II. MARCO TEORICO Y CONCEPTUAL
2.2 RIESGO AMBIENTAL DE LOS ELEMENTOS TÓXICOS EN EL SUELO
2.2.2 Arsénico, Plomo y Cadmio
En la Oroya, según estudios realizados, se encuentran áreas contaminadas con plomo, arsénico, cadmio, que son los metales de mayor problema debido a las emisiones de partículas producidos por chimeneas.
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2.2.2.1 Arsénico
El arsénico es un elemento del grupo 15 (V-A) de la tabla periódica, con número atómico 33 y peso atómico 74,92 g mol-1. Se le considera
un metaloide por poseer propiedades intermedias entre los metales y los no metales, aunque predominan las características de no metal. Forma más fácilmente aniones que cationes.
Arsénico en el ambiente
El arsénico es un elemento ampliamente distribuido, apareciendo en casi todos los ambientes. Su concentración en la corteza terrestre es variable, pero de manera general se estima que oscila en el rango 0,5- 2,5 mg kg-1.
El As aparece como constituyente en al menos 300 minerales, de los cuales aproximadamente el 60% son arseniatos, el 20% arsenosulfuros y sulfosales y el otro 20% arseniuros, arsenitos, óxidos o As elemental. Se encuentra presente en muchos depósitos minerales, especialmente en aquellos que incluyen mineralización de sulfuros como la pirita y la arsenopirita (FeAsS) es el mineral de arsénico más común.
Fuentes
La presencia de arsénico en los suelos puede tener un origen natural o antropogénico, siendo normalmente este último el causante del incremento de sus concentraciones.
Fuentes naturales
El arsénico aparece de manera natural en el suelo por meteorización de las rocas siendo ésta la principal fuente natural de este elemento. No obstante, las erupciones volcánicas pueden ser también importantes focos emisores de arsénico en áreas afectadas por esta actividad.
La concentración de arsénico en las rocas varía según el tipo de roca. En general, en las rocas ígneas la concentración de As es baja (0,06-28
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mg kg-1), las rocas metamórficas tampoco presentan normalmente contenidos altos de As (< 0,1-18,5 mg kg-1), a excepción de las pizarras que pueden llegar a alcanzar valores de hasta 143 mg kg-1. Las rocas sedimentarias presentan concentraciones superiores, existiendo más diferencias entre sus distintas variedades. Normalmente, los contenidos de As en ellas varían entre 0,6 y 490 mg kg-1, siendo las rocas sedimentarias marinas las que presentan los
valores más altos.
No obstante, cabe destacar que en los sedimentos recientes de origen fluvial las concentraciones de As pueden llegar a alcanzar valores de hasta 4.000 mg kg-1.
De manera general, se considera que el As está presente en los suelos a mayor concentración que en las rocas, siendo menores las concentraciones en los suelos arenosos y derivados del granito, y superiores en suelos orgánicos y aluviales.
Antropogénicas
Las principales actividades humanas que son fuente de As en los suelos son la minería, la industria y las prácticas agrícolas (Adriano, 1986; Smith et al., 1998).
En lo que concierne a la industria, correspondiente al CMLO, Los residuos suelen contener cantidades apreciables de As. Este elemento puede ser incorporado a los suelos, ya sea por emisiones atmosféricas, ya sea por lixiviaciones a partir de los depósitos de los mismos o por vertido de efluentes.
Toxicidad
Los compuestos arsenicales son muy tóxicos a niveles bajos, siendo los compuestos inorgánicos más tóxicos que los orgánicos (González- Muñoz et al., 2009). El gas arsina (AsH3) es considerado el compuesto de arsénico más tóxico. Dentro de los estados de oxidación más habituales en los suelos, el As (III) es más tóxico que el As (V) (Gonzaga et al., 2006).
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Toxicidad del As en humanos y animales
Los humanos y los animales están expuestos al As, siendo la ingesta de comida y agua con As las principales vías de entrada de este elemento al organismo.
La exposición a As puede causar intoxicaciones agudas o crónicas. La
intoxicación aguda suele llevar asociados problemas
gastrointestinales, cardiovasculares, dermatológicos, neurológicos y hematológicos (Kabata-Pendias & Mukherjee, 2007). La intoxicación crónica genera arsenicosis, enfermedad que tiene relación directa con varios tipos de cáncer (piel, pulmón, riñón y vejiga). También puede originar cambios en el color de la piel y causar ceguera.
La Organización Mundial de la Salud (OMS) considera que el consumo prolongado de agua potable con más de 10 µg L- 1 de As puede provocar arsenicosis. El arsénico y los compuestos inorgánicos de arsénico son considerados por la Agencia Internacional para la Investigación sobre el Cáncer como carcinogénicos para humanos.
Antecedentes
Estudios previos de suelos contaminados por Arsénico, concluyen que el As se acumula preferentemente en el entorno cercano a los focos de contaminación, no extendiéndose, en general, a distancias superiores a 500 m de éstos (García-Sánchez & Álvarez-Ayuso 2003; Pfeider et al., 2007). Igualmente, el As queda retenido principalmente en las capas superiores del suelo, disminuyendo su concentración con la profundidad, de tal manera que las capas más profundas del suelo presentan solo una ligera contaminación o no están contaminadas (Miguelañes, V. 2014).
2.2.2.2 Plomo
El plomo es un elemento perteneciente al grupo 14 (IV-A) de la tabla periódica, con número atómico 82 y peso atómico de 207,19 g mol-1. Es un metal blanco azulado, denso (11,35 g cm-3), brillante, maleable y dúctil. Es muy resistente a la corrosión y un conductor pobre de la
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electricidad (Alloway, 1995). Debido a su carácter calcofílico, el plomo suele aparecer asociado a sulfuros.
El plomo presenta dos estados de oxidación, Pb ( II) y Pb(IV), aunque en el medio ambiente aparece principalmente como Pb(II) (Adriano, 1986). El catión Pb2+ es bastante estable en medio acuoso. Cuando
aumenta el pH se hidroliza fácilmente, predominando entre pH 6 y 10 la especie PbOH+ , mientras que a valores de pH superiores la especie acuosa dominante es el anión plumbito, HPbO2 - (Adriano,
1986).
Plomo en el ambiente
El Pb es un elemento ampliamente distribuido en el ambiente. Su concentración media en la corteza terrestre es de 16 m kg-1 (Alloway, 1995) ocupando el puesto 34 en abundancia.
El Pb aparece como constituyente en más de 200 minerales, aunque pocos son comunes e importantes económicamente. El principal es la galena (PbS), otros comunes son la cerusita (PbCO3), la anglesita (PbSO4) y la crocoíta (PbCrO4) (Adriano, 1986). El Pb suele también aparecer en depósitos de otros elementos, tales como Zn y Cd.
Fuentes
El origen del Pb en los suelos puede ser natural o derivado de actividades humanas, aunque son las fuentes antropogénicas las que han originado un importante aumento en su concentración, siendo el transporte atmosférico la principal vía de difusión del mismo
Fuentes naturales
El plomo aparece naturalmente en los suelos por meteorización de la roca madre. El contenido de Pb varía bastante de unas rocas a otras, pero, por lo general, sus concentraciones son bajas y aumentan en proporción al contenido de Si en las mismas. Las rocas sedimentarias son las que presentan mayor concentración de Pb (3-40 mg kg-1),
correspondiendo los valores más elevados (14-40 mg kg-1) a las rocas
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de tipo arcilloso. En general, las rocas ígneas muestran concentraciones más bajas de Pb (0,1-25 mg kg-1), siendo las rocas
ácidas las que alcanzan los valores mayores (10-25 mg kg-1) dentro de
este grupo.
Fuentes antropogénicas
Las principales actividades humanas que son fuente de Pb en los suelos son la minería, la industria, el tráfico rodado, los procesos de eliminación de residuos y las prácticas agrícolas.
Industria. Existen diversas industrias que son fuente de Pb a través de emisiones atmosféricas, efluentes líquidos o deposición de residuos sólidos. Destacan la industria metalúrgica, las refinerías y centrales térmicas, las plantas de fabricación y reciclado de baterías de Pb, la industria cerámica y del vidrio y la industria de pinturas y pigmentos.
Toxicidad
El plomo no es ni esencial ni beneficioso para los seres vivos. Se le considera un elemento extremadamente tóxico para los mamíferos, pudiendo generar efectos muy adversos en concentraciones pequeñas.
Toxicidad del Pb en humanos y animales
La principal vía de entrada del Pb suele ser la respiratoria, aunque la ingestión de alimentos y agua, e incluso de suelo contaminado por animales y niños, también es importante.
La intoxicación por plomo se denomina saturnismo. Los efectos que dicha intoxicación causa en humanos son muy diversos:
a) Efectos neurológicos. El sistema nervioso es el destino más sensible. En niños se han descrito deficiencias neurológicas y disminución de la agudeza auditiva. En adultos se presentan cambios de conducta, fatiga, irritabilidad, cefalea y problemas
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de concentración. También se han observado lesiones del sistema nervioso periférico, principalmente motrices, con parálisis en casos crónicos.
b) Efectos hematológicos. El plomo puede dar lugar a 2 tipos de anemia. La intoxicación aguda con niveles elevados de Pb se asocia a la anemia hemolítica, mientras que la intoxicación crónica induce anemia por reducción de la supervivencia de los eritrocitos.
c) Efectos endocrinos. El Pb inhibe el crecimiento y desarrollo de huesos y dientes.
d) Efectos renales. Una exposición prolongada puede producir nefropatías.
e) Efectos cancerígenos. La Agencia Internacional para la Investigación sobre el Cáncer clasifica a los compuestos inorgánicos de plomo como posibles cancerígenos para el hombre.
Antecedentes
Estudios previos de suelos contaminados por Plomo realizados en relación con la distribución horizontal y vertical del Pb en suelos contaminados por actividades mineras (Chopin & Alloway, 2007; Bosso & Enzweile, 2008) han mostrado una dispersión relativamente baja de este elemento. El Pb parece retenerse cerca del foco de contaminación y, principalmente, en las capas superiores del suelo, existiendo poca pérdida por lixiviación hacia horizontes más profundos. Por otra parte, el Pb muestra baja movilidad, apareciendo mayoritariamente en la fracción residual del suelo (Mbila & Thompson, 2004; Lei et al., 2010)
2.2.2.3 Cadmio
El cadmio es un metal de color blanco brillante, dúctil, maleable y resistente a la corrosión. Su densidad es de 8.642 g/cm3, y sus vapores son 3.88 veces más pesados que el aire. Su presión de vapor es relativamente alta, por lo que pasa fácilmente al estado de vapor y en
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este estado se oxida rápidamente produciendo óxido de cadmio que permanece en el aire. Cuando en la atmósfera hay gases o vapores reactivos, como los bióxidos de azufre o de carbono, reaccionan con ellos y produce respectivamente carbonato, sulfito, hidróxido, sulfato y cloruro de cadmio.
Cadmio en el ambiente
La abundancia del Cd en las rocas sedimentarias e ígneas no excede los 0.3 mg/Kg y las concentraciones son parecidas en depósitos arcillosos y en rocas metamórficas. La concentración de cadmio promedio en los suelos es de 0.07 a 1.1 mg/kg. A valores altos de pH el Cadmio no es móvil, posiblemente por la baja solubilidad de los carbona-tos y fosfatos.
Fuentes
Fuentes naturales
El cadmio es un elemento que forma parte de la corteza terrestre, como un metal blando y de un brillo parecido al de la plata, pero en esta forma no es muy común hallarlo en el ambiente. Se ve más a menudo combinado con otros elementos formando compuestos sólidos, estables, que no se evaporan y que pueden encontrarse en el material particulado.
Puede encontrarse asociado a compuestos de cinc, como la esfalerita (Zn S) minerales propios son la blenda de cadmio (Cd S), la otavita (Cd C O3), la monteponita (Cd O) representa el 1,5 x 10-5 % en peso de la corteza terrestre.
La actividad volcánica es la mayor fuente natural de eliminación de cadmio a la atmósfera.
Fuentes antropogénicas
Es muy frecuente que este elemento se extraiga como subproducto durante la obtención de zinc, plomo o cobre. Alrededor del 83% del cadmio se emplea en la fabricación de baterías, el 8% en pigmentos para pinturas y el 7% en revestimientos y recubrimientos. Pueden encontrarse niveles elevados de cadmio en suelos y aguas cercanas a
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áreas industriales o en zonas en las que se realicen vertidos de residuos peligrosos.
Toxicidad
El cadmio es un metal pesado que produce efectos tóxicos en los organismos vivos, aun en concentraciones muy pequeñas.
La exposición al cadmio en los humanos se produce generalmente a través de dos fuentes principales: la primera es la vía oral (por agua e ingestión de alimentos contaminados.) La segunda vía es por inhalación. La población fumadora es la más expuesta al cadmio, porque los cigarrillos lo contienen.
Toxicidad del Cd en humanos y animales
Los principales efectos adversos del cadmio incluyen daño renal y el enfisema pulmonar. La población de mayor riesgo son las mujeres con deficiencias nutricionales o bajo contenido de hierro, también las personas con trastornos renales, los fetos y los niños con bajo contenido de hierro en sus reservas corporales
El cadmio es un carcinógeno humano por la vía de inhalación. Datos epidemiológicos de los lugares de trabajo confirman a los pulmones como órganos afectados, el cadmio no se considera un agente carcinógeno por ingestión.
El cadmio se almacena principalmente en el hígado y los riñones, la excreción es lenta, con una media de vida muy larga (décadas) en el cuerpo humano; el cadmio se almacena en la mayoría de los tejidos al aumentar la edad.
El cadmio en los cultivos se debe a la absorción de cadmio del suelo y la velocidad de absorción está influenciada por factores tales como el pH del suelo, salinidad, contenido de humus, las especies y variedades vegetales y la presencia de otros elementos (por ejemplo, Zinc).
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Antecedentes
Estudios previos de suelos contaminados por Cadmio, concluyen que el Cd presenta baja movilidad depositándose más del 94% del Cd- total aplicado en la parte superficial del mismo (Insuasty, 2006). “El Cd se comportó diferente a los otros metales ya que en todos los sitios mantuvo concentraciones más altas en la profundidad de 0-40 cm. El valor más alto se encontró en el sitio 3 a 900 m de los jales, con una concentración de 204 ppm; este sitio corresponde a un punto cercano a un arroyo. En sitios a más de 2 100 m de la fuente, en las profundidades de 40-60 y 60-80 cm no se detectaron concentraciones de este metal; así mismo se observó una clara disminución de la concentración en los niveles inferiores en relación al superficial, observándose una clara tendencia de este metal de permanecer en la parte superficial, lo que puede representar un mayor” (Purga et al, 2006).