Influencia de la escorrentía rural sobre el aporte de metales pesados y sedimentos al sistema fluvialanálisis a escala de cuenca

Resumen

Los metales pesados alcanzan los sistemas acuáticos por procesos naturales y por un amplio rango de actividades humanas. Elevadas concentraciones de metales pesados son potencialmente peligrosas para la salud humana y el medio ambiente a causa de su toxicidad y persistencia. Para evaluar y prevenir impactos sobre los cursos de agua es crucial entender los procesos que rigen la exportación de sedimentos y metales. El transporte de sedimentos y metales desde el medio terrestre al sistema fluvial se ve fuertemente afectado por los procesos hidrológicos, los cuales sufren fuertes oscilaciones espaciales y temporales en respuesta a cambios en las características del área de drenaje. Así, las características de la cuenca, tales como geología, topografía, drenaje, uso de la tierra, distribución de los usos del suelo, condiciones climáticas, vías de flujo, y extensión y conectividad del área fuente con el río son factores que gobiernan los procesos hidrológicos y, en consecuencia, las formas y cantidades de sedimentos y metales que transportan los ríos. Además de los procesos hidrológicos intervienen los procesos geoquímicos que dependen de la naturaleza de cada metal, de su solubilidad o asociación a partículas sólidas, cantidad y naturaleza del carbono orgánico disuelto y de las partículas en suspensión (composición, tamaño), condiciones redox, reacciones de precipitación-disolución y adsorción-desorción, etc. De lo anterior se desprende que no existe un comportamiento único para cada metal ni para los sedimentos, sino que dependerá de cada sistema. La cuenca de drenaje es la unidad fundamental para caracterizar los procesos hidrológicos y, por tanto, para analizar la dinámica de los metales pesados y sedimentos, así como para el diagnóstico de los recursos hídricos. La composición química del agua solo ofrece información parcial del funcionamiento de esa área. La variación a lo largo de uno o más años hidrológicos así como durante los períodos de intensas o prolongadas lluvias proporciona mucha más información. Las crecidas provocan el transporte inmediato (en el intervalo de unas pocas horas a unos días) de grandes masas de solutos y sedimentos, por lo que se debe incluir el muestreo de estos eventos para los balances. Por todo ello, adquiere gran relevancia conocer el patrón de las relaciones concentración-caudal y cuantificar las masas de metales y sedimentos en suspensión en todas las condiciones hidrológicas. Las determinaciones conjuntas a lo largo del tiempo de la composición físico-química de las aguas y el caudal de los ríos, así como el registro simultáneo de los elementos del clima, ofrecen la oportunidad de correlacionar las respuestas hídrica y físico-química en relación con las precipitaciones, lo cual en el caso particular de sedimentos y metales brinda la posibilidad de conocer cuáles son los factores hidrometeorológicos implicados en el transporte de dichos materiales en los ríos. Los metales que alcanzan el medio fluvial pasan a forman parte del sistema agua sedimentos y los procesos de distribución están controlados por un conjunto dinámico de interacciones físico-químicas y equilibrios. Los metales en suelos y sedimentos se encuentran distribuidos entre fracciones con diferente grado de labilidad, por lo que la determinación exclusiva del contenido total es un criterio insuficiente para evaluar el verdadero riesgo de estos elementos, debido a que la movilidad y biodisponibilidad para las plantas u otros organismos depende de cómo se encuentren asociados a los componentes del suelo/sedimento. Se pueden presentar: solubles, cambiables, precipitados en carbonatos, ligados a materia orgánica, asociados a óxidos de hierro, de manganeso y de aluminio y también formando parte de la estructura de los minerales (fracción residual). Los estudios que examinan la transferencia de metales a través de los sistemas suelo-sedimentos a nivel de cuenca son escasos. Conocer cómo se distribuyen los metales entre las diversas fracciones de suelos y sedimentos, a escala de cuenca, es fundamental para entender su comportamiento medioambiental y en base a ello definir planes de manejo de cuencas que aseguren una gestión sostenible de los recursos. A escala de cuenca también son escasos los estudios que evalúan cambios en las concentraciones y flujos de sedimentos durante eventos, y los que evalúan flujos de metales en cuencas rurales todavía más escasos. Por lo tanto, las variaciones temporales de las concentraciones y cargas de dichos materiales entre eventos y durante los eventos, y las razones que llevan a que las concentraciones y cargas de metales se incrementen con la escorrentía durante algunos episodios y en otros no, todavía están poco estudiadas...