METALES PESADOS Y SU IMPACTO MEDIOAMBIENTAL
HEAVY METALS AND ITS ENVIRONMENTAL IMPACTYoanna Cruz Hernández
Estación Experimental del Tabaco. Finca Vivero, San Juan y Martínez, Pinar del Río, Cuba.
La contaminación de suelos es un proble-ma ambiental grave, que afecta a aquellos países que han desarrollado, desde los co-mienzos de la revolución industrial, activida-des de extracción y concentración de mine-rales, así como procesos industriales en los que aparecen como materias primas y resi-duos. Durante muchos años, el destino que los industriales y usuarios han dado a los residuos y en especial a los de característi-cas tóxicaracterísti-cas, ha sido el depositarlos en zo-nas del entorno urbano, canteras antiguas o en taludes y terrenos baldíos. También ha sido frecuente que muchos de estos restos permanecieran junto a los recintos fabriles, especialmente en el caso de escorias y sa-les de fundición cuya toxicidad, aunque sea en general baja, puede incrementarse con el tiempo.
La preocupación sobre los efectos de la contaminación en suelos es relativamente reciente y posterior a la consideración de las repercusiones medioambientales de las actividades humanas sobre el aire y el agua. Se reconoce la necesidad de que exista una reglamentación específica y se incentiva a los países a que elaboren normas para pro-mover esta protección mediante la coordi-nación de las diferentes políticas sectoria-les que puedan afectarlos. Se destaca la necesidad de prestar una especial atención para prevenir y reducir los problemas que causan los residuos en los suelos, con el fin de no afectar a las posibilidades de desa-rrollo y supervivencia de las generaciones futuras.
La razón de la atención que reciben los metales pesados se debe a su enorme im-pacto medioambiental. Se trata de elemen-tos acumulativos y no biodegradables. Al-gunos de ellos son esenciales en bajas con-centraciones, y tóxicos cuando estas supe-ran un cierto umbral.
Se considera metal pesado el elemento metálico que tiene una densidad igual ó su-perior a 6 g/cm3 cuando está en forma
ele-mental (Kabata-Pendías y Pendías, 1992), o cuyo número atómico es superior a 20 (ex-cluyendo los metales alcalinos o alcalinotérreos). Su presencia en la corteza terrestre es inferior al 0,1 %. Junto a estos metales pesados hay otros elementos quí-micos, arsénico, boro, bario y selenio, que se suelen englobar con ellos por presentar orígenes y comportamientos asociados. Algunos autores consideran esta definición un tanto ambigua y prefieren utilizar la de-nominación de metales traza (Ward, 1995). Bajo esta denominación se agrupan todos los elementos presentes en concentraciones no detectables mediante técnicas clásicas de análisis.
Un suelo contaminado es aquel que ha su-perado su capacidad de amortiguación para una o varias sustancias, y como con-secuencia, en lugar de actuar como un sis-tema protector pasa a ser causa de proble-mas para el agua, la atmósfera, y los orga-nismos. Al mismo tiempo se modifican sus equilibrios biogeoquímicos y aparecen can-tidades anómalas de determinados compo-nentes que originan modificaciones
impor-G
tantes en las propiedades físicas, químicas y biológicas del suelo.
El uso de productos por parte del hombre siempre implica un riesgo para el propio hombre y el medio ambiente. Este riesgo está unido a una serie de factores que abar-can, desde la naturaleza de las materias primas utilizadas para la producción y has-ta toda la cadena de procesos industriales, incluidos el uso incorrecto de los productos y la eliminación de los desechos.
Metales pesados: Características y clasificación
Los metales pesados son divididos en dos categorías, aquellos que presentan actividad tóxica y carcinogénica y otros que presen-tan solo actividad tóxica. Se ha evidencia-do que cada metal tiene una actividad tóxi-ca en dependencia de su estado de oxida-ción y de la forma química.
Dentro de los metales pesados se distin-guen dos grupos:
Oligoelementos: Necesarios para el desa-rrollo de la vida de determinados organis-mos Son requeridos en pequeñas cantida-des o cantidacantida-des traza y pasado cierto um-bral se vuelven tóxicos. Dentro de este gru-po se encuentran: arsénico, boro, cobalto, cromo, cobre, molibdeno; manganeso, ní-quel, selenio y cinc.
Metales pesados sin función biológica co-nocida: Metales cuya presencia en determi-nadas cantidades en los seres vivos, pro-vocan disfunciones en sus organismos. Re-sultan altamente tóxicos y presentan la pro-piedad de acumularse en los organismos vivos. Son, principalmente: Cadmio, Mercu-rio, Plomo, Cobre, Níquel, Estaño, Bismuto. Los metales pesados han sido objeto de atención por sus características contaminan-tes peculiares:
• Poseen carácter acumulativo, su concen-tración no disminuye con el tiempo.
• Son necesarios y beneficiosos para las
plantas y otros organismos a determinados niveles, pero también son tóxicos cuando exceden unos niveles de concentración. • Con frecuencia se encuentran como cationes que interactúan fuertemente con la matriz del suelo, esto quiere decir que, in-cluso en altas concentraciones, pueden en-contrarse en forma química no dañina o iner-te. Sin embargo, estos metales pueden movilizarse y cambiar de forma química de-bido a cambios en las condiciones medioambientales, en el uso del suelo o por saturación de la capacidad de tamponamiento del suelo. Por esta razón se les ha catalogado como bomba de relojería química (Stigliani, 1993).
Resistencia de las plantas a los meta-les contaminantes
La resistencia de las plantas a los metales contaminantes se manifiesta de dos formas principales: evasión y tolerancia.
La evasión es considerada como la capa-cidad de la planta para prevenir una capta-ción excesiva, mientras que la tolerancia se manifiesta como la capacidad para contro-lar la concentración de esos metales en su cuerpo. La evasión involucra dos tipos de procesos: exclusión y expulsión. En ellos se manifiesta: impermeabilidad (cambio en el arreglo molecular de la membrana); capta-ción disminuida (cambios en la capacidad de la membrana para unir metales con frac-ciones pectínicas y proteicas) y precipita-ción (aumento en la exudaprecipita-ción de sustan-cias quelantes de metales, como ácidos orgánicos, azúcares, aminoácidos y péptidos). Para llevar a cabo la expulsión, las plantas incrementan el transporte activo y la volatilización. (García, I., Donrosoro, C. 2003).
La tolerancia se lleva a cabo principalmen-te por la acumulación en forma inocua. Se pueden producir compuestos que se alma-cenan como aminoácidos o ácidos como el
cítrico y el málico. También pueden ocurrir alteraciones metabólicas en el nivel enzimático o alteraciones de transporte de sustancia de una a otra región de la planta, por ejemplo la restricción de la circulación de compuestos de la raíz hacia el tallo; de hecho las vacuolas funcionan como organelos que restringen por momentos la circulación de algún compuesto, dentro de la célula.
Metales pesados en el cultivo del ta-baco
Los metales pesados son muy monitoreados en el mercado del tabaco, puesto que muchos de ellos tienen efecto carcinógeno (níquel, plomo, cromo, cadmio, cobalto, arsénico) y otros como el cobre, zinc y mercurio, un efecto tóxico.
En las hojas de tabaco se han identificado y caracterizado cerca de 3000 compuestos químicos y más de 4000 en el humo. Las propiedades físicas y químicas del tabaco son influenciadas por: la genética, las prác-ticas culturales, el tipo de suelo y nutrientes, las condiciones ambientales, las enferme-dades de la planta, la posición de la hoja en el tallo y por los procedimientos de cose-cha, curación y fermentación y el envejeci-miento.
En la ceniza del tabaco se encuentran can-tidades significativas de calcio, potasio, magnesio, cloro, fósforo, azufre y sodio y este contenido es debido fundamentalmen-te al suelo y a las prácticas de fertilización. También se han encontrado cantidades menores de otros compuestos inorgánicos y metales pesados como aluminio, manga-neso, hierro, boro, bario, zinc, cobre, níquel, plomo, cromo, cadmio, cobalto, arsénico y cesio.
El riesgo de estos compuestos no está dado por el metal en si, sino por las diferen-tes formas químicas en la cual es inhalado después de la combustión. En algunos
ca-po carbonilo y se convierten en aceptables biológicamente.
Factores que influyen en el contenido de metales pesados en el suelo.
Se plantea que la presencia de los metales pesados en el tabaco proviene del suelo y de los agroquímicos, por lo que es muy im-portante conocer exactamente la composi-ción del suelo y la mobilidad de los metales pesados. Una extensiva fertilización puede determinar la absorción de metales pesa-dos por la planta.
La acumulación de metales pesados en la planta se ve sólo ligeramente influenciada por la aplicación de proporciones crecien-tes de fósforo en el rango 0-160 kg/ha. Los fertilizantes de fosfato y su aplicación a las proporciones sugeridas no representan una fuente de entrada mayor de metales pesa-dos en tabaco. En las tierras que reciben altas dosis de fertilizante y cobre como fungicida se observan grandes cantidades de metales pesados, lo que produce mayo-res concentraciones de estos en las hojas de tabaco.
El pH del suelo es uno de los parámetros de más influencia en los procesos edáficos, en la reactividad del suelo y en la movilidad de los contaminantes. La concentración de un metal en la disolución del suelo y por tan-to su biodisponibilidad y su tan-toxicidad poten-cial, está controlada por las reacciones de adsorción y desorción que ocurren en la materia coloidal del suelo.
La mayoría de los metales pesados tienden a estar más disponibles a pH ácidos con excepción de algunos como el arsénico, molibdeno, selenio y cromo, los cuales pre-sentan mayor disponibilidad en suelos de pH alcalino.
La salinidad se determina por el contenido en sales de un suelo y es un parámetro de influencia en la movilización de metales pe-sados (Doménech, 1997).
tar la movilización de metales pesados por dos mecanismos. En primer lugar, los cationes asociados con las sales (sodio y potasio) pueden reemplazar a metales pe-sados en lugares de adsorción. En segun-do lugar, los aniones cloruro pueden formar complejos solubles estables con metales pesados tales como cadmio, cinc y mercu-rio Calmano et al. (1992)
El contenido de materia orgánica en el sue-lo es un factor relevante que se debe tener en cuenta al realizar un análisis de metales pesados en el suelo, pues basta decir que la materia orgánica reacciona con los me-tales dando lugar a complejos de cambio o quelatos, de esta forma los metales migran con más facilidad a lo largo del perfil. La materia orgánica puede adsorber tan fuer-temente a algunos metales que pueden que-dar en posición no disponible para las plan-tas. Por este motivo, algunas plantas de sue-los con contenidos elevados en materia or-gánica presentan carencias de elementos como el cobre. Existen numerosos estudios sobre la influencia que la materia orgánica del suelo ejerce sobre la retención de los metales. Elliot et al. (1985), han estudiado el efecto de la adsorción sobre cadmio, co-bre, plomo y cinc simultáneamente de la materia orgánica de los suelos, y sugieren que un mayor contenido en materia orgáni-ca incrementa la retención del orgáni-cadmio so-bre el cinc.
Así mismo, Strawn y Sparks (2000), en sus estudios sobre la influencia de la materia orgánica del suelo sobre la cinética y el mecanismo de las reacciones adsorción-desorción del plomo (II) en el suelo, encuen-tran que la materia orgánica cumple una fun-ción importante en los procesos en los que se produce una baja desorción del metal. Como ha podido acreditarse, la formación de complejos por la materia orgánica del suelo, es uno de los procesos que gobier-nan la solubilidad y disponibilidad de los
metales pesados.
La toxicidad de los metales pesados se potencia en gran medida, por su fuerte ten-dencia a formar complejos organometálicos, lo que facilita su solubilidad, disponibilidad y dispersión. La estabilidad de muchos de estos complejos frente a la degradación por los microorganismos del suelo, es una cau-sa muy importante de la persistencia de la toxicidad.
BIBLIOGRAFÍA
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García, I. y C. Donroroso: Contamina-ción de suelos por metales pesa-dos. 112pp., Ed. Departamento de Edafología y Química Agrícola. Uni-versidad de Granada, España, 2003.
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Stigliani W.G.: Overview of the Chemical Time Bomb problem in Europe. In: Meulen G.R.B., Stigliani W.G., Salomons W., Bridges 1993. Strawn D.C., D. L. Sparks:.: Effects of
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