas -8144964,72 641430,62
S2 Punto de vertimiento -8142793,12 642997,75
S3 Aguas Abajo -8141472,26 643646,99
Peces P1 Vertimientos -8142871,49 643008,95
P2 Vertimientos -8142804,32 643008,95
P3 Puente Tabla -8142681,19 642975,37
P4 Puente Tabla abajo -8142457,32 643188,05
P5 Portería -8141550,62 643568,64
P6 Puente Tabla -8142535,67 642986,56
P7 Aguas Abajo -8141326,74 643758,94
Vegetación V1 Aguas Arriba -8144969,47 641490,40
V2 Aguas Arriba -8144865,39 641617,60
V3 Vertimientos -8142702,99 642993,68
V4 Vertimientos -8142413,89 643236,51
V5 Aguas Abajo -8141396,29 643687,50
V6 Aguas Abajo -8141338,47 643722,19
Aves A1 Laguna de enfriamiento -8141550,62 643568,64
A2 Sector puente Tabla -8142681,19 642975,37 **Coordenadas GCS MAGNA
Fuente: Presente estudio.
pág. 58
Figura 7. Ubicación del punto 0 “Aguas arriba” X-8144964,72. Y 641430,62
Figura 8. Ubicación del punto 1 “Punto del vertimiento” X-8142793,12 Y 642997,75
pág. 59
Figura 9. Ubicación del punto 1 “Punto aguas abajo” X-8141472,26 Y 643646,99
6.6.2 Fase de laboratorio
6.6.2.1 Análisis de metales en muestras biológicas
• Selección de alícuotas de tejido blando.
Las muestras fueron dispuestas a -20°C hasta su procesamiento, durante el
procesamiento se seleccionaron alícuotas de 20 gramos de tejido hepático y de
otros órganos blandos dispuestos en frascos de vidrio esterilizados, y dispuestos a
-20°C hasta su procesamiento y transporte hasta los laboratorios de Bogotá
TOXICOL S.A. e HIDROLAB.
pág. 60
Figura 10. Procesamiento de muestras en laboratorio.
• Detección de metales en muestras de peces:
Las muestras de peces se obtuvieron partir de individuos encontrados a pocas horas
de haber muerto o capturados durante las operaciones de pesca. Se disecaron los
tejidos hepáticos, renal y muscular y se almacenaron a -20°C. Los análisis se
hicieron sobre muestras individuales. La medición se realizó por Espectrofotometría
de Absorción Atómica (EAA).
• Detección de metales en muestras de plantas
Las partes vegetativas de las plantas fueron colectadas, (Especies de cobertura
representativa) y preservadas en seco, posteriormente se hizo una deshidratación
de ejemplares por medio de mufla a 40°C, y posteriormente la detección de metales
pesados se hizo por medio de Espectrofotometría de Absorción Atómica (EAA).
pág. 61
• Detección de metales en muestras de aves
Las muestras de aves se obtuvieron a partir de individuos encontrados a pocas
horas de haber muerto. Se disecaron los tejidos hepáticos, otros tejidos blandos y
se almacenaron a -20°C. Los análisis se hicieron sobre muestras individuales. La
medición se realizó por Espectrofotometría de Absorción Atómica (EAA).
6.6.3 Toxicidad de metales pesados para muestras biológicas
Se establecieron tres umbrales críticos para el contenido de metales: un primer
umbral, a nivel de trazas, donde los metales esenciales juegan su papel de
activadores enzimáticos indispensables en el metabolismo; un segundo umbral, que
determina una absorción pasiva, donde los metales van acumulándose en ciertos
órganos; y un tercer umbral, incompatible con los fenómenos vitales, que
desencadena procesos de defensa que tienden a disminuir la permeabilidad y el
paso de estos metales a través de las membranas celulares.
6.6.4 Factor de biomagnificación
Para determinar la biomagnificación de mercurio, se midió la relación en la
concentración de este metal entre el mayor valor registrado para el medio acuático
y mayor valor del organismo (peces), registrado utilizando la fórmula propuesta por
Florencia (2005)1, donde establece el incremento de la concentración entre los
niveles tróficos siempre y cuando el factor de biomagnificación sea >1. Los valores
más cercanos a 1, serán las presas que se biomagnifican mayormente en los
depredadores. Para considerar esta biomagnificación, la presa debe tener
concentraciones más bajas que el depredador.
1 ZILLI, FLORENCIA Y GAGNETEN, Ana María. Efectos de la contaminación por metales pesados sobre la comunidad bentónica de la cuenca
del arroyo cululú (Río Salado del Norte, Argentina). En: Interciencia. 2005. Vol. 30, No. 3, P. 159-165.
pág. 62
𝐵𝑀𝐹(𝑀𝑒𝑡𝑎𝑙) =𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (𝑚𝑒𝑡𝑎𝑙) ∗ (𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝐵)
𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (𝑚𝑒𝑡𝑎𝑙) ∗ (𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝐴)
Donde:
Valor B=Es los individuos que acumula mayor concentración
Valor A=Es el organismo que acumula menor nivel del metal
6.6.5 Evaluación de la bioacumulación
Con el fin de estimar los procesos de bioacumulación, es decir con el fin de evaluar
la capacidad de los organismos de eliminar los metales se tomó el caso de estudio
de los peces; se tuvo en cuenta los valores determinados en la concentración de
metales (Hg, Pb y Cu) de peces que registren longitudes mayores y peces que
registren longitudes menores. Los valores de concentración registrados fueron
comparados con la finalidad de determinar diferencias significativas mediante las
pruebas estadísticas t.
6.6.6 Implementación del modelo ADZ
6.6.6.1 Ensayo de trazadores
Para el ensayo de trazadores se inyectó, Sal (Nacl) a las aguas de río Chicamocha
en un sector de la vereda Volcán, en concentraciones adecuadas para la
cuantificación del soluto con respecto a la proporción del caudal del río. Se adicionó
250 gramos de NaCl, diluida en un volumen de 5000 ml, de agua destilada (Punto
A). Se procedió a ubicar 50 metros aguas abajo (Punto B) (Ver Figura 11) la
recolección de muestras 100 muestras cada 20 segundos, en recipientes
esterilizados y debidamente embalados.
pág. 63
Figura 11. Punto de toma de datos ensayo de trazadores, Paipa vereda Volcan.
Fuente imagen LANDSAT Google.com
Posteriormente se tomó los valores de conductividad de las muestras de agua
recolectadas en los puntos de lectura B con los resultados se conformó una tabla
de datos que con las concentraciones las cuales relacionan las lecturas de
conductancia en (μs/cm), estos datos anteriores que conforman la curva de
calibración, arrojaran las lecturas que proporcionan las concentraciones reales del
soluto.
6.6.6.2 Desarrollo y conformación del modelo
En una Hoja de cálculo Excel, se registró los datos necesarios para la ejecución del
Modelo de Transporte de Calidad de Agua en Estado Estable, correspondiente al
modelo de transporte de solutos (Advección Dead Zone), basado en los siguientes
datos, siguiendo la ecuación usada en el modelo de Monroy 20071: los datos
incluidos fueron:
1
pág. 64
a. Concentraciones de metales pesados en la fracción acuosa: mercurio cobre,
plomo.
b. Ensayo de Trazadores para trasporte de solutos
c. Distancias lugares de muestreo entre los puntos 1 a 2 a 3 a 4 ; lectura
realizada en plano
d. Constantes de decaimiento: sedimentación y adsorción en la fracción sólida
(sedimentos).
6.7 TRATAMIENTO ESTADÍSTICO Y ANÁLISIS DE DATOS
6.7.1 Análisis general de datos
Con el objeto de estudiar las diferencias espaciales y temporales en el contenido
metálico en agua, sedimentos y peces, así como estudiar las diferencias en el
contenido metálico entre las especies estudiadas y tejidos seleccionados se aplicó
el análisis de pruebas ANOVA, y para la realización de estos análisis estadísticos
se verificó la hipótesis de normalidad de varianzas mediante ANÁLISIS DE
CORRELACIÓN y el ANÁLISIS DE COMPONENTES PRINCIPALES, para
distribuciones no paramétricas. El grado de significación empleado en estos análisis
será de p<0,05.
Además, para investigar las posibles semejanzas que existen entre los valores de
metales registrados tanto en agua, como en sedimento y en peces, se aplicó a los
resultados el análisis de conglomerados o análisis cluster de tipo jerárquico, que
agrupa los grupos de datos en función de su similitud. En el análisis jerárquico se
forman cluster de manera secuencial comenzando con el par de objetos más
similares y formando clusters más altos a cada paso.
Para el tratamiento estadístico de los datos de concentración metálica en
sedimentos, y peces en este trabajo se ha utilizado el programa Statistica 7.0 (stat
Soft. Inc., 2004).
pág. 65
Figura 12. Resumen del proceso metodológico
pág. 66
7 RESULTADOS Y DISCUSIÓN.
7.1 PRESENCIA DE TRAZAS METÁLICAS DE MERCURIO, COBRE Y PLOMO
PRESENTES EN VARIOS NIVELES TRÓFICOS DEL MEDIO ACUÁTICO.
7.1.1 Metales pesados en sedimentos
La valoración de los metales pesados en tres sitios ubicados: aguas arriba de la
planta termoeléctrica (Punto 0), en la planta termoeléctrica (Punto 1) y aguas abajo
(Punto 2), evidenció que los valores más altos registrados para mercurio fueron de
0.003 Hg/ppm, para plomo 0.35 Pb/ppm y para cobre de 0.52 Cu/ppm, a
continuación en las Tabla 5 y Tabla 6, se da cuenta del resumen de resultados y
análisis estadístico descriptivo básico.
Tabla 5 Resultados de metales pesados en distintos sitios.
NOMBRE PUNTO Resultado análisis de Hg/ppm
Resultado análisis de Cu/ppm
Resultado análisis de Pb/ppm
PUNTO 0 0,001 0,1 0,12
0,001 0,1 0,35
0,001 0,11 0,26
0,002 0,1 0,05
PUNTO 1 0,001 0,1 0,05
0,001 0,1 0,03
0,003 0,48 0,15
0,003 0,52 0,34
0,002 0,1 0,06
0,002 0,1 0,03
PUNTO 2 0,001 0,26 0,21
0,001 0,1 0,08
0,002 0,1 0,02
Tabla 6. Análisis descriptivo del resultado de las muestras de metales pesados.
Parámetro Resultado análisis de Hg/ppm
Resultado análisis de Cu/ppm
Resultado análisis de Pb/ppm
Media 0,001615385 0,17461538 0,134615385
Mediana 0,001 0,1 0,08
Moda 0,001 0,1 0,05
Desviación estándar 0,000767948 0,15114096 0,118435312
Varianza de la muestra 5,89744E-07 0,02284359 0,014026923
Mínimo 0,001 0,1 0,02
Máximo 0,003 0,52 0,35
pág. 67
Al aplicar el análisis de varianza a los datos (ANOVA) se evidencia que para el
Mercurio (P= 0,28 >0,05) el Cobre (P= 0,094>0,05) y el Plomo (P= 0,51>0,05) no
existen diferencias significativas entre los promedios entre los puntos de muestreo,
sin embargo al evaluar el comportamiento de cada una de las muestras se
evidencian diferencias entre puntos como se evidencia en las Figura 13, Figura 14,
y Figura 15.
Figura 13. Concentración del mercurio por punto de muestreo.
Figura 14. Concentración del cobre por punto de muestreo.
pág. 68
Figura 15. Concentración del plomo por punto de muestreo.
El comportamiento de los metales por punto de muestreo evidencia que la
concentración más alta se da en el punto 1 (Ver Figura 13 y Figura 14), para el caso
del mercurio y del cobre, y el punto 0 para el caso del Plomo (Figura 15). Lo cual
muestra que la concentración de metales pesados entre las estaciones está
influenciada por la presencia de la central térmica además variaciones espaciales y
probablemente temporales principalmente las épocas de precipitación y de
generación térmica, resultado de los cambios en la magnitud de los caudales,
erosión del suelo y fuentes de contaminación, que incluso pueden ser anteriores a
la influencia de la planta de generación de energía como lo supone el resultado para
el caso del plomo.
La variación espacial pone en evidencia en los siguientes esquemas que
corresponden a la interpolación espacial IDW Distancia Inversa Ponderada, donde
se grafica por medio de diferencias en escalas de colores los datos proyectados
para el comportamiento espaciales de las trazas metálicas (ver Figura 16 y Figura 17
y Figura 18).
pág. 69
Figura 16. Interpolación de las muestras de plomo
Figura 17. Interpolación de las muestras de Cobre
pág. 70
Figura 18. Interpolación de las muestras de mercurio
Con la finalidad de valorar el riesgo de contaminación y afectación a la salud
humana, se comparó los valores máximos estimados de las diferentes muestras con
la resolución 631 de 20151 por la cual se establecen los parámetros y los valores
límites máximos permisibles en los vertimientos puntuales a cuerpos de aguas
superficiales y a los sistemas de alcantarillado público y se dictan otras
disposiciones.
Tabla 7. Niveles máximos permitidos por la resolución 0631 de 2015
Metales RES 0631 de 2015
Pb 0,5
Hg 0,005
Cu
1 MINISTERIO DE MEDIO AMBIENTE Y DESARROLLO SOSTENIBLE (Colombia). Resolución 0631 de 2015. Parámetros y los valores límites
máximos permisibles en los vertimientos puntuales a cuerpos de aguas superficiales. Bogotá: Minambiente .2015.p. 30.
pág. 71
Los resultados evidencian que ninguna de las muestras máximas excede los valores
estimados en dicha resolución, a pesar de que la curva de tendencia de los
parámetros tiende a aumentar (Ver Figura 16).
A
B
C
Figura 19. Comportamiento del plomo (A), mercurio (B) y cobre (C) con respecto a la resolución 0631 de 2015.
y = -0,0017x2 + 0,0215x + 0,0889R² = 0,0711
-0,1
0,1
0,3
0,5
0,7
0,9
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Co
nce
ntr
ació
n
Pb
/pp
m
Muestras
Límite de la resolución 0631 de 2015
y = -3E-05x2 + 0,0005x - 0,0003
0
0,005
0,01
0,015
0,02
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Co
nce
ntr
ació
n H
g/p
pm
Muestras
Límite de la resolución 0631 de 2015
y = -0,0048x2 + 0,0814x - 0,1007
-0,1
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
0 2 4 6 8 10 12 14 16Co
nce
ntr
ació
n C
u/p
pm
Muestras
Límite de la resolución 0631 de 2015
pág. 72
En general la dinamica de metales pesados entre los diferentes sitios esta sujeta a
variaciones espaciales y temporales, como resultado de los cambios en la magnitud
de la escorrentia terrestre, de igual modo se debe contemplar los procesos de
erosión del suelo y fuentes de contaminación metalica aguas arriba del sito de
estudio. Para el área de estudio el patrón de distribución estacional esta asociado
con la distancia de la fuente del metal, las caracteristicas geograficas de los sitios
de muestreo, flujos de agua dulce estacionales de escorrentia y eventos de
resuspensión de sedimentos1, razón por la cual, se debe considerar variables
climáticas como los periodos de lluvias, que influyen en la scorrentia de campos
agrícolas, carreteras y caminos cercanos a la zona de estudio.
Los sedimentos acumulan mayores cantidades de metales pesados que el agua,
causando serios problemas debido a su toxicidad y bioacumulación2 y reflejando
mejor la calidad del ecosistema. Los sedimentos son una parte esencial de los
ecosistemas acuáticos y juegan un papel importante en la distribución de los
contaminantes en el medio. El estudio de la calidad de los sedimentos proporciona
información sobre la salud del ecosistema.
Al comparar los resultados de los sedimentos con otros de referencia encontramos
que son menores a estudios en sedimentos de ríos como el reportado para España
(Hg; Cu)– 30,1 mg/kg; Pb)3, para la Bahía de Cartagena (Hg; Cu; Pb)4 para la Ciénega
de Cispatá (Hg; Cu; Pb)5, y otros estudios reportados para la región andina de
Colombia.
7.1.2 Metales pesados en plantas
1 LU X., L. WANG, L.Y. LI, K. LEI, L. HUANG AND D. KANG, 2010. Multivariate statistical analysis of heavy metals in street dust of Baoji, NW
China. J. Hazardous Mat. 173, 744-749. 2 THORPE A. AND R. M. HARRISON, 2008. Sources and properties of non-exhaust particulate matter from road traffic: a review. Sci. Total
Environ. 400, 270-282. 3 MARGARITA ISABEL DÍAZ DE ALBA, Avances en el control de la contaminación por metales: nuevas metodologías de análisis y especiación metálica en sistemas acuáticos. Estudios en la Bahía de Algeciras Facultad De Ciencias Departamento De Química Analítica Tesis Doctoral Universidad de Cádiz, 2013 4 JARAMILLO-COLORADO, D.S. AGA, K. NOGUERA-OVIEDO Heavy metal contamination of estuarine sediments from Cartagena Bay, Colombia B.E. Department of Chemistry, Agrochemical Research Group, University of Cartagena, Cartagena, Bolivar, Colombia 2 Department of Chemistry, University at Buffalo, The State University of New York, Buffalo, NY, USA 5 MARRUGO, J, L, Evaluación de la contaminación por metales pesados en la ciénaga la soledad y bahía de cispatá, cuenca del bajo sinú, departamento de córdoba. proyecto presentado para la convocatoria interna de launiversidad de CÓRDOBA Doctor Ciencias Químicas Grupo de Investigación en Aguas, Química Aplicada y Ambiental - GAQAA
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Se procesaron un total de 10 muestras en 30 análisis para mercurio, cobre y plomo,
a continuación, se muestra la tabulación de los valores de metales pesados para las
plantas, el máximo valor registrado para el mercurio fue de 2,14 ppm (media 0,33
ppm) seguido por el Plomo 53,43 ppm (media 5,3 ppm) y seguido del cobre 76,22
ppm (media 7,6), donde la varianza más alta se dio para los valores de Cobre y
Plomo con 96,18 y 64,47 respectivamente, evidenciando una variación significativa
de las medias de todas las muestras para éstos metales.
Tabla 8. Estadística descriptiva de los valores de metales para las muestras de plantas
Parámetros Hg/ppm Cu/ppm Pb/ppm
Media 0,3296 7,622 5,343
Mediana 0,086 2,37 1,695
Desviación estándar 0,65098732 9,80746518 8,02983748
Varianza de la muestra 0,42378449 96,1863733 64,47829
Mínimo 0,025 0,74 0,58
Máximo 2,14 25 22
En la Figura 20 se evidencia la dispersión de los datos en los cuales el cobre y el
plomo alcanzan valores significativamente más altos que el mercurio.
Los estudios sobre la detección de metales pesados en plantas asociados a cursos
acuáticos se han concentrado en determinar posibles efectos como fijadores y
filtradores de estos elementos brindando una opción de manejo de estas especies1.
No se encontraron estudios enfocados a analizar la bioacumulación de las plantas
y su rol en el ecosistema.
1 MARTELO J, BORRE J, 2012, Floating macrophytes on the wastewater treatment: a state of the art review, Ingeniería y Ciencia, ing. cienc.
ISSN 1794–9165 Volumen 8, número 15, enero-junio de 2012, páginas 221–243
pág. 74
Figura 20. Comportamiento de los valores de metales pesados.
Los análisis se realizaron en dos diferentes especies la primera correspondiente al
género polygonum, de habito semiacuático, herbáceas que crecen a borde el curso
principal del río Chicamocha, es de las especies que abarca un mayor número de
área; la otra especie corresponde a Eichhornia crassipes (Buchón, jacinto de agua,
flor de bora, camalote), especies acuáticas que son consideradas invasoras y que
crecen especialmente en áreas circundantes de la estación de GENSA. Con la
finalidad de evidenciar si los resultados están influenciados por el tipo de especie
se aplicó la prueba del ANOVA, los cuales evidencian que los valores son mayores
a un alfa definido de 0,05 (Mercurio P=0,225; cobre P=0,201, plomo P= 0,119),
evidenciando que no existen diferencias significativas entre las especies evaluadas.
Los efectos que pueden causar los metales pesados en plantas dependen del rango
de tolerancia de cada especie, y del metal contaminante. Pueden ocasionar
marchitamiento, amarillez, deformación de las hojas y raíz, y pudrición de los tejidos.
Los máximos valores tolerables de metales pesados, estimados para cualquier
y = 0,0344x + 0,1405R² = 0,0256
y = 1,3902x - 0,024R² = 0,1842
y = 1,2584x - 1,578R² = 0,2251
0,01
0,1
1
10
100
0 2 4 6 8 10 12
Co
nce
ntr
ació
n p
pm
Muestras
Resultado análisis de Hg/ppm
Resultado análisis de Cu/ppm
Resultado análisis de Pb/ppm
Lineal (Resultado análisis de Hg/ppm)
Lineal (Resultado análisis de Cu/ppm)
Lineal (Resultado análisis de Pb/ppm)
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especie vegetal son de: (40 - 530 mgr /g de peso seco para Hg; 9 – 93 mgr /g de
peso seco para Cu; 27 - 245 microgramos /g de peso seco para Pb1
7.1.3 Metales pesados en peces
Se analizaron un total de 25 muestras de dos especies presentes en la zona la tilapia
Oreochromis niloticus y de la Carpa Cyprinus carpio, especies con aprovechamiento
comercial introducidas en el ecosistema, en la toma de muestras se evidenció que son
usadas por pobladores, pescadas artesanalmente, además de consumidas.
Los resultados evidencian que la media de los valores registrados son los siguientes: cobre
(2,6 ppm), seguido por el plomo (0,46 ppm), y por último el mercurio (0,0704 ppm), los datos
que más varían son del cobre con un valor de 12,87 de varianza, el mercurio registro el
valor más bajo para el mercurio con un 0,013 (ver Tabla 9).
Tabla 9. Valores de estadística descriptiva para los valores en peces.
Parámetro Hg Cu Pb
Media 0,0704 2,36 0,46858333 Error típico 0,023149874 0,71776526 0,14506379 Mediana 0,01 0,021 0,052
Desviación estándar 0,11574937 3,58882629 0,71066453 Varianza de la muestra 0,013397917 12,8796742 0,50504408
Mínimo 0 0 0 Máximo 0,482 15 3 Suma 1,76 59 11,246
Nivel de confianza (95,0%) 0,047778992 1,48139469 0,30008731
Con la finalidad de valorar el riesgo directo para la salud humana de las muestras
valoradas, éstas fueron contrastadas con parámetros de referencia de la
normatividad, valores recomendados por la OMS2, y la Norma Técnica Colombiana
NTC 1443 la cual establece los requisitos del pescado entero, medallones y trozos,
refrigerados o congelados aptos para consumo humano. Los esquemas de la Figura
21, Figura 22 y Figura 23, corresponden a la dispersión de la concentración de las
1 UNIVERSITY OF FLORIDA, I. 2013. Center for Aquatic and Invasive plants. Recuperado el 21 de Octubre de 2014, de
http://plants.ifas.ufl.edu/node/328 2 Organización Mundial de la Salud
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muestras con respecto a normatividad. Al comparar la concentración encontrada y
con los valores teóricos de la normatividad colombiana1, ninguna muestra de
mercurio excedió el límite máximo permitido, sin embargo, muestras de Cobre y
Plomo si, las evidencias de biomagnicación anteriormente nombradas puede indicar
que algunos individuos de Tilapia podrían exceder los límites permitidos. De los
metales evaluados el mercurio resulta el más nocivo para O. niloticus2, describieron
que los peces expuestos a Hg inorgánico disuelto en el agua provocan la hipoxia,
como resultado de hiperplasia celular en las laminillas secundaria de las branquias,
disminuyendo el área superficial para el intercambio de gases, lo cual puede estar
relacionado con los altos valores en las branquias para este metal.
Figura 21. Concentración de Mercurio con respecto a la norma NTC 1443 de 2009
1 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1443. (2009). Productos de la pesca y acuicultura. Pescado entero, medallones y trozos, refrigerados o congelados. Tercera actualización. Bogotá: Icontec 2 OLIVEIRA, C., NETO, F., MELA, M., SILVA, P., RANDI, M., RABITTO, I., ALVES, J., & PELLETIER, E. Hematological findings in neotropical fish Hoplias malabaricus exposed to subchronic and dietary doses of methylmercury, inorganic lead, and tributyltin chloride. 2006, Environmental Research, 101, 74-80
-0,1
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0 5 10 15 20 25 30
Co
nce
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ació
n H
g /
pp
m
N° Muestras
Límite de la NTC 1443 del 2009
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Figura 22. Concentración de cobre con respecto a la norma de NTC 1443 de 2009
Figura 23. Concentración de cobre con respecto a la norma de NTC 1443 de 2009
Pescadores artesanales y sus familias constituyen grupos vulnerables, quienes
pueden presentar un grave riesgo de intoxicación por su posición en lo más alto de
0,001
0,01
0,1
1
10
0 5 10 15 20 25
Co
nce
ntr
ació
n C
u /
pp
m
N° muestras
Límite de la NTC 1443 del 2009
0,001
0,01
0,1
1
0 5 10 15 20 25
Co
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ntr
ació
n P
b /
pp
m
N° Muestras
Límite de la NTC 1443 del 2009
pág. 78
la cadena trófica y por la ingesta de peces en su dieta1, se recomienda evaluar la
representatividad de estos peces en la dieta de estas personas con el ánimo de
establecer posibles riesgos para la salud. Se han establecidos límites de la ingesta
diaria que se debe de tomar en cuenta para evitar cualquier riesgo por ingesta de
carne con altas concentraciones de mercurio. Cabe mencionar, que para grupos
vulnerables de la población (e. g. niños de menor edad, mujeres embarazadas) los
límites de consumo semanal tolerable permisible de mercurio se reducen a la
mitad2, debido a que la exposición a Hg, tanto prenatal como posnatal, afecta
principalmente las funciones del sistema nervioso central, y parece tener secuelas
postnatales3.
Se hace necesario fortalecer las estrategias nacionales que regulan las emisiones
de contaminantes provenientes de la actividad industrial como una de las principales
causas de contaminación de las aguas del país, de igual modo la legislación y
reglamentación existente en el ámbito nacional; de esta manera propender por una
mejor regulación de las sustancias contaminantes generadas. Es muy importante
establecer los riesgos que existen por la persistencia en la cuenca alta del rio
Chicamocha del mercurio y otros elementos, la investigación debe continuar
obteniendo información acerca de la distribución espacial, concentraciones en
aguas, sedimentos y peces.
La presencia de metales pesados en muestras de peces, carpas y tilapias se puede
atribuir a sus hábitos alimenticios y a una presencia latente de los contaminantes en
el ecosistema4, determinaron que el contenido de Hg en las diferentes especies de
peces depende de su posición en la cadena trófica y de sus hábitos alimenticios
1 AUGER, N., KOFMAN, O., KOSATSKY, T., & ARMSTRONG, B. (2005). Low level methylmercury exposure as a risk factor for neurologic
abnormalities in adults. Neurotoxicology 26, 149-157. 2 CHEN, Y. W. & N. BELZILE. (2001). Antagonistic effect of selenium on mercury assimilation by fish populations near Sudbury metal smelters? Limnol. Oceanogr., 46(7), 1814–1818 3 RASMUSSEM, R. S., J. NETTLETON & M. T. MORRISEY. (2005). A review of mercury in seafood: special focus on tuna. J. Aquat. Food Prod. Techn., 14(4):71-100 4 OLIVERO, J., & SOLANO, B. (1998). Mercury in Environmental Samples From a Waterbody Contaminated by Gold Mining in Colombia, South America. The Science of the Total Environment, 217, 83-89.
pág. 79
estudios como el realizado por Olivero, Jhonson & Arguello1, encontraron que la
mayor concentración de mercurio total la presenta especies con hábitos carnívoros,
detritivoros-zooplanctónicos (parte alta dela red trófíca), por lo cual una alta
concentración puede atribuirse al transporte de este metal en los sedimentos, O.
niloticus se alimenta de algas bentónicas, zooplancton, huevos de otras especies
de peces y larvas. Se requiere establecer las fuentes de los contaminantes
metálicos en el sector, con el ánimo de reducir y monitorear la presencia de metales
pesados en la cadena trófica. No se puede establecer el punto exacto o la fuente
por la cual la Tilapia incorporó dichos contaminantes, debido a sus desplazamientos
reproductivos, los peces pueden migrar cientos de kilómetros aguas arriba y se
pueden alimentar en sitios distantes al de su captura2, por ende, se hace necesario
hacer una investigación más amplia para determinar la causa de la contaminación
de los peces.
La tilapia es uno de los peces de agua dulce más importante en el mundo de la
acuicultura y se distribuye en muchas regiones, son grupos susceptibles a la
bioacumulación por los contaminantes metálicos; de igual modo existen estudios
que utilizan esta especie en las pruebas de bioensayos o como bioindicadores para
conocer la presencia y los efectos del mercurio en los ecosistemas acuáticos 3,4,5,6.
Por tanto, se puede inferir que en algunos sectores de la cuenca alta del
Chicamocha se están llevando a cabo procesos de contaminación por agentes
metálicos, donde el monitoreo por medio de la detección en tejidos puede constituir
una herramienta de seguimiento a ésta problemática.
1 OLIVERO, J., JHONSON, B., & ARGUELLO, E. Human exposure to mercury due to fish consumption in San Jorge river basin, Colombia,
2002, (South America). Sci Total Environ , 289, 41-47 2 QUIK, J., & OUBOTER, P. (Monitoreo de la calidad del agua en la cuenca del Commewijne, Surinam Paramaribo. Surinam: Centro de Investigación Ambiental de la Universidad Antón de Kom de Surinam, 2002 3 SHAW, B., & HANDY, R. Dietary cooper exposure and recovery in Nile tilapia, Oreochromis niloticus. Aquatic Toxicology, 2006, 76, 111-121 4 TSAI, CH., JANG, T., & WANG, L. Effects of mercury on serotonin concentration in the brain of tilapia, Oreochromis mossambicus. Neuroscience Letters, 1995, 184, 208-211. 5 NUSSEY, G., VAN VUREN, J., & DU PREEZ, H. Effect of copper on the haematology and osmoregulation of the Mozambique tilápia, Oreochromis mossambicus (Cichlidade). 1995 Comp. Biochem, Physiol, 111C, (3), 369-380. 6 ALLEN, P. . Changes in the hematological profile of the cichlid Oreochromis aureus (Steindachner) during acute inorganic mercury intoxication. Comp. Biochem. Physiol, C, 108 (1), 117-121, 1994
pág. 80
Se aplicó la prueba de varianza con la finalidad de comparar si existe una diferencia
significativa entre los datos de trazas de los metales entre las dos especies (Tilapia
y Carpa) P=0,186>0,05, evidenciando que no existe diferencia significativa entre las
muestras de los datos.
7.1.4 Metales pesados en aves
Se analizaron un total de 6 muestras provenientes de tejido blando de 2 especies
de aves garzas de hábitos principalmente piscívoros, como la garza blanca (Ardea
alba), y la garcita rayada (Butorides striata), las muestras fueron tomadas de sitios
donde se encontraron individuos muertos, reportados por pobladores del sector,
todas las muestras evidenciaron trazas metálicas, de las cuales los valores máximos
registrados fueron Hg 0,260 ppm, Cu 13,0 ppm, Pb 2,6 ppm; donde el cobre reporto
los mayores valores, y el mercurio fue el menos representativo. De igual modo el
promedio de los resultados evidencia como el cobre es el mayor contaminante
según su concentración Cu 4,5, seguido por el Pb 0,706 y por último el mercurio con
un valor de 0,092 (Ver Tabla 10).
Tabla 10. Resultados de concentraciones de metales en muestras de aves
Parámetro Hg Cu Pb
Media 0,092 4,506 0,706
Mediana 0,040 1,817 0,260
Desviación estándar 0,112 5,805 1,014
Varianza de la muestra 0,012 33,703 1,028
Mínimo 0,000 0,001 0,000
Máximo 0,260 13,000 2,600
Los reportes sobre estudios de aves y su rol en proceso de acumulación con
respecto a un ecosistema en particular que pueda ser comparativos son muy pocos
en Colombia, se reportan estudios sobre el rol de las aves como bioindicadores de
pág. 81
procesos de contaminación por trazas metálicas1. Comparando niveles de mercurio
en cáscara de huevos de las aves garceta nívea (Egretta thula) de dos regiones en
el norte Colombia, la bahía de Cartagena en una zona industrial y la ciénaga del
Totumo, de baja contaminación sin influencias industriales. Se requieren mayores
investigaciones para profundizar en aspectos como éstos2.
Las consecuencias en aves expuestas a concentraciones subletales de metales
pesados se relacionan con alteración en la reproducción, cambios del
comportamiento, disminución de tamaño y peso y alteración en la embriogénesis.
7.1.5 Evaluación de los niveles tróficos
7.1.5.1 Correlación de Pearson
Tabla 11. Correlación de Pearson para el mercurio
NIVELES TRÓFICOS SEDIMENTOS PECES AVES
SEDIMENTOS
PECES 0,487921154
AVES -0,70505096 0,28534243
PLANTAS 0,506897644 -0,15380196 -0,51525886
Tabla 12 Correlación de Pearson para el Plomo
NIVELES TRÓFICOS SEDIMENTOS PECES AVES
SEDIMENTOS PECES 0,43638119 AVES -0,41263502 0,28911547 PLANTAS 0,2378444 -0,24975937 0,38773441
Tabla 13. Correlación de Pearson para el Cobre
SEDIMENTOS PECES AVES
SEDIMENTOS PECES 0,44451178 AVES 0,40708638 -0,33512995
1 PARRA E, Wild birds as bioindicators of environmental pollution and heavy metals, Revista CES Salud Pública, 2014Volumen 5 No.1 Enero.
2OLIVERO-VERBEL, J., D. AGUDELO-FRIAS & K. CABALLEROGALLARDO. Morphometric parameters and total mercury in eggs of Snowy Egret (Egretta thula) from Cartagena Bay and Totumo Marsh, north of Colombia. 2012, Marine Pollution Bulletin 69:105-109.
pág. 82
SEDIMENTOS PECES AVES PLANTAS 0,16281519 -0,29216283 0,49848669
Las correlaciones entre el contenido de metales en los sedimentos y los diferentes
niveles tróficos evaluados se muestran en la Tabla 11, donde se muestran los
valores de R; los valores en rojo resaltan las correlaciones estadísticamente
significativas.
El análisis de correlación de Pearson muestra una relación positiva significativa
entre los contenidos de mercurio entre sedimentos y aves y la relación de plantas
con peces y aves. Hay que considerar que el Hg, es de origen antrópico y son
introducidos por actividades tales como industria agricultura mediante descarga de
vertimientos, entre otras. En cuanto al Cobre se encontró una correlación
significativamente entre las concentraciones de Peces con respecto a las aves y las
plantas (Tabla 13). Y con respecto al plomo se evidencia una correlación
estadísticamente significativa entre la relación Aves- Sedimentos y Plantas – Peces.
Para entender esta correlación hay que considerar las interacciones químicas de
cada metal valorado por ejemplo la metilación del Hg, incorpora los metales a su
estructura mediante fenómenos de atracción y generación de compuestos
organometálicos, limitando la biodisponibilidad de los mismos, arrastrándolos y
depositándolos en los sedimentos.
pág. 83
Figura 24. Correlaciones estadísticamente significativas para el mercurio
Figura 25. Correlaciones estadísticamente significativas para el plomo
pág. 84
Figura 26. Correlaciones estadísticamente significativas para el cobre
7.1.5.2 Análisis de componentes principales.
El análisis de componentes principales en una técnica poderosa para la
identificación de patrones de comportamiento que intentan explicar la varianza de
un conjunto de parámetros inter-correlacionados entre sí. Las componentes
principales son nuevas variables, combinación lineal de las variables originales, con
varianza progresivamente decreciente. Indican la asociación entre los parámetros y
por lo tanto generan una reducción de la dimensionalidad de un conjunto de datos;
cada componente es una variable correlacionada con otra y por lo tanto con
información independiente. Los valores propios de los componentes son medidas
de sus varianzas asociadas, la participación de las variables originales está dadas
por las cargas y las observaciones individuales transformadas son llamadas
puntajes 1.
Con la finalidad de establecer la dinámica de metales pesados e identificar
relaciones tróficas en los sedimentos estudiados se realizó el análisis de
1 CARDEÑOSA J, KANASEWICH D, MENDOZA R, RODRÍGUEZ Le, Rojas V, Galiano F, De Cristancho Lp. Evaluación De La
Contaminación Actual En La Hoya Hidrográfica Del Río Magdalena. Proy. Iit/Colciencias 30026-1-01-70. Vol. 1 Y 2. Bogotá. Informe Final; 1973.
pág. 85
componentes principales, a partir de la matriz de correlación para encontrar los
factores (F), que explican la variabilidad de los resultados obtenidos en el estudio.
Figura 27. Componentes principales de un factor entre las concentraciones de Hg promedio en los niveles tróficos del ecosistema.
Los resultados para el mercurio evidencian que él hay una correlación entre las
varianzas de las concentraciones de plantas sedimentos y aves, sin embargo, los
peces parecen estar fueron de esta comparación, es decir las varianzas de estos
datos son muy diferentes a los otros evaluados, lo cual puede explicarse a procesos
significativos de magnificación de los resultados en peces, sin embargo llama la
atención como otros niveles altos de la red trófica no manifiestan éste
comportamiento.
En cuento al plomo vemos que los hay un nivel de similitud entre las varianzas de
los niveles tróficos correspondientes a las aves, los peces y la plantas y hay una
pág. 86
diferencia significativa con respecto a los sedimentos, los cuales son
comparativamente bajos en cuento a las concentraciones.
Figura 28. Componentes principales de un factor entre las concentraciones de Pb promedio en los niveles tróficos del ecosistema.
En cuento al cobre los resultados evidencian que los datos presentan varianzas muy
similares en cuanto al nivel de significancia estadístico para el estudio, donde las varianzas
de las concentraciones para aves están muy cerca de alcanzar la significancia.
pág. 87
Figura 29. Componentes principales de un factor entre las concentraciones de Cu promedio en los niveles tróficos del ecosistema.
7.2 Determinación de la geocumulación y biomagnificación de las trazas metálicas
en las muestras presentes en el ecosistema acuático.
Según la clasificación de Muller1, los resultados del índice de geoacumulación de
Cu, Hg y Pb, usando como valores de referencia los estimados para Cu y Pb se
promedios mundiales2, y para el mercurio estudios reportados para Colombia3, los
resultados evidencian que la mayor parte de las muestras para sedimentos se
1 MULLER G. Schwermetalle in den sedimenten des Rheins- Veranderungen seit 1971. Umschau 79: 778-783. 2 MCBRIDE, M.B. Environmental Chemistry of Soils. Oxford University Press, New York. 406p 3 MONTENEGRO G., Hugo. Interpretación de las propiedades físicas del suelo. En: Fundamentos para la interpretación de análisis de suelos, plantas y aguas para riego. Bogotá: Sociedad Colombiana de la Ciencia del Suelo, 2000. 137 p.
pág. 88
registraron Igeo < 0, es decir que la mayor parte de las muestras evidencian que no
hay contaminación por acumulación en el suelo, sin embargo hubo unas muestras
tanto para Hg, como para Cu y Pb donde 0 < Igeo<1, es decir que se consideraron
sedimentos moderadamente contaminados. Estos resultados son concordantes con
otros estudios reportados en sedimentos 1, 2, 3; lo que sugiere que a pesar de la
concentración de estos metales en el sitio de estudio ha existido un leve aumento
en las condiciones de acumulación, lo cual evidencia problemas de contaminación
iniciales por trazas metálicas, sin embargo, los niveles aún están lejos de llegar a
las condiciones más críticas.
Figura 30. Resultados del Índice de Geoacumulación para las muestras.
1 MONROY, Mario, Alberto Maceda-Veiga, Adolfo De Sostoa
2 ZAMORA-BARATO, Casto. Estudio del contenido de metales pesados en suelos de la cuenca del Río Turia. [Tesis de Grado]. Valencia: Escuela Politécnica Superior de Gandia. Universitat Politècnica de València. 2014. 3 MELLO DE CARVALHO, Luciana. Distribución espacial de metales pesados en la Cuenca del Arroyo Carrasco y su relación con el uso de la cuenca asociada. [Tesis de Grado]. Montevideo: Programa Maestría en Ciencias Ambientales. Facultad de Ciencias. Universidad de la República. 2012
-12,000
-10,000
-8,000
-6,000
-4,000
-2,000
0,000
2,000
4,000
0 2 4 6 8 10 12 14
Igeo Hg I geo Cu I geo Pb
0 < Igeo<1 No contaminado a moderadamente contaminado
Igeo < 0 No contaminado
pág. 89
El comportamiento contaminante de los metales pesados debe ser entendido a la
luz de sus dinámicas e interacción con diferentes componentes de un ecosistema
ya que el flujo del contaminante es atribuido a una serie de interacciones complejas
(Figura 31), de éste modo se valoró la biomagnificación de los metales, entendida
como la secuencia de procesos que conducen a aumentar la concentración de una
sustancia en un organismo con respecto a la del medio que se lo ha aportado. Se
suele aplicar a los ecosistemas más que a los individuos.
Figura 31. Principales dinámicas de los ciclos biogeoquímicos de los metales pesados.
Con la finalidad de valorar la biomagnifcación se estimó para la relación de niveles
tróficos, tratando de describir algunos de los flujos de la energía que se dan a cabo
en el ecosistema, a continuación, se muestran los valores tróficos evaluados:
pág. 90
Ante los resultados que evidencian procesos iniciales de contaminación en el área
de estudio es importante llegar a fortalecer un procedimiento técnico para predecir
los efectos adversos producidos por sedimentos contaminados sobre los
organismos acuáticos1, fortaleciendo la generación de evidencias que permitan
proteger a los organismos que viven en los sedimentos acuáticos de los efectos
deletéreos producidos por sustancias químicas presentes en estos ambientes como
los metales pesados y que sea el primer paso para controlar de éste modo la
magnificación hacia otros niveles tróficos los cuales puede incluir el ser humano.
• SEDIMENTOS - PLANTAS
• SEDIMENTOS - PECES
• PECES - AVES
• SEDIMENTOS - AVES
Tabla 14. Resultados del factor de biomagnificación para diferentes niveles tróficos.
RELACIÓN TRÓFICA Hg Cu Pb
FACTOR BIOMAGNIFICACIÓN SEDIMENTOS PLANTAS 109,867 15,266 14,658
FACTOR BIOMAGNIFICACIÓN SEDIMENTOS PECES 23,467 1,339 4,538
FACTOR BIOMAGNIFICACIÓN PECES AVES 0,561 0,802 0,770
FACTOR BIOMAGNIFICACIÓN SEDIMENTOS AVES 13,167 0,743 3,493
El factor de bioacumulación es un estimado que aporta a conocer la toxicidad de
estos metales para los organismos bentónicos (que componenen los sedimentos)
depende de la disponibilidad de ellos en el medio y de la capacidad de los
organismos para asimilar metales directamente de la ingesta de partículas de
sedimento, el estimador calculado en este estudio se interpretó a partir de la
definición del factor a partir del cual los valores <1 sugiere procesos significativos
1 MCCREADY S, G BIRCH & E LONG. Metallic and organic contaminants in sediments of Sydney Harbour, Australia and vicinity -A chemical
dataset for evaluating sediment quality guideline. 2006, Environmental International 32: 455-465.
pág. 91
de bioacumulación, los resultados evidencian que existe un traspaso significativo de
la concentración de los metales presentes en los sedimentos hacia algunos niveles
tróficos superiores, el comportamiento de la biomagnifcación es diferente para los
metales evaluados, aunque existen coincidencias en algunos flujos de la
biomagnificación.
El mercurio se presentó un factor de biomagnifcación significativo en cuanto al flujo
trófico de peces a Aves (BMF= 0,561), en cuanto al cobre se da un valor positivo
para el flujo de peces a aves (BMF= 0,802) y sedimentos a aves (BMF= 0,743) el
nivel trófico de sedimentos a peces muestra un nivel muy cercano a la
biomagnificación; y en cuanto al plomo se presentó un flujo importante en el nivel
trófico de peces a aves.
Los resultados evidencian una proporción lineal entre la concentración de metales
en la biota y la concentración de metales en el sedimento, para algunos niveles
tróficos en el ecosistema,1 si bien este modelo lineal es utilizado en muchos estudios
para monitorear los efectos tóxicos producidos en la biota en un área específica, el
inconveniente es que no considera las características geoquímicas del sustrato y
otras variables relacionadas con las dinámicas químicas que pueden explicar
porque a pesar de la presencia de metales y de los evidentes procesos de
bioacumulación la relación no es lineal, para todos los niveles tróficos evaluados, lo
cual se evidencia en Figura 32, Figura 34 y Figura 34.
Aun asi, los análisis permiten relacionar, de manera preliminar, la concentración de
metales, con eventuales procesos de biomagnificación de éstos en la trama trófica2,
como lo registrado en otros estudios3, evidenciando que es posible, entonces que
el mecanismo de difusión pasiva de metales desde el medio a los organismos, el
1 MOUNTOURIS A, E VOUTSAS & D TASSIOS. Bioconcentration of heavy metals in aquatic environments: the importance of bioavailability.
2002, Marine Pollution Bulletin 44: 1136-1141 2 VALDES J, G VARGAS, A SIFEDDINE, L ORTLIEB & M GUINEZ. Distribution and enrichment evaluation of heavy metals in Mejillones Bay (23°S), Northern Chile: Geochemical and statistical approach. 2005 Marine Pollution Bulletin 50: 1558-1568. 3 AHUMADA R. Metales traza en los sedimentos: Una herramienta de gestión ambiental para la Zona Costera. En: Arcos D (ed). Mineria del cobre, ecologia y ambiente costero, pp. 297-315, Editorial Anibal Pinto, Santiago
pág. 92
cual da como resultado una relación lineal, no se aplique a todos los ecosistemas
acuáticos, y que, por el contrario, exista un mecanismo activo de traspaso de
metales en donde la química del metal, las características del sustrato y las vías de
incorporación de metales a los organismos, principalmente sus hábitos también
aporten decisivamente a éstas dinámicas.
En todo caso los resultados sirven como bioindicadores de la condición de la
biomagnificación de los metales, donde los resultados evidencia que para todos los
metales las relaciones tróficas con el nivel superior del ecosistema (Aves),
presentan un valor significativo de biomagnificación, eso supone un alto riesgo que
un nivel trófico superior como el ser humano registre valores magnificados del
ecosistema (Ver Figura 32, Figura 33 y Figura 34).
Figura 32. Factor de biomagnificación del mercurio en el ecosistema valorado.
pág. 93
Figura 33. Factor de biomagnificación del cobre en el ecosistema valorado.
Figura 34. Factor de biomagnificación del Plomo en el ecosistema valorado.
pág. 94
7.3 MODELO EN ESTADO ESTABLE DE AGUA SUPERFICIAL PARA
OBSERVAR Y ANALIZAR EL COMPORTAMIENTO DE LA
CONCENTRACIÓN Y TRANSPORTE DE METALES PESADOS.
A partir de estimaciones de los parámetros del modelo de contaminación por
metales pesados implementado por Bedoya en el río Tunjuelo1, y a partir de la
concentración de los metales pesados en el área, se desarrolló en hoja electrónica
la ecuación de Advección-Dispersión, para analizar el comportamiento de los
contaminantes en la unidad de análisis seleccionad. A continuación, se expone la
distribución del trazador, de este modo y partir de las concentraciones de los
metales pesados por punto de muestreo se pudo proyectar el tiempo de viaje
promedio, el tiempo de decaimiento, por mencionar algunos, el modelo se presenta
inicialmente para el punto 0 (Aguas arriba ver Figura 36) y para el punto 2 (Aguas
abajo de la central termoeléctrica de Gensa ver Figura 37).
Figura 35. Modelo ADZ de Trasporte y distribución de concentraciones
1 BEDOYA-CONTRERAS, John. Modelo de simulación de transporte de metales pesados en la cuenca baja del río Tunjuelo. [Trabajo de
Grado]. Bogotá: Facultad de Ingeniería Ambiental y Sanitaria. Universidad de la Salle. 2007
pág. 95
Figura 36. Modelo de transporte y distribución de concentraciones en el punto 0.
Figura 37. Modelo de transporte y distribución de concentraciones en el punto 2.
pág. 96
El comportamiento de los datos permite inferir que se simula de forma cercana el
comportamiento de la concentración del soluto, en éste caso de los metales
pesados (Figura 35, Figura 36 y Figura 37). Los resultados también evidencian por
la forma de las campanas comportamientos advectivos (No tan dispersivos), sobre
todo en el punto 2 (Aguas abajo de la central termoeléctrica)
De este modo se obtuvieron las siguientes condiciones para continuar con los
parámetros de modelación:
I. Tiempo de viaje t segundos
II. Tiempo de arribo τ segundo
III. Tiempo de Residencia
IV. Tr segundos
V. Fracción Dispersiva
VI. velocidad promedio
VII. Coeficiente de correlación
Es importante mencionar que los resultados evidencian que, bajo los parámetros
establecidos y tomados para el presente trabajo en el área de estudio, se evidencia
que existe predominio de transporte advectivo en el sitio estudiado. El fluido se
describe matemáticamente para tales procesos como un campo vector, y el material
transportado como una concentración escalar de sustancia, que está presente en el
fluido1.
Siguiendo el procedimiento propuesto2, se procedió a la calibración usando los
resultados experimentales comparándolos con los valores obtenidos por el modelo
1 THOMAS AND MULLER, Principles of the surface water Quality modeling control, (2) 388 - 560. 2 BEDOYA-CONTRERAS, John. Modelo de simulación de transporte de metales pesados en la cuenca baja del río Tunjuelo. [Trabajo de
Grado]. Bogotá: Facultad de Ingeniería Ambiental y Sanitaria. Universidad de la Salle. 2007
pág. 97
y se busca ajustar las constantes de destino empleando la herramienta Solver de
Excel, usando también el coeficiente de correlación.
Con los valores de las constantes, del tiempo de viaje, se procedió a hacer las
gráficas de los modelos para cada modelo en forma general y para el mercurio, el
cobre y el plomo.
Figura 38. Modelo general del Cobre en el área de estudio.
pág. 98
Figura 39. Modelo general del Mercurio en el área de estudio.
Figura 40. Modelo general del Cobre en el área de estudio.
El modelo de metales ADZ, representados (ver gráficas Figura 38, Figura 39 y
Figura 40), muestra un avance de valores muy ajustado entre los datos
experimentales y los valores del modelo general, simulando el comportamiento
pág. 99
direccional de la concentración de los diferentes metales, esto señala, que hay una
correcta formulación del modelo que demuestra el fenómeno dispersivo y advectivo.
Sin embargo, como señala Bedoya en su estudio1 el resultado también evidencia
que el modelo de metales requiere contar con las concentraciones no solo en la
fracción acuosa sino en los sedimentos, toda vez que los metales como el mercurio
se pueden encontrar en las dos fases, además es importante entender el
comportamiento del metal en su trayectoria y la concentración real presente en los
lodos que guíen en la predicción de posibles eventos que estén asociados al
trasporte tóxicos de un cuerpo de agua.
La diferencia de entrada entre los datos reales y el modelo se puede asociar a una
distancia relativamente corta entre los dos puntos de recolección de muestras y una
disminución de la velocidad de flujo de río debida a la presencia e interferencia
ocasionada por rocas y obstáculos masivos que quedan descubiertos por el bajo
nivel de río Chicamocha en el momento en que se hizo el experimento, sobre todo
en el punto 1 donde se tomó las muestras para el ensayo de trazadores.
1 BEDOYA-CONTRERAS, John. Modelo de simulación de transporte de metales pesados en la cuenca baja del río Tunjuelo. [Trabajo de
Grado]. Bogotá: Facultad de Ingeniería Ambiental y Sanitaria. Universidad de la Salle. 2007
pág. 100
8 CONCLUSIONES
La valoración de los metales pesados en tres sitios ubicados aguas arriba de la
ubicación de la planta termoeléctrica (Punto 0, aguas arriba de la central), en la
planta termoeléctrica (Punto 1) y aguas abajo (Punto 2), evidenció la presencia de
trazas metálicas en distintos niveles del ecosistema; los valores más altos
registrados en sedimentos para mercurio fue de 0.003 Hg/ppm, para plomo 0.35
ppm y para cobre de 0.52 ppm, no existen diferencias significativas entre los
promedios para cada punto de muestreo por ello es difícil inferir posibles focos de
contaminación asociados al área de estudio lo cual se corrobora con los análisis
espaciales, sin embargo el comportamiento de los metales por punto de muestreo
evidencian que la concentración más alta se da en el punto 1 (Punto de la central
termoeléctrica), para el caso del mercurio y del cobre, y el punto 0 (Aguas arriba)
para el caso del Plomo. Es importante considerar que la dinámica de metales
pesados entre los diferentes sitios esta sujeta a variaciones espaciales y
temporales, como resultado de los cambios en la magnitud de la escorrentía
terrestre, de igual modo se debe contemplar los procesos de erosión del suelo y
fuentes de contaminación metálica aguas arriba del sito de estudio.
Las fuentes de contaminación por metales pesados se pueden atribuir a la influencia
directa de la central termoeléctrica de GENSA sin embrago, los resultados
evidencian que aguas arriba también se hay aportantes de medios de
contaminación por metales pesados de plomo sobre todo de plomo.
En cuenta a la influencia de la operación de la central termoeléctrica de GENSA se
puede concluir que procesos de puesta en marcha de la central tales como la
combustión de carbón con las emisiones correspondientes, además de la
disposición de las cenizas, y lixiviación de derivados del carbón en los patios de
ceniza, además del reflujo de agua de las lagunas de enfriamiento vertidas al río
pág. 101
Chicamocha constituyen las principales fuentes de contaminación por trazas
metálicas.
Los resultados de metales en sedimentos evidencian que ninguna de las muestras
máximas excede los valores estimados en la Resolución 631 de 2015, a pesar de
que la curva de tendencia de los parámetros tiende a aumentar.
En cuanto a los valores de las plantas el máximo valor registrado para el mercurio
fue de 2,14 ppm (media 0,33 ppm) seguido por el Plomo 53,43 ppm (media 5,3 ppm)
y seguido del cobre 76,22 ppm (media 7,6).
En las muestras de peces analizadas se detectó la presencia de Hg, Pb y Cu, en
los tejidos evaluados. Los resultados evidencian que la media de los valores
registrados son los siguientes: cobre (2,6 ppm), seguido por el plomo (0,46 ppm), y
por último el mercurio (0,0704 ppm), los datos que más varían son del cobre con un
valor de 12,87 de varianza; las muestras no excedieron el umbral permitido por la
normatividad colombiana en el caso del mercurio, y son inferiores a las reportadas
por otros estudios, sin embargo son evidentes los procesos de biocumulación que
a futuro pueden derivar en problemas ambientales y de salud pública. Se estableció
una correlación lineal altamente significativa entre la concentración de mercurio y la
longitud estándar de los peces y se destaca el potencial de los peces para constituir
un grupo bioindicador para este tipo de contaminantes. Se permitió verificar que no
existen diferencias significativas comparando los tejidos evaluados (Hígado,
branquias, y tejido muscular), el tipo de tejido evaluado no influye estadísticamente
en la concentración de mercurio, plomo o cobre.
La presencia de los contaminantes metálicos en peces se puede atribuir a sus
hábitos y amplitud ecológica, y se recomienda identificar la población potencial
consumidora de estos peces para establecer la representatividad de estos en la
pág. 102
dieta del grupo de riesgo con el ánimo de establecer y descartar patologías de salud
pública.
El mercurio se presentó un factor de biomagnifcación significativo en cuanto al flujo
trófico de peces a Aves (BMF= 0,561), en cuanto al cobre se da un valor positivo
para el flujo de peces a aves (BMF= 0,802) y sedimentos a aves (BMF= 0,743) el
nivel trófico de sedimentos a peces muestra un nivel muy cercano a la
biomagnificación; y en cuanto al plomo se presentó un flujo importante en el nivel
trófico de peces a aves. Los resultados evidencian una proporción lineal entre la
concentración de metales en la biota y la concentración de metales en el sedimento,
para algunos niveles tróficos en el ecosistema.
El modelo ADZ constituye una herramienta que aborda el conocimiento de los
fenómenos de trasporte de metales y su contaminación en el agua, y aporta de
manera significativa elementos para analizar el comportamiento de trazas metálicas
y su comportamiento en cuanto a la advección y dispersión que influyen en el
trasporte de contaminantes en el río Chicamocha. Los resultados evidencian que el
comportamiento de los contaminantes tiende mas a un carácter advectivo que al
dispersivo, y su dispersión fue afín a la prueba con el ensayo de trazadores. La
diferencia de entrada entre los datos reales y el modelo se puede asociar a una
distancia relativamente corta entre los dos puntos de recolección de muestras y una
disminución de la velocidad de flujo de río debida a la presencia e interferencia de
obstáculos en su caudal.
Con respecto a la hipótesis del estudio se pudo confirmar la presencia,
bioacumulación y biomagnificación de Hg, Cu y Pb en diferentes niveles trófico del
medio acuático en un sector del río Chicamocha asociado a la planta termoeléctrica
de GENSA, lo que evidencia procesos de contaminación ambiental por metales
pesados, confirmando la existencia de riesgo para la salud pública y la calidad
ecosistémica del sector.
pág. 103
9 RECOMENDACIONES
Debido a las evidencias de procesos de biomagnificación entre los niveles de
mercurio y la posición trófica, se recomienda realizar el análisis de mercurio
conjuntamente con el análisis de con métodos químicos que ayuden a describir la
interacción, como por ejemplo análisis de lípidos y metilmercurio que permita
esclarecer la relación entre ambas variables, debido a la afinidad del mercurio
orgánico con la composición lipídica de los organismos y de la metalotioneína como
la proteína que ayudan a contrarrestar la toxicidad del mercurio; y de igual modo se
recomienda ampliar y fortalecer la investigación científica con respecto a los
procesos de interacción de los metales con el ecosistema y los niveles tróficos.
Se recomienda establecer un programa de monitoreo integral con respecto al
mercurio, que involucre investigación científica, el cumplimiento de políticas y
normatividad ambiental, procesos de vigilancia especifica por parte de autoridades
regionales ambientales, al igual que de empresas involucradas en procesos
productivos.
La presencia de los contaminantes metálicos en peces se puede atribuir a sus
hábitos y amplitud ecológica, y se recomienda identificar la población potencial
consumidora de estos peces para establecer la representatividad de estos en la
dieta del grupo de riesgo con el ánimo de establecer y descartar riesgos de salud
pública.
Es importante tener en cuenta para posibles estudio y modelos del comportamiento
de estos contaminantes sobre trazadores e indicadores etc, que asegure de la forma
más adecuada desde el punto de vista experimental simular las condiciones reales
del comportamiento de estos contaminantes.
pág. 104
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11 ANEXOS
Anexo 1. Resultados Metales pesados
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