EVALUACIÓN DE LA SALUD AMBIENTAL EN LA CUENCA DEL RÍO PAMPLONITA EN EL TRAYECTO PAMPLONA-CÚCUTA, COLOMBIA
______Carme Huguet - Directora Nicolás Martínez - Estudiante
EVALUACIÓN DE LA SALUD AMBIENTAL EN LA CUENCA DEL RÍO PAMPLONITA EN EL TRAYECTO PAMPLONA-CÚCUTA, COLOMBIA
Nicolás Martínez Alarcón
Tesis de Pregrado
Directora de Tesis Carme Huguet
Universidad de los Andes Facultad de Ciencias Departamento de Geociencias 2019
Agradecimientos
A mi directora de tesis Carme Huguet, por su paciencia y colaboración en cualquier duda o problema que se me presentó a lo largo del proceso.
A mis papás y a mi hermana, que a pesar de la distancia me supieron dar tranquilidad y ánimos en los momentos que más lo necesité.
A mi novia, Alejandra Cáceres, que fue mi apoyo incondicional a lo largo de gran parte de mi carrera.
A mis amigos y a todos aquellos que aportaron valores y conocimiento a mi proceso de formación como profesional.
1. Introducción
La salud ambiental comprende los aspectos de la salud humana, incluida la calidad de vida y el bienestar social, que son determinados por factores ambientales físicos; químicos, biológicos, sociales y psico-sociales (Organización Mundial de la Salud). Por ende, la evaluación y protección de la salud ambiental es indispensable para el bienestar del medio ambiente y de la población. Tanto el agua como los suelos son de vital importancia para evaluar la salud ambiental en determinada región. Los suelos son clave tanto para la alimentación global como para el funcionamiento de los ecosistemas, ya que representan un equilibrio entre factores físicos, químicos y biológicos (Karlen, 2003). Igualmente, constituyen un medio que permite la recarga y filtrado de los acuíferos, son el suministro y soporte de los nutrientes en la plantas y albergan una gran diversidad de fauna (Cotler et al., 2007). No obstante, la degradación de los suelos ha aumentado con el tiempo. Las principales causas de la degradación de los suelos son la deposición de residuos por parte de actividades antrópicas o la alteración de los mismos por causas naturales (Havugimana et al., 2017). Actividad industrial, actividad agrícola y descarga de aguas residuales son fuentes contaminantes de tipo antrópico. Por el contrario, terremotos, huracanes, deslizamientos, incendios e inundaciones son ejemplos de fenómenos naturales que deterioran la calidad de los suelos. Indicadores visuales, físicos, químicos y biológicos son evaluados para determinar la calidad de los suelos y de igual forma, identificar sus contaminantes (Natural Resources Conservation Service, 1996).
La calidad del agua es también clave en la salud ambiental. A nivel biológico, el agua líquida es vital para el transporte de sustancias dentro y fuera de las células de los organismos. De esta manera, las células pueden permitir el ingreso de sustancias para generar energía y pueden eliminar sustancias de desecho. Adicionalmente, el recurso hídrico juega un papel importante en la economía global (Khatri & Tiagi, 2015). Sin embargo, el crecimiento demográfico, la urbanización, la industrialización y el aumento de la producción y el consumo se han convertido en fuentes potenciales de contaminación que afectan la calidad y la cantidad del agua (ONU, 2015). El deterioro de la calidad del agua se puede deber a la entrada excesiva de nutrientes, como el fósforo y nitrógeno, y al depósito de metales pesados generalmente asociados a actividades industriales, agrícolas o mineras. Por ende, la calidad del agua ha sido medida comparando parámetros físico-químicos y biológicos con respecto a standards, con la finalidad de determinar si el recurso hídrico es apto para el consumo humano y para el medio ambiente (Khatri & Tiagi, 2015).
Las aguas superficiales típicamente contienen mezclas complejas de micro-contaminadores incluyendo farmacéuticos, pesticidas y químicos industriales (Loos et al., 2009). Enunciados compuestos son liberados al agua a través de fuentes puntuales y difusas (EPA, 2018). Las fuentes puntuales son aquellas que son identificables, que son únicas y que se encuentran bien definidas en un punto en el espacio. Ejemplos de este tipo de fuentes incluyen aguas residuales tratadas o no tratadas provenientes de fuentes industriales y municipales o empresas ganaderas (Heeb et al., 2012). Por otro lado, las fuentes difusas se refieren a todas aquellas fuentes que causan impactos en grandes áreas, normalmente asociadas a la escorrentía de áreas urbanas y agrícolas (Heeb et al. 2012; EPA 2018).
Los metales pesados son considerados una de las mayores fuentes de contaminación que degradan la salud ambiental (Singh & Kalamdhad, 2011). La presencia de los mismos produce toxicidad en plantas, animales y humanos como consecuencia del cambio en las condiciones de los suelos y de ambientes acuáticos. La presencia de metales pesados en aguas y suelos puede ser de origen geogénico o antropogénico (Galán Huertos & Romero Baena 2008; Khatri & Tiagi 2015). Los elementos de origen geogénico provienen de la roca madre, de actividad volcánica o están sujetos a procesos de meteorización. Los metales pesados antropogénicos derivan de residuos sólidos urbanos o por los residuos provenientes de actividades industriales ya sean agrícolas o mineras. En este sentido, la contaminación de suelos y aguas por metales pesados es el mayor cuidado a tener por el mundo industrializado (Hinojosa et al., 2004). En Colombia, no existen leyes que regulen las concentraciones de metales pesados en suelos. Sin embargo, en el actual trabajo, se hizo uso de los valores de referencia de metales pesados para la evaluación de calidad de suelos empleados en un estudio realizado por el Servicio Geológico Colombiano (Instituto Colombiano de Geología y Minería Servicio Geológico, 2004). Asimismo, la resolución 631 de 2015 establece los parámetros y los valores límites máximos permisibles para metales pesados en aguas superficiales. Por lo tanto, la identificación de cuáles metales pesados están presentes en la zona, la definición de su origen y el cálculo de sus concentraciones, son imprescindibles para realizar un diagnóstico ambiental completo.
La identificación de fuentes de contaminación del agua y de suelos es esencial para evaluar la salud ambiental de una zona y brindar soluciones viables que disminuyan el impacto que las fuentes contaminantes estén causando sobre la misma. A pesar de que el Rio Pamplonita es la principal fuente de recurso hídrico para municipios como Los Patios, Chinácota, Bochalema, Cúcuta y Pamplonita, así como de los corregimientos de La Garita, la Donjuana, El Diamante, San Faustino y Agua Clara (CORPONOR, 2018, p.11), la importancia que se le ha dado a la salud ambiental de la zona es escasa. Parámetros básicos de calidad de agua fueron evaluados (CORPONOR, 2018), sin embargo, falta información básica tanto del cauce como de los suelos y sedimentos de la cuenca para poder hacer un diagnóstico ambiental completo.
Los sectores agrícolas, pecuarios y mineros son indispensables en la economía de los municipios de Pamplona, Pamplonita, Chinácota y Bochalema, encontrados en el trayecto Cúcuta-Pamplona (Fig. 1). En el sector agrícola se destacan productos como el café, cítricos, caña y plátano, así como frutas como el morón y la fresa (Alcaldía Municipal de Pamplonita). En el sector pecuario se destaca la cría de bovinos para engorde y producción de leche, la cría de porcinos como fuente de alimento y la cría de equinos para la carga (Alcaldía Municipal de Chinácota). Finalmente, en los municipios de Chinácota, Bochalema y Pamplonita se localizan los mantos de carbón de la formación de Los Cuervos, lo que ha dado pie a una extracción de mediana escala que impulsó económicamente a la región (Alcaldía Municipal de Chinácota). La minería presente en la zona se desarrolla de manera subterránea dadas las condiciones de los yacimientos y la geología del departamento (Laguado Villamizar, 2016). Sin embargo, las prácticas de explotación ineficientes y anticuadas han generado la degradación de la salud ambiental de la zona (Alcaldía Municipal de Pamplonita). Asimismo, el continuo crecimiento e industrialización de los centros urbanos de Pamplona (58.000 habitantes) y El Diamante (1.000 habitantes) se han convertido en potenciales fuentes de contaminación del ambiente.
El objetivo principal del presente trabajo es analizar integradamente las posibles fuentes de contaminación que degraden la salud ambiental de la zona estudiada a través del análisis de parámetros físico químicos como pH, conductividad, DBO, SDT y de la abundancia de metales pesados en muestras de agua, sedimentos y suelos.
Figura 1. Mapa de la actividad agrícola, minera e industrial en la zona de estudio. Los puntos rojos representan la localización de los puntos de muestreo designados en el presente trabajo. Los edificios morados representan los dos centros urbanos de: Pamplona (P1-P2) y el Diamante (P3-P4).
2. Métodos
2.1 Área de estudio
La zona estudiada presenta formaciones con rocas sedimentarias clásticas, dominadas por areniscas, con intercalaciones de arcillas, algunos estratos de limolitas y mantos de carbón (Consorcio Estructuración Vial; INGEOMINAS 2011). Las rocas sedimentarias presentan grosores entre los 500 y 2.000 m, mostrando cuchillas de varios cientos de metros sobre los valles adyacentes al río Pamplonita. Las planicies aluviales a lo largo del río poseen edades cuaternarias compuestas por bloques, gravas y arenas (INGEOMINAS, 2011). En algunas de las formaciones existen estratos de rocas calizas con presencia fosilífera.
La explotación del recurso carbonífero, es una importante fuente de empleo en la región (INGEOMINAS, 2011). Los carbones de Norte de Santander bituminosos y antracíticos se caracterizan por tener altos volátiles, comúnmente aglomerantes, de buena calidad para uso térmico y metalúrgico (Ministerio de Minas y Energía, 2012). Por ende, Norte de Santander se ha convertido en el tercer departamento exportador de carbón, después de La Guajira y el Cesar (INGEOMINAS, 2011). El río Pamplonita, ubicado en el departamento Norte de Santander, pertenece a la cuenca del Catatumbo, la cual vierte sus aguas al lago de Maracaibo, en la República Bolivariana de Venezuela (CORPONOR, 2018, p.11). El río nace en el páramo de García a una altitud de 3220 msnm, localizado en el municipio de Pamplona, y desemboca en el río Zulia ubicado en el municipio de Puerto Santander, a una altitud de 50 msnm (Fig. 2).
Figura 2. Mapa de (A) Ubicación de la zona de estudio al Sur del departamento Norte de Santander (recuadro rojo) sobre la Cordillera Oriental Colombiana. (B) Locación de los cinco (5) puntos designados para el muestreo del estudio actual (rojos) y los puntos de muestreo realizados por Corporación Autónoma Regional de la Frontera Nororiental (CORPONOR, 2018) (azules).
2.2 Muestreo de aguas, sedimentos y suelos
Se escogieron muestras en cinco puntos a lo largo del cauce (Fig. 2; Tabla 1). Para elegir los puntos se tuvo en cuenta el mapa actualizado de los títulos legales vigentes decretados por la Secretaria de Minas y Energía del Departamento Norte de Santander (Agencia Nacional de Minería, 2018), así como los principales municipios y centros urbanos ubicados en la zona de estudio.
Tabla 1 Coordenadas de los puntos de muestreo. Puntos designados con letra “P” pertenecen al estudio actual y puntos con letra “X” pertenecen a la Corporación Autónoma Regional de la Frontera Nororiental (CORPONOR, 2018). (Fig. 2B).
Con la excepción del punto P5, se tomaron muestras integradas de agua superficiales en el transepto de estudio. Para extraer las muestras integradas se siguió la metodología indicada por el Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales (IDEAM, 2017). Se tomaron muestras de agua superficiales a ¼, ½ y ¾ del ancho del río. Seguidamente, todas las muestras se transfirieron a un único recipiente y mezcladas con un tubo de PVC. Las muestras integradas de cada punto fueron transferidas a un recipiente con ácido nítrico con el fin de evitar transformaciones composicionales de la muestra por acción bacteriana.
En cada punto de muestreo (Fig. 2; Tabla 1) se recogieron sedimentos del fondo del río. Para ello, se utilizó una pala para extraer sedimentos del centro del cauce. En los puntos P4 y P5, los sedimentos fueron extraídos desde la orilla debido al aumento de la profundidad y ancho del río.
En cada punto de toma de agua se realizó también un perfil de suelo (Fig. 2). Para la identificación de horizontes en suelos se tomó como referencia la guía de entrenamiento para la identificación de suelos dada por la Organización de las Naciones Unidades para la Alimentación y Agricultura (ONUAA, s.f.). Se identificaron tres horizontes principales en los suelos de los puntos de muestreo. El horizonte “O” o superior, el cual es formado por la acumulación de materia orgánica en la superficie del suelo no fue muestreado debido a su bajo grosor (ONUAA, s.f.). El horizonte “A”, formado en la superficie o adyacente a la misma, se caracteriza por la acumulación de materia orgánica (humus) asociada con partículas minerales. El horizonte “B”, el cual se diferencia por la notable presencia de partículas minerales (con o sin humus) que se han acumulado a lo largo del tiempo (ONUAA, s.f.). El horizonte C y el basamento no fueron apreciables en todos los puntos de muestreo debido a su alta profundidad tratándose de una zona de deposición aluvial. El único punto en el que se pudo observar un perfil de suelos completo fue en P4.
Figura 3. Perfil de suelos en P4. Se aprecian los horizontes A, B, C y el basamento. El horizonte O es demasiado delgado para ser observado.
2.3 Medida de calidad de agua in situ
Se utilizó el equipo LAQUAact-PC110 para medir pH y conductividad del agua en superficie. El pH es la medida de la acidez o la basicidad de soluciones líquidas. El parámetro de conductividad mide la capacidad del agua para transportar un flujo eléctrico. Por otro lado, la sonda HI98198 se usó para medir: demanda biológica de oxígeno y sólidos disueltos totales en el agua. Ambos equipos fueron calibrados antes de ser empleados en campo por el Laboratorio de Geociencias de la Universidad de los Andes. De igual forma, cada una de las sondas fue lavada con agua del punto de muestreo actual antes de realizar mediciones; esto con el fin de obtener datos representativos del punto sin tener desviaciones ni datos erróneos ocasionados por mediciones anteriores. Más aun, para la adquisición de datos, se designó un tiempo de espera de 60 segundos entre la entrada de la sonda al agua y el registro de datos con el propósito de obtener datos más precisos.
Los sólidos disueltos totales (SDT) son una medida de la cantidad de sales inorgánicas, materia orgánica y otros materiales en el agua (EPA, 1986). El DBO (Demanda Biológica de Oxígeno) hace referencia al oxígeno necesario para que los organismos aérobicos descompongan la materia orgánica.
2.4 Medida de calidad de agua en el laboratorio
Las muestras de agua colectadas (5) se sometieron a análisis ICP para la identificación de metales en el laboratorio Integrado de Ingeniería Civil y Ambiental de la Universidad de los Andes. Se seleccionaron 26 metales para identificación (Tabla 2). “El método ICP-OES consiste de una corriente de argón ionizada por un campo de radiofrecuencia para generar un plasma. Este campo es acoplado inductivamente al gas ionizado por agua fría alrededor de una antorcha de cuarzo que soporta y confina el plasma. La muestra se introduce en forma de aerosol por medio de un nebulizador y una cámara de aspersión y es conducida en el plasma a través de un tubo de inyección localizado en el centro de la antorcha. La muestra en aerosol es inyectada directamente en el ICP- OES, sometiendo los átomos constituyentes a temperaturas entre 6500°K a 8000°K. Debido a eso se logra la disociación casi completa de las moléculas, logrando una significativa reducción en las interferencias químicas. La alta temperatura del plasma logra la emisión atómica. La ionización de un alto porcentaje de átomos produce espectros de emisión iónica. El ICP-OES tiene una fuente delgada óptica que no tiene auto absorción excepto a muy altas concentraciones, de esta forma se tiene un rango dinámico lineal de 4 a 6 órdenes de magnitud. La luz emitida se enfoca en un monocromador que efectúa la dispersión, se mide la intensidad con fotomultiplicadores y se monitorean simultáneamente todas las longitudes de onda configuradas usando un sistema de lectura controlado por computador” (Laboratorio Ambiental Uniandes, 2019).
Tabla 2. Metales pesados a identificar a través del análisis ICP-OES en muestras de agua. Se indica la concentración límite de detección para cada uno.
2.5 Análisis de suelos
2.5.1 Textura, color y pH
Las muestras se secaron a 45 °C. Seguidamente, se realizó su descripción textural haciendo uso de la “Guía para la descripción de suelos” (FAO, 2009). Para ello, se extrajeron 150 gramos de muestra y se humedecieron con agua desionizada. Con una porción humedecida se intentó formar un cordón con el fin de identificar las propiedades mecánicas de cada muestra. Dependiendo del largo y ancho del cilindro que la porción de muestra pudiera formar se definía su textura (FAO, 2009). Tamaños de grano más pequeños presentan una mayor cohesividad y elasticidad permitiendo así formar cilindros de grosores más pequeños y largos más grandes (FAO, 2009).
De la misma forma, el color de cada muestra fue descrito usando la misma porción de muestra humedecida empleada para la clasificación de Münsell (Munsell Color, 1975).
El pH de suelos se midió en una suspensión de suelo (1 parte de suelo y 2,5 partes de agua deionizada) (FAO, 2009). La solución se agitó y se dejó reposar por un período de 2 horas. Finalmente, se realizó la medida de pH con una sonda LAQUAact-PC110.
2.5.2 XRF
Los elementos químicos del Berilo (Z=4) hasta el Uranio (Z=92) se midieron por XRF (X-Ray Fluorescence) usando una sonda Oxford XRF 7500. Cada muestra se midió cinco veces y los valores reportados en el presente estudio son la media de las cinco mediciones. La presencia de agua tiene influencia en la intensidad de la señal detectada por el XRF (Imanishi, Bando, Shintaro, Wada, & Tsuji, 2010). La señal de metales más livianos (Ca, Ti) se debilita en presencia de agua, mientras que metales más pesados (Sr, Fe) no presentan un debilitamiento tan marcado (Imanishi, Bando, Shintaro, Wada, & Tsuji, 2010). Esto se debe a que los rayos X emitidos por metales más livianos son fácilmente absorbidos por el agua. Por tanto se utilizaron muestras secas para las mediciones con XRF.
La abundancia de elementos en suelos se midió en la fracción de 1mm (1000µm) pues se ha demostrado que la intensidad de XRF depende del tamaño de grano de la muestra y que se comporta de manera distinta para elementos pesados y livianos (Imanishi, Bando, Shintaro, Wada, & Tsuji, 2010). En metales livianos (Ba, Fe) la intensidad de XRF decae conforme el tamaño de grano aumenta. Sin embargo, en metales pesados (Cd, Pb), dicho comportamiento no es tan pronunciado. Teniendo en cuenta que los metales pesados como Cd, Pb y Ag tienen efectos negativos en la salud humana el tamaño de grano escogido se basó tanto en el comportamiento de la intensidad de XRF en metales pesados como en la cantidad de muestra restante luego de tamizar. Finalmente, se utilizó un cedazo de 1000µm para homogeneizar todas las muestras.
La toma de datos con XRF se realizó en un lugar cerrado y aislado para así evitar la potencial contaminación de las muestras a causa de partículas suspendidas en el aire. De igual forma, el lente del equipo fue limpiado cuidadosamente entre mediciones.
3. Resultados
3.1 Calidad del agua
3.1.1 pH
En el agua se obtienen pH entre 7 y 9, tanto en el presente estudio (círculos azules) como en el de (CORPONOR, 2018; círculos verdes; Fig. 4). 9 U1 U2 H P4 P5 8,5 P2 P3 8 P1 7,5
7 pH
6,5
6
5,5
5 0 10 20 30 40 50 60 Distancia (km)
Figura 4. Valores de pH de agua en el transepto del río Pamplonita medidos por CORPONOR (verde) y en el estudio actual (azul). Las líneas verticales rojas indican los centros urbanos que son atravesados por el río: U1 (Pamplona) y U2 (El Diamante). La línea vertical azul representa la confluencia entre la quebrada la Honda (H) y el Pamplonita.
El pH aumenta de 7,9 a 8,4 los primeros 10 km manteniendo valores alrededor de 8,4 entre 10 y 40 km. Entre 40 y el 45 km se observa un ascenso de pH de 8,64 a 8,71 en el presente estudio. Por el contrario, (CORPONOR, 2018) obtuvo una disminución de pH en el último tramo de estudio (Fig. 4).
3.1.2 Demanda Biológica de Oxígeno (DBO)
Los valores de DBO encontrados por (CORPONOR, 2018) aumentan de 1 a 10 mg/L a lo largo del recorrido. Los valores de DBO hallados en el estudio actual aumentan de 8,7 a 14 mg/L (Fig. 5). Todos los valores de DBO medidos en el presente estudio se encuentran en el rango permisible en Colombia, que es igual o menor a 90 mg/L de oxígeno (Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible, 2015). Tanto en el estudio actual (círculos azules) como en (CORPONOR, 2018) (círculos verdes) los valores de DBO aumentan con la distancia respecto al nacimiento del río (Fig. 5). 16 U1 U2 H
14 P5 P4 12 P3 10 P2 P1 8
DBO (mg/L) DBO 6
4
2
0 0 10 20 30 40 50 60 Distancia (km)
Figura 5. Valores de DBO (Demanda Bioquímica de Oxígeno) de agua en el transepto del río Pamplonita medidos por CORPONOR (verde) y en el estudio actual (azul). Las líneas verticales rojas indican los centros urbanos que son atravesados por el río: U1 (Pamplona) y U2 (El Diamante). La línea vertical azul representa la confluencia entre la quebrada la Honda (H) y el Pamplonita.
3.1.3 Sólidos disueltos totales (SDT)
Los valores de SDT están entre 92 y 133 mg/L a lo largo del trayecto (Fig. 6). El valor más bajo obtenido fue en P1 (92,8). El valor más alto fue obtenido en P2 con un valor de 133 mg/L (Fig. 6). Los valores de SDT crecen de 92 a 133 mg/L de P1 a P2, posteriormente decrecen de 133 mg/L a 98 mg/L de P2 a P3 y vuelven a incrementar a valores promedio de 116 mg/L en los últimos 25 km (Fig. 6). 140 U1 U2 H P2 120 P4 P5
100 P3 P1 80
60 SDT ()mg/L) SDT 40
20
0 0 10 20 30 40 50 60 Distancia (km)
Figura 6. Valores de SDT (Sólidos Disueltos Totales) obtenidos en el estudio actual. Las líneas verticales rojas indican los centros urbanos que son atravesados por el río: U1 (Pamplona) y U2 (El Diamante). La línea vertical azul representa la confluencia entre la quebrada la Honda (H) y el Pamplonita.
3.1.4 Conductividad
Los valores de conductividad obtenidos en el estudio actual (círculos azules) están entre 192 y 267 µs/cm y los valores de conductividad hallados por (CORPONOR, 2018) se encuentran entre 79 y 231 µs/cm (Fig. 7). Los datos de conductividad obtenidos en el actual estudio (círculos azules) y los obtenidos por (CORPONOR, 2018) difieren en rango los primeros 25 km después del nacimiento del río (Fig. 7). En P1 la diferencia de magnitud entre los dos estudios es de 112,5 µs/cm y en P3 es de 7 µs/cm. En los últimos 30 km restantes ambos estudios obtuvieron valores similares (Fig. 7). Los valores de conductividad aumentan de 192 a 267 µs/cm de P1 a P2, decrecen a valores de 196 µs/cm en P3 y aumentan hasta valores promedio de 233 µs/cm de P3 a P5 (Fig. 7). 300 U1 U2 H P2 250 P4 P5 200 P1 P3
150
100 Conductividad Conductividad (µs/cm) 50
0 0 10 20 30 40 50 60 Distancia (km)
Figura 7. Valores de conductividad del agua en el transepto del río Pamplonita medidos por CORPONOR (verde) y en el estudio actual (azul). Las líneas verticales rojas indican los centros urbanos que son atravesados por el río: U1 (Pamplona) y U2 (El Diamante). La línea vertical azul representa la confluencia entre la quebrada la Honda (H) y el Pamplonita.
3.1.5 Nitrógeno Total
Los valores de nitrógeno total están entre 0,7 y 7,3 mg /L ((CORPONOR, 2018); Fig. 8). Los datos muestran un gran aumento de X1 a X4, de 0,739 a 8,81 mg N/L (Fig. 8). Seguidamente, los valores de nitrógeno disminuyen de 8,81 a 2,48 mg N/L entre X4 y X5 y aumentan a valores de 6,24 mg N/L en X6. Las concentraciones disminuyen de 6,2 a 2,8 mg N/L de X6 a X7 y finalmente, los valores decrecen de 2,8 a 0,9 de X7 a X9 (Fig. 8).
10
9 X4 8 7 6 X6
5 mg N/L mg 4 X2 3 X7 X3 X5 X8 2 1 X1 X9 U1 U2 H 0 0 10 20 30 40 50 60 Distancia (km)
Figura 8. Valores de nitrógeno total obtenidos por (CORPONOR, 2018). Las líneas verticales rojas indican los centros urbanos que son atravesados por el río: U1 (Pamplona) y U2 (El Diamante). La línea vertical azul representa la confluencia entre la quebrada la Honda (H) y el Pamplonita. 3.1.6 Fósforo Total
Los valores de fósforo total están entre 0,07 y 0,9 mg /L (CORPONOR, 2018; Fig. 9). Los primeros 7 km de trayecto existe un gran aumento del contenido de fósforo en el río, de X1 a X4, cambiando valores de 0,0753 a 0,959 mg P/L (Fig. 9). Seguidamente se observa un decrecimiento de 0,959 a 0,246 mg P/L entre X4 y X5 y un aumento en las concentraciones de 0,24 a 0,29 mg P/L de X5 a X6. Las concentraciones de P disminuyen entre X6 a X7 pasando de 0,29 a 0,20 mg P/L y finalmente, los valores de fósforo total aumentan de 0,20 a 0,31 mg P/L de X7 a X9 (Fig. 9).
1,2
1 X4
0,8
0,6 mg P/L mg
0,4 X8 X6 X9 X5 0,2 X7 X3 X2 U1 U2 H 0 X1 0 10 20 30 40 50 60 Distancia (km)
Figura 9. Valores de fósforo total obtenidos por (CORPONOR, 2018). Las líneas verticales rojas indican los centros urbanos que son atravesados por el río: U1 (Pamplona) y U2 (El Diamante). La línea vertical azul representa la confluencia entre la quebrada la Honda (H) y el Pamplonita.
3.2 Calidad de suelos y sedimentos
3.2.1 pH
En los suelos el pH oscila entre 5 y 8 (Fig. 10). Los valores de pH del horizonte A son menores que los del horizonte B en todos los puntos excepto en P3 (Fig. 10). Los valores de pH para el horizonte A aumentan de 6,6 a 7,3 en los primeros 40 km y decrecen de 7,3 a 5,16 en el último tramo. Los valores obtenidos para el horizonte B decrecen de 7 a 6,6 los primeros 25 km, mantienen un crecimiento de 6,6 a 8 entre 25 y 40 km y finalmente decrecen de 8 a 5,6 en el último tramo (Fig. 10). 9 U1 U2
8,5
8
7,5
7 pH
6,5
6
5,5
5 0 10 20 30 40 50 60 Distancia (km)
Figura 10. Valores de pH de suelo en el transepto del río Pamplonita medidos en el estudio actual. Los valores de pH fueron tomados por horizontes; Horizonte A (café) y Horizonte B (amarillo). Las líneas verticales rojas indican los centros urbanos que son atravesados por el río: U1 (Pamplona) y U2 (El Diamante).
3.2.2 Cadmio
Los valores de Cd obtenidos están entre 10 y 79 ppm (Fig. 11). Las concentraciones de Cd en los suelos están entre 10 y 54 ppm. Dichas cifras sobrepasan el valor límite utilizado para calidad de suelos en (Instituto Colombiano de Geología y Minería Servicio Geológico, 2004) que son de 1 ppm de Cd. Las mayores concentraciones de Cd se encuentran en las muestras de carbón con valores entre 65 y 79 ppm. Las concentraciones disminuyen en el basamento y en el horizonte C con valores promedio de 60 ppm de Cd (Fig. 11). Las concentraciones de Cd siguen disminuyendo en el siguiente orden: horizonte B y horizonte A. Las concentraciones de Cd en los horizontes de suelo A y B presentan una disminución de concentración de Cd de P1 y P2 y un aumento de Cd de P2 a P4. Finalmente, los niveles de Cadmio disminuyen de P4 a P5 (Fig. 11).
En los sedimentos las concentraciones de Cd disminuyen de 28 a 26 ppm de P1 a P2 (Fig. 11). De P2 a P3 los valores de Cd aumentan de 26 a 60 ppm, alcanzado su máximo en P3. Seguidamente las concentraciones de Cd disminuyen en los puntos P4 y P5, describiendo valores de 56 y 13 ppm respectivamente (Fig. 11).
Distancia (km) 0 10 20 30 40 50 60 0 10 20 30 40
50 Cd (ppm) Cd 60 70 80 90
Figura 11. Valores de Cadmio en suelos obtenidos en el presente estudio. Valores de Cd en el horizonte A (triángulos cafés), horizonte B (triángulos naranjas), horizonte C (triángulos amarillos), sedimentos del fondo del río (círculos azules), carbón (cuadrados negros), basamento (rombo con líneas punteadas moradas), fertilizante (círculo verde) y valor máximo permitido de Cd en suelos (línea roja) usado en (Instituto Colombiano de Geología y Minería Servicio Geológico, 2004). Notar que el eje y está invertido para ilustrar mejor la dinámica de concentraciones.
3.2.3 Molibdeno
Los valores de Molibdeno se encuentran entre 10 y 284 ppm en las muestras colectadas (Fig. 12). Asimismo, las concentraciones de Mo en suelos oscilan entre 10 y 69 ppm. Dicho rango sobrepasa el rango máximo permitido para calidad de suelos que es de 10 ppm de Mo (Instituto Colombiano de Geología y Minería Servicio Geológico, 2004) . Las concentraciones de Mo más altas se encuentran en el carbón con un valor promedio de 243 ppm. Seguidamente las concentraciones disminuyen en el basamento y en el horizonte C con valores de 96 y 62 ppm respectivamente (Fig. 12). Las concentraciones de Mo en el fertilizante analizado son casi iguales a las encontradas en el horizonte C y en el basamento, que es de 77 ppm. Los valores de Mo presente en el horizonte B y en los sedimentos de río son similares. Ambas muestras presentan una disminución de Mo de P1 a P2, un aumento de P2 a P4 y una disminución hasta P5 (Fig. 12). Los valores de Mo en el horizonte A aumentan de 10 a 60 ppm, de P1 a P3 y disminuyen de 60 a 25 ppm de P3 a P5.
Las concentraciones de Mo encontradas en los sedimentos de río en los puntos P1 y P2 oscilan en las 48 ppm (Fig. 12). Entre los puntos P2 y P4 se observan un aumento de las concentraciones de Mo, describiendo valores de 68 ppm en P3 y 71 ppm en P4. Finalmente, de P4 a P5 los valores de Mo disminuyen abruptamente a concentraciones por debajo del límite de detección (Fig. 12).
Distancia (km) 0 10 20 30 40 50 60 0
50
100
150 Mo(ppm) 200
250
300
Figura 12. Valores de Molibdeno en suelos obtenidos en el presente estudio. Valores de Mo en el horizonte A (triángulos cafés), horizonte B (triángulos naranjas), horizonte C (triángulos amarillos), sedimentos del fondo del río (círculos azules), carbón (cuadrados negros), basamento (rombo con línea punteada morada), fertilizante (círculo verde) y valor máximo permitido de Mo en suelos (línea roja) usado en (Instituto Colombiano de Geología y Minería Servicio Geológico, 2004). Notar que el eje y está invertido para ilustrar mejor la dinámica de concentraciones.
3.2.4 Vanadio
Los valores de V están entre 47 y 198 ppm en todas las muestras (Fig. 13). Los suelos tienen concentraciones entre 45 y 196 ppm de V. Las concentraciones de V en el carbón son de 99 ppm a los 10 km y 198 ppm a los 38 km. Los valores de V en el basamento son de 123 ppm. El horizonte B presenta un aumento de P1 a P2, disminuye de P2 a P3 y aumenta de P3 a P5 (Fig. 13). En P5 el horizonte B supera las concentraciones de Vanadio del basamento con una cifra de 196 ppm. El horizonte A describe una disminución de V de P1 a P3 y un aumento de P3 a P5 (Fig. 13). En P4 el horizonte A supera las concentraciones de V encontradas en el horizonte B. La única muestra tomada del horizonte C posee valores de 77 ppm (Fig. 13).
Los valores de V en los sedimentos del río aumentan de 87 a 114 ppm de P1 a P2 y disminuyen a 61 ppm de P2 a P3 (Fig. 13). Seguidamente, las concentraciones de V aumentan de 61 a 82 ppm de P3 a P4 y de 82 ppm a 159 ppm en P5. En P5, las concentraciones de V encontradas en los sedimentos superan a los valores descritos por el basamento que son de 123 ppm (Fig. 13). Distancia (km) 0 10 20 30 40 50 60 0
50
100
V (ppm) V 150
200
250
Figura 13. Valores de Vanadio en suelos obtenidos en el presente estudio. Valores de V en el horizonte A (triángulos cafés), horizonte B (triángulos naranjas), horizonte C (triángulos amarillos), sedimentos del fondo del río (círculos azules), carbón (cuadrados negros), basamento (rombo morado), fertilizante (círculo verde) y valor máximo permitido de V en suelos (línea roja) usado en (Instituto Colombiano de Geología y Minería Servicio Geológico, 2004). Notar que el eje y está invertido para ilustrar mejor la dinámica de concentraciones.
4. Discusión
4.1 Fuentes potenciales de contaminación
El presente estudio tiene como propósito identificar las fuentes de contaminación del agua y de los suelos que provocan la degradación de la salud ambiental en el trayecto Cúcuta- Pamplona del rio pamplonita y suelos aledaños. Las posibles fuentes de contaminación en la región son el ingreso excesivo de nutrientes al agua ya sea por la escorrentía superficial de áreas agrícolas, y/o por la entrada de aguas residuales provenientes de Pamplona y el Diamante y/o la deposición de metales pesados de origen natural o antropogénico tanto en aguas como en suelos.
4.1.1 Cambio de características físico-químicas del agua
Se conoce que las actividades de los centros urbanos incrementan el nitrógeno, el fósforo, la conductividad y los sólidos disueltos totales en aguas superficiales (Johnson et al. 1997; Boyer et al. 2002; Gergel 2005). Cuando realizamos una matriz de correlación con los datos adquiridos en el presente estudio encontramos que estos parámetros de calidad de agua se encuentran positivamente correlacionados (Tabla 3). Al existir ingreso de iones nitrato y fosfato en las poblaciones de Pamplona y el Diamante, se explica el aumento de SDT. Asimismo, al ser los SDT una mezcla de sales y materia orgánica, también se sustenta el aumento de la conductividad justo luego de las mismas poblaciones. Este tipo de dinámicas también se ha observado en estudios de calidad de agua realizados en demás ríos, como por ejemplo el Hindon, en la India (Suthar et al., 2009). Aumentos en los parámetros de SDT, conductividad y nitrógeno se utilizaron como indicadores de contaminación por actividad urbana e industrial en enunciado río. Tabla 3. Matriz de correlación de los parámetros medidos en el agua en los puntos P1 a P5 creada a través de XLSTAT. Los valores de Nitrógeno Total y Fósforo Total fueron extraídos de (CORPONOR, 2018).
Fuentes puntuales como descarga de aguas residuales, tanto de la industria como de las poblaciones, se han convertido en fuentes de contaminación que permiten la entrada de N y P en el agua (Carpenter et al., 1998). De igual forma fuentes no puntuales, como la escorrentía de cultivos también permiten el ingreso de elementos contaminantes a las aguas superficiales (Carpenter et al., 1998). Ambos tipos de fuentes se asocian al presente estudio con un incremento de N y de P justo luego de los centros urbanos de Pamplona y el Diamante (Fig. 8; Fig. 9). La continua descarga de aguas residuales por parte de dichas poblaciones y la continua escorrentía de áreas agrícolas, especialmente en el municipio de Pamplona, son las principales fuentes de N y P en el río. Sin embargo, en (CORPONOR, 2018) se asocian dichos aumentos únicamente a fuentes no puntuales como la escorrentía de áreas agrícolas. Esta diferencia se contradice a partir de los bajos valores de P y N encontrados en P1, punto de muestreo localizado antes de Pamplona, en una zona altamente agrícola y justo después del nacimiento del río (Fig. 1). Teniendo en cuenta que en P1 no han ingresado aguas residuales al río se puede tener un estimado de qué cantidad de P y N aporta únicamente la escorrentía de cultivos. Con base en sus bajos valores, se sugiere que la mayor parte de P y N está siendo aportada por las aguas residuales provenientes de Pamplona y el Diamante.
El incremento de P y N puede resultar en eutrofización (Carpenter et al., 1998), que es el proceso en el que un lago o una corriente de agua se sobrecargan en nutrientes produciendo así una sobrepoblación de algas y otros organismos acuáticos (European Environmental Agency). El proceso de eutrofización, o el incremento en la población de plantas, animales y microorganismos en los ríos es un proceso naturalmente lento (Khan & Ansari, 2005). Si este es realizado abruptamente rápido gracias al exceso de nutrientes, el resultado es una excesiva deficiencia de oxígeno en el agua, en la medida que el oxígeno es utilizado para la respiración y para la descomposición de la materia orgánica. En este sentido, los organismos que prosperan en ambientes anaeróbicos estarán favorecidos a expensas de los organismos aerobios produciendo así una disminución de la biodiversidad en el entorno (Khan & Ansari, 2005). Los valores de DBO obtenidos evidencian que este proceso se está dando en la zona de Pamplonita (Fig. 14). A pesar de que el DBO no se encuentra correlacionado con los parámetros de P, N y conductividad en el estudio actual, su comportamiento evidencia la continua contaminación del Pamplonita (Fig. 14). Se conoce que el DBO es una medida indirecta de la materia orgánica en fuentes hídricas que es medida a partir de la respiración de microorganismos (Valente, Malgalhaes, & Silva, 1997). A mayor cantidad de materia orgánica presente en el ambiente, la demanda de oxígeno crecerá para degradarla. Los valores de DBO aumentan justo después de la descarga de nutrientes de los puntos U1 y U2 al igual que en los estudios de (Ezzat et al. 2012; Suthar et al., 2009). No obstante, los valores de DBO obtenidos en el presente trabajo demuestran un continuo crecimiento, sin tener ninguna disminución en sus valores (Fig. 14). En los estudios realizados por (Ezzat et al. 2012; Suthar et al., 2009) las valores de DBO disminuyen a medida que se aumenta la distancia respecto al punto de descarga de nutrientes. Si en el Diamante (U2) no existiera otra descarga de nutrientes se esperaría que el río tuviera zonas de autopurificado, en donde las concentraciones de DBO pudieran disminuir. De igual forma, cabe resaltar que la quebrada la Honda diluye las concentraciones de P y N que habían previamente ingresado en los puntos U1 y U2 en el río Pamplonita (Fig. 14).
DBO
P
N U1 U2 H
0 10 20 30 40 50 60 Distancia (km)
Figura 14. Comportamiento de los parámetros de DBO (azul), fósforo (verde) y nitrógeno (morado). Las líneas verticales rojas representan las poblaciones de Pamplona (U1) y el Diamante (U2). La línea vertical azul representa la confluencia entre la quebrada la Honda (H) y el Pamplonita.
Al aumentar el P y el N, los valores de SDT también aumentan en los datos recolectados. Los sólidos disueltos totales (SDT) son una medida de la cantidad de sales inorgánicas, materia orgánica y otros materiales en el agua (EPA, 1986). Cambios en las concentraciones de SDT en el agua normalmente resultan de descargas de aguas residuales, escorrentía de centros urbanos o cambios en el balance de agua (Phyllis, Scannell, & Lawrence, 2007). En el presente estudio los valores de SDT aumentan justo luego de los centros urbanos de Pamplona y el Diamante, describiendo comportamientos similares al fósforo y al nitrógeno. Debido a la continua adición de iones de ambos elementos después de cada centro urbano se explica el aumento de los SDT en los puntos P2 y P4 (Fig. 6). En este sentido, se sugiere que la variación de SDT se encuentra asociada a fuentes puntuales como descarga de aguas residuales y fuentes no puntuales como escorrentía de los centros urbanos de Pamplona y el Diamante. Aun así, los valores de SDT obtenidos en el actual estudio poseen un valor promedio de 112 mg/L, el cual es demasiado pequeño comparado con valores de 2500 mg/L registrados en otros estudios (Suthar et al., 2009).
La conductividad presenta una alta correlación con los parámetros de P, N y SDT. La conductividad es definida como la habilidad que posee el agua para transportar la corriente eléctrica y es sensible a variaciones en los sólidos disueltos, especialmente a las sales minerales. Al igual que estudios realizados en demás ríos, Hindon en la India (Suthar et al., 2009) y el Nilo en Egipto (Ezzat et al. 2012), se propone que los comportamientos de los parámetros de N, SDT y conductividad están determinados por la escorrentía de centros urbanos, zonas agrícolas y la descarga de aguas residuales provenientes de poblaciones.
4.1.2 Metales pesados en aguas y en suelos
Los análisis ICP en aguas dieron como resultado valores de metales pesados como Cd, Pb, Ag, Cu, Hg, Zn o As por debajo del límite de detección del equipo. A pesar de que la zona presenta una alta actividad minera no se observa el deterioro normalmente asociado a esta actividad, que es la acidificación de las fuentes de agua debido al drenaje de ácidos provenientes de minas (AY, Ajibade, & Ajidabe, 2018). Los valores de pH obtenidos a lo largo del río se encuentran en los límites permitidos por la República de Colombia (7-9) (Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible, 2015). Sin embargo, las concentraciones de metales pesados contenidos en suelos son preocupantes. Valores de metales como Cd, Mo y V sobrepasan los límites usados en (Instituto Colombiano de Geología y Minería Servicio Geológico, 2004). Excesos de los metales enunciados anteriormente tienen impactos negativos en la salud ambiental y en la salud humana.
4.1.2.1 Cadmio
Normalmente, el Cd no se encuentra en el ambiente en su forma libre (Cd +2) sino que se encuentra en estado adsorbido (Gong, Rose, & Suhr, 1977). La presencia de Cadmio en los suelos depende de la composición de la roca madre de la cual se formaron, de la cantidad añadida por minería y por las concentraciones depositadas por la cosecha y lavado de terrenos agrícolas (Page, Chang, & El- Amamy, 1987). Teniendo en cuenta el decrecimiento de concentraciones de Cd a medida que se disminuye la profundidad en las muestras del actual estudio se sugiere que la principal fuente de dicho metal para los horizontes A, B y C es el basamento (Fig. 11). Se tiene conocido que las concentraciones de Cd son altas en rocas sedimentarias con altos contenidos de materia orgánica. En este sentido, se sustenta que las concentraciones de Cd encontradas en las lutitas grises (basamento) del actual trabajo son las mayores después del carbón (Fig. 11). Este enriquecimiento ocurre principalmente a través de procesos de adsorción y formación de compuestos de Cd sobre la materia orgánica seguido de la acumulación de desechos orgánicos (Gong, Rose, & Suhr, 1977). Teniendo en cuenta que el ambiente de formación es reductor, la formación de sulfuros de Cd es común durante o después de la deposición.
Sin embargo, (Yamagata & Shigemtw, 1970) observaron que hasta en ríos contaminados por Cd, el metal se encuentra por debajo de los límites de detección en el agua. No obstante, grandes concentraciones pueden encontrarse en las partículas suspendidas y en los sedimentos del fondo del río. Esto es consistente con lo observado en el presente estudio con grandes cantidades de Cd en los sedimentos del fondo del río mientras que los análisis del agua arrojan valores de Cd por debajo del límite de detección. La razón de esta observación son las tasas de adsorción del Cd sobre los sedimentos de fondo de río ricos en materia orgánica (Levy & Francis, 1976). Teniendo en cuenta que la cantidad de materia orgánica en el transepto de río estudiado es alta debido al exceso de nutrientes, se espera que las tasas de adsorción del Cd sean altas. Las posibles fuentes de deposición de Cd en los sedimentos del río son fuentes naturales y fuentes no puntuales asociadas a la escorrentía de centros mineros. Teniendo en cuenta que los suelos de la zona son ricos en Cd, se espera que a través de la escorrentía dicho elemento sea depositado en el río. Específicamente, en P3, las concentraciones de Cd en sedimentos igualan casi a las descritas por el carbón y por el basamento (Fig. 11). Teniendo en cuenta que entre P2 y P3 existe una alta actividad minera se sugiere que dicho enriquecimiento en los sedimentos también es producto de la escorrentía proveniente de los relaves mineros (Fig. 1).
La principal ruta de exposición de Cd en humanos identificada en la zona de estudio es a través de los alimentos. Al tener suelos ricos en Cd, las plantas absorben dicho elemento y lo almacenan en sus semillas (U.S. Department Of Health and Human Services , 2012). De esta manera, si los humanos o los animales consumen dicha planta se encontrarían expuestos a altas concentraciones de enunciado metal. En (Yupanqui et al., 2012) se expone el descrito caso en cultivos de cacao localizados en Perú, dificultando así su exportación y poniendo en peligro a sus consumidores. A pesar de las altas concentraciones de Cd en los sedimentos del río, este no representa un peligro para las poblaciones aledañas; en la medida que dichas poblaciones no ingieran agua con sedimentos o que no exista un decrecimiento en los valores de pH. Los valores de pH favorables para la adsorción del Cd oscilan entre 6 y 9 (Johnson, 1990), los cuales representan el rango registrado en el presente estudio (Fig. 4). Un decrecimiento en los valores de pH desencadenaría un proceso de de-adsorción que permitiría la dilución del Cd en el agua, representando un gran peligro para las poblaciones.
Los órganos principalmente afectados por la toxicidad del Cadmio son hígado, placenta, riñones, pulmones, cerebro y huesos (Singh & Kalamdhad, 2011). Dependiendo de la severidad de la exposición al metal los síntomas varían entre nauseas, vómitos, dolor abdominal, dificultad al respirar y debilidad muscular (Singh & Kalamdhad, 2011). Asimismo, el Cadmio en los humanos ha sido clasificado como cancerígeno (World Health Organization).
4.2.2.2 Vanadio
Las concentraciones de Vanadio en el suelo varían de acuerdo al tipo de suelo y al tipo de roca siendo mayores en rocas sedimentarias e ígneas (Gustafsson, 2019). Teniendo en cuenta que las rocas presentes en la zona son sedimentarias, se espera que las cantidades de V sean altas. El Vanadio no es encontrado en los suelos en forma metálica sino que es encontrado en varios estados de oxidación como los vanadatos de Cu, Zn, Pb, Fe, Mn y Ca (API 1985; Venkataraman and Sudha, 2005). Las fuentes antropogénicas más comunes de V están asociadas con trabajos metalúrgicos seguidas de la quema de crudo o petróleo residual y carbón (Larsson et al., 2013). En los resultados obtenidos en el presente trabajo se obtuvieron concentraciones de V en los horizontes A y B que igualan y sobrepasan las concentraciones descritas por el basamento (Fig. 13; P4 y P5). Teniendo en cuenta que las concentraciones de V deberían disminuir con la profundidad basándose en los principios de formación de suelo, se sugiere que existe una fuente que está introduciendo V en los horizontes superiores. Enunciada lógica ha sido aplicada en diversos estudios para determinar la contaminación de los suelos por metales pesados (Mazurek et al., 2016). Específicamente, enriquecimientos de V en el horizonte A son equivalentes a deposición reciente mientras que altas concentraciones de V en el horizonte B representan largos tiempos de deposición en ambientes con altas tasas de precipitación. Teniendo en cuenta que la continua quema de carbón es esencial para la fabricación de ladrillos en el área (Ladrillera CasaBlanca, 2013), se propone que la principal fuente de contaminación de los suelos en dichos puntos son las industrias ladrilleras que se encuentran en la zona (Fig. 1). Al quemar el carbón, el V se libera como pentóxido en forma de cenizas a la atmósfera y posteriormente es depositado en los horizontes de suelo superiores (Teng et al., 2006). La principal ruta de exposición de V en humanos identificada en la zona estudiada es a través de los alimentos y el aire. En suelos ricos en V, dicho metal es absorbido por la plantas entrando a la cadena alimenticia (Agency por Toxic Substances and Disease Registry, 2012). De igual forma, industrias que utilicen la combustión de carbón o petróleo ricos en V como fuente de energía, liberan gran cantidad de enunciado metal al aire que puede ser inhalado por humanos o animales.
La exposición al pentóxido de Vanadio produce tos prolongada en humanos mientras que ocasiona daño en los pulmones, garganta y nariz en los animales (ATSDR, 2012). Por otro lado, la ingestión por vía oral es más severa. Náuseas y diarrea son síntomas reportados en personas que han ingerido sodium metavanadate o vanadyl sulfate para el tratamiento de diabetes (ATSDR, 2012). Asimismo, aumentos de presión sanguínea, efectos neurológicos leves y disminución de eritrocitos se han presentado en animales que han ingerido compuestos de Vanadio (U.S. Department of Healh and Human Services , 2010).
4.2.2.3 Molibdeno
En la Tierra, el Molibdeno no se presenta como un metal libre, y su alta dificultad de extracción es debido a su baja concentración en la corteza (1.2 mg/kg; (Liu, 1984). La minería del disulfato de molibdenita es considerada la principal fuente de Mo en la industria. La concentración de Molibdeno en rocas sedimentarias está directamente relacionado con la litología, con la mineralogía y con las condiciones redox de formación (Smedley & Kinniburgh, 2017). Por ende, al igual que el Cd y el V, se espera encontrar mayores concentraciones en las lutitas grises que predominan el área de estudio. En el presente estudio la principal fuente de Molibdeno de los horizontes A, B y C es el mismo basamento, afirmación que se justifica en la disminución de concentración de Mo con la profundidad y los procesos de formación del suelo (Fig. 12). Sin embargo, de P2 a P3 existe un incremento importante de 30 ppm promedio de Mo en los horizontes de suelo superiores (Fig. 12). Esto se puede deber a la gran cantidad de actividad agrícola del municipio de Pamplonita, ubicado entre P2 y P3 (Fig. 1). Teniendo en cuenta que las concentraciones de Mo en el horizonte A y B de P2 eran de 24 y 48 ppm y en P3 aumentaron a 60 y 68 ppm respectivamente, se sugiere que el excesivo uso de fertilizantes ricos en Mo (78 ppm) en el municipio de Pamplonita están contaminando los suelos (Fig. 12). Esta dinámica también se ha observado en otros estudios asociada a diferentes metales pesados (Zhang et al., 2004). A pesar de que los suelos naturalmente tienen concentraciones de Mo alta, el continuo lavado o runoff de cultivos está provocando la deposición de mayor cantidad de Mo en los horizontes de suelo superiores.
La principal ruta de exposición de Mo en humanos identificada en la área de estudio es a través de los alimentos (US Department of Health and Human Services, 2017). Suelos enriquecidos en molibdeno transmiten dicho metal a las plantas, las cuales pueden almacenarlo en largas cantidades bajo determinadas circunstancias (Gupta & Lipsett, 1981). Sin embargo, los humanos y animales que consuman enunciadas plantas pueden inducir molibdenosis, la cual se traduce en deficiencias de Cu en el organismo producidas por excesos de Mo (Gupta & Lipsett, 1981) lo que resulta en la muerte de los organismos.
Excesos de Molibdeno tienen impactos en la salud de los humanos, animales y plantas (Smedley & Kinniburgh, 2017). Diarrea, anemia y artritis son las principales enfermedades en humanos relacionados con altas exposiciones a dicho metal. Experimentos con ratas, ratones y conejos relacionaron grandes cantidades de Molibdeno ingeridas en la comida con pérdida de peso, anorexia, muertes prematuras y fertilidad reducida (Expert Group on Vitamins and Minerals, 2003; WHO, 2011a).
5. Conclusiones
Se observó que la calidad del agua del río Pamplonita en el área estudiada se encuentra afectada por fuentes puntuales como la descarga de aguas residuales provenientes de Pamplona y el Diamante y fuentes no puntuales asociadas a la escorrentía de enunciados núcleos urbanos y de centros agrícolas.
SDT (Sólidos Disueltos Totales), conductividad, fósforo total y nitrógeno total presentaron incrementos después de los núcleos urbanos de Pamplona y el Diamante.
Los valores de DBO (Demanda Biológica de Oxígeno) aumentan conforme avanza el río indicando el continuo aumento de materia orgánica y la inexistencia de zonas de recuperación del mismo.
El basamento y el carbón en el área presentan altas concentraciones de Cd, V y Mo. Sin embargo, las actividades antrópicas están causando mayores enriquecimientos de dichos metales tanto en suelos como en sedimentos.
La continua descarga de aguas residuales y la escorrentía de cultivos están depositando gran cantidad de nutrientes en el río favoreciendo el aumento de materia orgánica propiciando la acumulación de metales pesados como el Cd en los sedimentos del río. El Cd proviene de fuentes no puntuales asociadas a escorrentía de centros de explotación mineros y está presente naturalmente en el basamento. A pesar de las altas concentraciones de Cd en los sedimentos del río, este no representa un peligro para las poblaciones aledañas; en la medida que dichas poblaciones no ingieran agua con sedimentos o que no exista un decrecimiento en los valores de pH que permita la de-adsorción del metal.
El hecho que los análisis ICP-OES aplicados a muestras de agua se encuentren dentro de los límites permitidos por Colombia demuestra que las concentraciones de Cd no están siendo transportados por la corriente de agua, sino que están siendo depositadas en el fondo del río. Lo anterior se justifica en las altas tasas de adsorción del Cd sobre partículas con alto contenido de materia orgánica y a su vez, los rangos de pH (7-9) del agua obtenidos en el presente trabajo.
Por otro lado, fuentes no puntuales como el lavado de cultivos ricos en Mo y cenizas con altas concentraciones de V liberadas por las fábricas ladrilleras, está provocando que las concentraciones de dichos metales en los horizontes de suelo superiores aumenten aun más.
Con todo lo anterior, la salud ambiental de la zona está siendo afectada por actividades antrópicas. Un mejor tratamiento de aguas residuales provenientes de los centros urbanos de Pamplona y el Diamante resultaría en una mejora de la calidad del agua del río y asimismo, disminuiría la concentración de nutrientes como el P y N que favorecen el aumento de materia orgánica en el mismo. Por otro lado, el uso de fertilizantes con menores concentraciones de metales pesados y la búsqueda de nuevas fuentes de energía por parte de las compañías ladrilleras disminuirían la contaminación de los horizontes de suelo superiores.
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