CAPITULO II: MARCO CONCEPTUAL
2.5 Contaminación de los suelos por Metales o elementos químicos
El suelo se forma por la interacción de los sistemas atmósfera, hidrosfera y biosfera sobre la superficie de la geosfera. La meteorización química y mecánica de las rocas y la influencia de ciertos procesos microbiológicos producen el suelo. La meteorización está controlada esencialmente por la energía solar, que regula el ciclo del agua y alimenta los sistemas vivientes, y por circunstancias locales favorables (como la topografía) y propiedades intrínsecas de las rocas (permeabilidad, alterabilidad). Después de un largo periodo de meteorización, y bajo condiciones climáticas estables, el suelo puede alcanzar su equilibrio. Pero cuando uno de los parámetros del sistema varía, el equilibrio se rompe. La interacción con el Hombre, un componente singular de la biosfera, puede romper también el equilibrio, debido a su uso (agricultura, industria, minería, ganadería, vertederos, etc.) (Huertos & Romero Baena, 2008).
La presencia en los suelos de concentraciones nocivas de algunos elementos químicos y compuestos (contaminantes) es un tipo especial de degradación que se denomina contaminación. El contaminante está siempre en concentraciones mayores de las habituales (anomalías) y en general tiene un efecto adverso sobre algunos organismos. Por su origen puede ser geogénico o antropogénico. Los primeros pueden proceder de la propia roca madre en la que se formó el suelo, de la actividad volcánica o del lixiviado de mineralizaciones. Por el contrario, los antropogénicos se producen por los residuos peligrosos (hazardous wastes) derivados de actividades industriales, agrícolas, mineras, etc. y de los residuos sólidos urbanos. Desde un punto de vista legal, los contaminantes antropogénicos son los verdaderos contaminantes (Huertos & Romero Baena, 2008).
2.5.1 Metales pesados y elementos traza
La tabla periódica (Figura 3) incluye unos 70 elementos metálicos, y de ellos 59 pueden ser considerados “metales pesados”, que son aquellos con peso atómico mayor que el del hierro (55,85 g/mol). Con esta precisión se excluirían metales con pesos atómicos menores que el del Fe y que con frecuencia pueden ser metales contaminantes, como el V (50,95), Mn (54,44), Cr (52,01) y a otros que realmente no son metales como As, F y P. Por ello, resulta mejor hablar de contaminación por “elementos traza”, si bien hay que reconocer que la mayoría de los contaminantes inorgánicos son “metales pesados”. A veces, la contaminación del suelo se puede producir también por altas concentraciones de elementos mayoritarios (Na, Fe, Al) (Huertos & Romero Baena, 2008).
Los elementos traza están presentes en relativamente bajas concentraciones (mg.kg- 1) en la corteza de la Tierra, suelos y plantas. Muchos de ellos son esenciales para el crecimiento y desarrollo de plantas, animales y seres humanos (Figura 3), aunque también pueden ser tóxicos si se superan ciertos umbrales. En general todos los elementos traza son tóxicos si se ingieren o inhalan en cantidades suficientemente altas y durante largos períodos de tiempo (Huertos & Romero Baena, 2008).
Figura 3: Tabla Periódica con Clasificación de Elementos Fuente: (Selinus, y otros, 2005)
Los elementos traza más abundantes en los suelos pueden clasificarse en cinco categorías, de acuerdo con la forma química en que se encuentran en las soluciones del suelo: cationes (Ag+, Cd+2, Co+2, Cr+3, Cu+2, Hg+2, Ni+2, Pb+2, Zn+2), metales nativos (Hg, V), oxianiones (AsO4-3, CrO4-2, MnO4-2, HSeO3-, SeO4-2,), halogenuros (F-, Cl-, Br-, I-), y organocomplejos (Ag, As, Hg, Se, Te, Tl). (Huertos & Romero Baena, 2008)
Tabla 7: Concentraciones Geoquímicas Normales y anómalas de algunos elementos traza en suelos Fuente: (Bowie & Thornton, 1985)
Elemento Rango Normal (ppm) Concentraciones Anómalas (ppm) As <5-40 Hasta 2500 Cd <1-2 Hasta 30 Cu feb-60 Hasta 2000 Mo <1-5 10-100 Ni 2-100 Hasta 8000 Pb 10-150 10000 o mas Se <1-2 Hasta 500 Zn 25-200 10000 o mas
De todos los elementos traza encontrados en suelos, hay 17 que se consideran como muy tóxicos y a la vez fácilmente disponibles en muchos suelos en concentraciones que sobrepasan los niveles de toxicidad. Éstos son: Ag, As, Bi, Cd, Co, Cu, Hg, Ni, Pb, Pd, Pt,
Sb, Se, Sn, Te, Tl y Zn. De ellos, diez son fácilmente movilizados por la actividad humana en proporciones que exceden en gran medida la de los procesos geológicos. Éste es el caso de: Ag, As, Cd, Cu, Hg, Ni, Pb, Sb, Sn y Tl (Novotny, 1995). La EPA (US Environmental Protection Agency) incluye en la lista de contaminantes prioritarios los siguientes trece elementos traza: antimonio, arsénico, berilio, cadmio, cromo, cobre, mercurio, níquel, plata, plomo, selenio, talio y zinc, introduciendo al berilio, respecto a las listas anteriores de los más tóxicos y disponibles.
Los contaminantes en suelos y sedimentos se pueden hallar en seis formas diferentes (Figura 4) (Rulkens, Grotenhuis, & Tichy, 1995): como partículas (contaminantes particulados), como películas líquidas, adsorbidos, absorbidos, disueltos en el agua intersticial de los poros, o como fases sólidas en los poros.
Figura 4: Estado Físico de los contaminantes en el suelo y sedimentos Fuente: (Rulkens, Grotenhuis, & Tichy, 1995)
Para cada caso el comportamiento del contaminante es distinto. Por tanto, el análisis químico de los elementos traza de un suelo es una medida poco representativa de la peligrosidad de los posibles contaminantes. Indica en todo caso la peligrosidad potencial o futura, pero no la actual, de los elementos determinados, siempre con referencia a ciertos valores acordados previamente, que no deben ser superados.
2.5.2 Elementos procedentes de Vertederos y Lixiviados
Al formarse los lixiviados que percolan a través de la masa de basura en un vertedero producto de la precipitación, riego y escorrentía, generan y relacionan elementos químicos con el suelo, los cuales varía su calidad dependiendo en gran medida de la etapa de fermentación del vertedero, le eliminación de residuos, los procedimientos de operación y la co-eliminacion de muchos productos químicos como (por ejemplo, metales, alifáticos, acíclicos o aromáticos) los cuales se han detectado en lixiviados de vertederos (El-Fadel, N. Findikakis, & O. Leckie, 1995).
En la (Tabla 8) se muestra intervalo o rangos de concentración según una variedad de lixiviados de rellenos sanitarios conocidos y estudiados de un conjunto de vertederos.
Tabla 8: Rango de composiciones químicas en Lixiviados Fuente: (El-Fadel, N. Findikakis, & O. Leckie, 1995)
Prametros Rango de concentracion mg/l Prametros Rango de concentracion mg/l Aluminio 0.5-85 Magnesio (Mg) 0-115600 Antimonio 0-3.19 Manganeso (Mn) 0.05-1400 Arsénico 0-70.2 Mercurio (Hg) 0-3
Bario (Ba) 0-12.5 Niquel (Ni) 0-7.5
Berilio (Be 0-0.36 Fosforo (P) 0.01-154
Boro (B) 0.41300 Ph 1.5-9.5
Cadmio (Cd) 0-1.16 Potasio (K) 0.16-3370
Calcio (Ca) 5-4080 Selenio (Se) 0-1.85
Cloruro (Cl) 0-11375 Plata (Ag) 0-1.96
Cromo (Cr) 0-22.5 Sodio (Na) 0-8000
Cobre (Cu) 0-9.9 Talio (Tl) 0-0.32
Cianuro (Cn) 0-6 Estaño (Sn) 0-0.16
Fluoruro (F) 0.1-1.3 Zinc (Zn) 0-1000
Hierro (Fe) 0-42000
Como también en otros casos de 12 investigaciones realizadas independientes se encontraron concentraciones ligeramente bajas o en un rango inferior de las determinaciones anteriores en lixiviados de vertederos concluyendo que los metales pesados depositados permanecen dentro del vertedero y solamente el 0.02% se lixivia en un periodo alrededor de 30 años, al producirse la movilización mediante complejizacion aligandos orgánicos e inorgánicos y la sorción a coloides orgánicos e inorgánicos.