Quilotoa. Cotopaxi. Ecuador

REV. PERSPECTIVA 21 (1), 2020: 000-000 - ISSN 1996-5257 REV. PERSPECTIVA 21 (1), 2020: 71-83 - ISSN 1996-5257

Physicochemical quality of the water of the Quilotoa volcanic crateric lake. Cotopaxi. Ecuador

González, M.1; Acuña, J.1; Escobar, J.1; Viteri, F.1; Villacis, L.1; Parra, Y.1; Araujo, L.2; Araque, J.1,3; Andueza, F1,3

Resumen

- química del agua de los lagos cratericos volcánicos en Ecuador ha sido poco estudiada. En este lago craterico volcánico Quilotoa, situado en la Provincia de Cotopaxi-Ecuador. Se realizaron dos muestreos durante el año 2019, recolectando un total 32 muestras procedentes de 8 puntos del agua conductividad eléctrica, oxígeno disuelto, pH, salinidad y temperatura y se determinó la concentración de fosfatos, nitratos y sulfatos, a través de técnicas espectrofotométricas (APHA, 2012). Los resultados promedios fueron: conductividad eléctrica 16430 µS/cm, oxígeno disuelto 6.70 mg/mL, pH 7.64, salinidad 9,85 ppt, temperatura 13,52 °C, concentración de fosfatos 0,21 mg/L, nitratos 0,60 mg/L y sulfatos 3751,60 mg/L. Se concluye que se trata de un lago de temperatura fría, pH ligeramente alcalino, conductividad eléctrica muy elevada, baja concentración de - micos y químicos observados dan cuenta de que se está en presencia de un lago con características autóctona que se debe investigar.

Palabras claves: Quilotoa. Laguna Volcanica. Calidad. Fisicoquímica.

1 Universidad Central del Ecuador. Quito. Ecuador

2 Universidad Nacional del Chimborazo. Riobamba. Ecuador

3 Universidad de los Andes. Mérida. Venezuela

Recibido: 10 de octubre de 2020 Aceptado: 10 de enero de 2021

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Abstract

Knowing the physicochemical and chemical characteristics of aquatic ecosystems allows us to understand the geochemical and biological processes that occur within them. The physicochemical quality of the water in volcanic crater lakes in Ecuador has been few studied. In this sense, the objective was to carry out a preliminary study on the physicochemical quality of the water of the Quilotoa volcanic crater lake, located in the Province of Cotopaxi-Ecuador. Two samplings were carried out during 2019, collecting a total of 32 samples from 8 selected points throughout the lake. At each point, a physicochemical analysis of the water was carried out, electrical conductivity, dissolved oxygen, pH, salinity, and temperature, and the concentration of phosphates, nitrates and sulfates was determined through spectrophotometric techniques (APHA, 2012). The average results were electrical conductivity 16430 µS/cm, dissolved oxygen 6.70 mg/ mL, pH 7.64, salinity 9.85 ppt, temperature 13.52 °C, phosphate concentration 0.21 mg/L, nitrates 0.60 mg/L and sulfates 3751.60 mg/L. It is concluded that it is a lake of cold temperature, slightly alkaline pH, very high electrical conductivity, low concentration of dissolved oxygen and a high concentration of sulfates. The values of the physicochemical and chemical parameters observed show that we are in the presence of a lake with characteristics of an oligotrophic and mesotro- phic ecosystem that can allow the development of an autochthonous microbiota that should be investigated.

Keywords: Quilotoa. Volcanic Lake. Quality. Physical chemistry.

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Introducción Las principales investigaciones que se han realizado se han enfocado en los aspectos Los lagos volcánicos son ecosistemas geomorfológicos, geoquímicos y vulcanoló- muy particulares, dado a que muchos de gicos, la mayoría de los cuales se realizaron ellos presentan características ambientales, ya hace más de 10 años [13,14,15,16,17,18,1 fisicoquímicas y químicas extremas. En los 9,20,21,22,23]. últimos años se han venido desarrollando investigaciones en diversas regiones del El lago volcánico Quilotoa está ubicado a mundo para determinar las condiciones fisico- 3914 msnm, forma parte de la cordillera químicas y químicas de estos ambientes y ver occidental. Está ubicado en la Provincia de como las mismas han influido en la biodiver- Cotopaxi, a 32 km oeste-noroeste de la ciudad sidad microbiana que se ha adaptado a estas de Latacunga y a 83 km al suroeste de Quito, condiciones adversas a través de milenios, y en una zona montañosa entre las parroquias que hoy pueden ser fuente de sustancias con de Zumbahua (12.5 Km. Al Sur del cráter) y diversas aplicaciones biotecnológicas, indus- Sigchos (17 Km. Al Norte del cráter). Forma triales y medicinales, así como de servir de parte de la reserva ecológica “Los Ilinizas” modelo para el estudio del origen de la vida [22]. Guangaje, Chugchilán e Isinliví son otras en la tierra [1,2,3,4,5,6,7]. poblaciones cercanas (ver figura 1).

Por otra parte, el estudio de las características El paisaje y los rasgos que se observan fisicoquímicas y químicas del agua de estos actualmente en el volcán son la consecuencia sistemas lacustres pueden ayudar a comprender de una serie compleja de sucesivos eventos la dinámica geoquímica de los volcanes donde geológicos, volcánicos y eruptivos. El volcán se encuentran asentadas, además de propiciar Quilotoa comprende una caldera sub-circular un medio para el estudio y monitoreo del con una laguna de 3,6 Km2, que tiene una cambio climático, así como de la contami- profundidad de 256 m aproximadamente y nación que afecta a muchos de estos cuerpos un volumen actual de agua estimado de 0,35 de agua, producto del turismo a que se han Km3. La caldera asentada sobre un viejo expuesto muchas de ellas [8,9,10,11,12]. edificio volcánico basal de 6 Km de diámetro. [22]. Emisiones de gas CO2 ocurren en el En Ecuador existen alrededor de 7 lagunas rincón Norte del lago como cerca de la línea volcánicas y son escasas las investigaciones de playa en la parte Suroccidental del mismo realizadas sobre la química de estas aguas. (ver figura 2).

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Figura 1. Ubicación geográfica de la laguna volcánica Quilatoa. Fuente: Google Maps, 2020.

Figura 2. Vista aérea de la laguna craterica volcánica. Quilotoa. Cotopaxi. Ecuador. Fuente: Orellana, 2009.

Materiales y Métodos La laguna volcánica de Quilotoa ha sido objeto de pocos estudio en diferentes campos Materiales. del conocimiento, entre ellos el químico [15,17,18, 20, 22, 23, 24] 1. Muestras

Tomando en cuenta lo antes señalado, se Para realizar el presente trabajo se realizaron realizó el presente trabajo de manera de dos campañas de muestreos en la laguna conocer la calidad fisicoquímica y microbioló- volcánica Quilotoa, situada a 3914 msnm gica del agua de la laguna volcánica Quilotoa. en la reserva ecológica de los Ilinizas en la Provincia de Cotopaxi-Ecuador.

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Los muestreos se realizaron durante los meses HANNA, se tomó lectura de cada uno de los de noviembre y diciembre del año 2019. Se parámetros (pH, temperatura, conductividad, tomaron 32 muestras de agua de la laguna salinidad, salinidad y oxígeno disuelto) para Quilotoa. Las muestras de agua se recolec- cada punto de muestreo. taron en 8 sitios seleccionados a lo largo y ancho de la laguna a nivel de la superficie. 2. Análisis químico Se identificaron las coordenadas geográficas de los sitios de recolección mediante un GPS Las concentraciones de fosfato, nitrato y (Garmin eTrex20). sulfato se realizaron en un espectrofotómetro de absorción atómica (Variant) de acuerdo con En cada ocasión de muestreo, se recolectaron la metodología indica por APHA (2012) [27[. dos muestras de agua de 1 litro en cada uno de los sitios de muestreos seleccionados. Para Resultados y discusión. la recolección de las muestras se utilizaron frascos esterilizados y un muestreador de agua La calidad fisicoquímica del agua está contro- Van Dorn (Wildco Instruments y modelo: lada por procesos naturales; sin embargo, las 3-1120-G45). Las muestras se cubrieron con actividades antropogénicas alteran su calidad papel aluminio para evitar el paso de luz solar, y pueden limitar su uso para el consumo se sellaron con cinta de embalaje previniendo humano [28,29,30]. el derrame de las muestras y se etiquetaron con sus respectivas condiciones, trasladán- Son pocas las investigaciones que se han dose bajo refrigeración en una cava y hasta el realizado en Ecuador sobre las características laboratorio, realizándose los análisis químicos fisicoquímicas y químicas del agua de las dentro de las 24-72 horas luego de la toma lagunas volcánicas que existen en el país. [25,26] En este sentido, existen muy pocos trabajos con que comparar los datos obtenidos en los Metodología parámetros fisicoquímicos analizados.

1. Análisis fisicoquímicos En la tabla 1 se resumen los valores promedios obtenidos durante los dos muestreos realizados Los análisis fisicoquímicos se realizaron en el año 2019, respecto a los parámetros fisi- con un medidor multiparámetro de marca coquímicos analizados.

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Tabla 1. Resultados promedios del análisis fisicoquímico in“ situ” del agua de la laguna Quilotoa. Cotopaxi-Ecuador. Punto Longitud Latitud Temperatura Ph Conductividad Salinidad Oxigeno (°C) (ΜS/Cm) (Ppt) Disuelto (Mg/L) 1 732364 9904817 14,10 7,73 16320 9,80 6,10 2 732247 9904930 13,20 7,55 16387 9,80 7,40 3 732414 9905322 12,80 7,65 16366 9,90 6,70 4 732522 9904995 13,20 7,53 16520 9,90 6,90 5 732622 9904720 12,10 7,75 16437 9,80 6,60 6 732633 9904612 14,30 7,67 16361 9,90 6,70 7 732460 9904670 13,10 7,51 16490 9,80 6,00 8 732295 9904728 14,90 7,52 16560 9,90 6,80 Media - - 13,50 7,64 16430 9,85 6,70 Desviación - - 0,91 0,09 85,74 0,05 0,40 estándar Varianza - - 0,72 0,01 6432 0,0025 0,14

Al analizar los datos de la tabla 1, se puede Así mismo, comparando estos valores con los indicar que de manera general se está en parámetros establecidos en el texto unificado la presencia de un agua con una muy alta de legislación secundaria del ministerio del conductividad eléctrica (16430 µs/cm), una ambiente de Ecuador (2015), se deduce que los concentración de oxígeno disuelto baja (6,70 valores de conductividad eléctrica se encuen- mg/L), pH ligeramente alcalino (7,64), alta tran dentro de los límites máximos permisibles salinidad (9,80 ppt) y una temperatura ligera- para aguas de uso recreacionales [32]. mente fría (13,52 °C). Los datos de conductividad eléctrica del En lo que atañe a la conductividad eléctrica presente trabajo se asemejan a los obtenidos evaluada se observa que los valor promedios por Cerón en el año 2002 [18] en el “Estudio más alto se obtuvieron en el punto 8 con Limnológicos de la Laguna del Quilotoa”, 16560 µS/cm y el más bajo en el punto 1 con donde, la conductividad eléctrica en los una conductividad de 16320 µS/cm, siendo el dos muestreos que fueron realizados en ese promedio total para la laguna de 16430 µS/cm estudio dio valores de 16300 y 16100 µS/cm, (tabla 1). respectivamente, lo cual estaría indicando que el proceso de disolución de iones es un proceso Los valores de los datos obtenidos en la activo, de origen geoquímico, que ha venido conductividad indican que se trata de un agua operando en ese sistema lacustre volcánico en de mineralización excesiva (conductividad los últimos 20 años. Así mismo son similares eléctrica superior a 1000 µS/cm) y no serían a los indicados por Urbieta (2013) para el aptas para consumo humano de acuerdo con volcán Copahue en Argentina [33]. la clasificación dada por Rodier (1998) [31].

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Respecto al parámetro de oxígeno disuelto punto 2, y el mayor al punto 5 de los sitios de evaluado, valores para el agua de la laguna muestreos realizados, siendo el pH promedio del Quilotoa oscilaron entre 6,00 y 7,40 mg/L, para toda la laguna de 7,64 (tabla 1). correspondiendo el valor más bajo al punto 7 y el más alto al punto 2, con un valor promedio En términos generales el pH de los lagos para toda la laguna de 6,70 (tabla 1). volcánicos cratericos en otras partes del mundo, varían desde los extremos acidos, pH Los valores obtenidos cumplen con los límites cercano a 1, hasta los más alcalinos, con pH máximos permisibles establecidos en el libro entre 8 y 10 [36]. VI del texto unificado de legislación secundaria del ministerio del ambiente de Ecuador Los datos de pH obtenidos en el presente trabajo (2015) para aguas destinadas a la recreación son similares a los valores indicados por otros [32]. autores que han realizados estas medidas en el agua del lago Quilotoa [15,18,20,22] Las posibles razones por las cuales el oxígeno en el agua es bajo, podrían ser atribuidas al De igual manera, el pH del agua de la laguna hecho de que en el agua existe gran cantidad volcánica Quilotoa es similar a los señalados de minerales, lo cual disminuye la solubilidad para los lagos cratéricos en volcanes de Costa del oxígeno en el agua, lo cual concuerda Rica, tales como el lago del volcán Tenorio, el con las medidas de conductividad y salinidad lago Frío de Botos y el lago del cráter del volcán obtenidas. Turrialba, en los cuales el pH varía entre 7,00 y 7,90. [37] y también a los lagos ubicados en Los datos obtenido en la valoración del oxígeno el Parque Nacional de Aigüestores-Estany de disuelto se asemejan a los encontrados en el Sant Maurici [38]. estudio limnológicos de la laguna negra en los Nevados, Colombia, donde los valores de La valoración de la temperatura del agua fue oxígeno disuelto estuvieron entre 5,92 y 7,52 otro de los parámetros fisicoquímicos anali- mg/L, respectivamente [34]. zados, en este aspecto se logro determinar en el agua de la laguna de Quilotoa una valor Roldán y Ramírez (2008), afirman que en mínimo de temperatura de 12,10 °C, corres- los lagos tropicales se presenta un déficit pondiente al punto 5, y un valor máximo de de oxígeno, independientemente del patrón 14,90 °C para el punto 8, siendo el promedio térmico y del nivel de biomasa fitoplanctónica, de temperatura para el agua de la laguna de sin embargo, para los resultados encontrados 13,52 °C (tabla 1). en el presente estudio los valores de oxígeno disuelto pueden deberse a que los lagos or otra parte, es importante indicar que la completamente mezclados (lagos monomíc- temperatura del agua registrada en el presente ticos) no tienen problemas de deficiencia de trabajo, con respecto a la obtenida por Gunkel oxígeno [35]. et al en el año 2008, es unos 3 grados más alta, lo cual pudiera estar reflejando una conse- En relación con los valores de pH observados cuencia del cambio climático [20]. para el agua de la laguna Quilotoa, se puede señalar que los valores fluctuaron entre 7,51 Las cuencas de los lagos de alta montaña son y 7,75, correspondiendo el menor valor al relativamente pequeñas en comparación con

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los lagos de las zonas bajas y, como resultado, ambientales pasados y presentes, ayudando las características atmosféricas y climáticas a esta manera a monitorear los efectos que tienen una gran influencia en las caracterís- esta produciendo el cambio climático en los ticas de temperatura del agua embalsada. diferentes ecosistemas del planeta [10]. [11]; así pues, si combinamos la sensibilidad de los ecosistemas lacustres de alta montaña Adicional a los análisis de los parámetros a fuerzas externas como su emplazamiento fisicoquímicos, se determinaron las concentra- remoto, alejado de las áreas con una fuerte ciones de algunas especies químicas que tienen actividad antrópica, descubrimos que los relación con la presencia de microorganismos ecosistemas lacustres de alta montaña, como en un ecosistema acuático extremos, como lo la laguna volcánica craterica del Quilotoa, son la concentración de fosfatos, nitratos y pudieran constituir unos sensores excelentes sulfatos. Los resultados obtenidos para estas y unos buenos registradores de los cambios determinaciones se resumen en la tabla 2.

Tabla 2. Resultado promedios del análisis químico, agua de la laguna Quilotoa. Cotopaxi-Ecuador. Punto Longitud Latitud Nitratos (Mg/L) Fosfatos (Mg/L) Sulfatos (Mg/L) 1 732364 9904817 0,90 0,12 2650,00 2 732247 9904930 0,40 0,17 2970,00 3 732414 9905322 0,60 0,20 3131,00 4 732522 9904995 0,50 0,26 4625,00 5 732622 9904720 0,70 0,29 4070,00 6 732633 9904612 0,50 0,19 4381,00 7 732460 9904670 0,60 0,26 4393,00 8 732295 9904728 0,60 0,20 3791,00 Media - - 0,60 0,21 3751,60 Desviación - - 0,15 0,06 744,88 estándar Varianza - - 0,02 0,0027 485528,23

Para el caso del nitrato las concentraciones estuvieron en el rango de 2650 y 4625 mg/l, observadas estuvieron en el rango de 0,40 y con un valor promedio para toda la laguna de 0,90 mg/L, correspondiendo el menos valor 3751,60 mg/L (tabla 2). para el punto 2 y el mayor para el punto 1 de los sitios de muestreos, con un promedio total Los resultados obtenidos para el caso de los de nitratos para el agua de la laguna de 0,60 nitratos y sulfatos son similares a los que se mg/L (tabla 2). han indicado para el lago craterico volcánico Lonar en la India [39,40,41]. En referencia a los valores de la concentración de sulfatos observados en el agua de la laguna La concentración de los fosfatos en el agua de Quilotoa en el presente el estudio, los mismos la laguna Quilotoa, por su parte, estuvieron

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fluctuando entre 0,12 y 0,29 mg/L, con un laguna para formar una gran diversidad de valor promedio para toda la laguna de 0,21 cationes disueltos que ayudan a la formación mg/L (tabla 2). de los carbonatos y otras sales como fosfato, nitratos y sulfatos [43,44] Los valores obtenidos respecto a las concentraciones de fosfatos son similares a los indicados Los valores de fosfatos observados en las agua por otros autores para lagos de volcánicos de de los lagos volcánicos pueden ser altas debido la india [39,40]. al aporte que pueden causar los sulfatos por meteorización biótica y abiótica de las rocas De acuerdo con Miot et al. (2016), quienes que conforman las cuencas de estos los lagos investigaron las condiciones fisicoquímicas [41]. y químicas del lago Pavin en Francia, la presencia de especies químicas como los Los lagos volcánicos cratericos ricos en fosfatos, nitratos y sulfatos en ecosistemas carbonatos podrían acumular hasta aproxima- como los lagos cratericos volcánicos que damente 0,1 molar de fosfato, ello debido al no están influenciados por contaminaciones que el calcio es secuestrado como carbonato provenientes de la agricultura, pudieran ser y ello evita la perdida de fosfato disuelto en debidas a una combinación, entre los procesos forma de apatita, este proceso podría estar geoquímicos y los proceso de biominerali- sucediendo en el agua del lago craterico zacion llevados a cabos por bacterias. Los volcánico Quilotoa, y ser el responsable de autores señalan que esto es posible cuando en las concentraciones de fosfato detectadas en el el cuerpo de agua se crean zonas superficiales estudio [44]. con oxígeno y zonas profundas de bajo conte- nido de oxígeno, como es el caso del lago Conclusiones craterico volcánico Quilotoa, lo cual favorece la proliferación de diversos tipos de microor- Los valores de conductividad eléctrica, pH y ganismos, sobre todos de aquellos que pueden temperatura obtenidos, confirman que se trata desarrollar procesos metabólico anaeróbicos y de aguas de tipo frías, ligeramente alcalinas y que son parte de los ciclos de estos elementos de mineralización excesiva. en la naturaleza [42]. Agradecimiento Se ha señalado que los lagos de cuenca cerrada, como es el caso del lago craterico El agradecimiento a la Dirección de volcánico Quilotoa, pueden acumular altas Investigaciones de la Universidad Central del concentraciones de sales como nitratos, Ecuador por facilitar los fondos económicos sulfatos, incluidos los fosfatos, debido a para el desarrollo del presente trabajo a través la meteorización química dentro de sus del proyecto senior 045. cuencas hidrológicas, además de la entrada de productos a causa de las precipitaciones Conflicto de Intereses meteorológicas. Los lagos ricos en carbonatos, en particular, se desarrollan cuando el CO2 Los autores dejan constancias que no existe atmosférico o volcánico se disuelve en agua ningún tipo de conflicto de intereses en con para formar ácido carbónico que puede meteo- la investigación realizada y los resultados rizar químicamente las rocas del crater de la expresados en el presente articulo.

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Correspondencia Autor: Marco Antonio González Escudero Felix Daniel Andueza Leal Dirección: Av. Universitaria, Quito 170129, Ecuador Email: [email protected] [email protected]