Determinación DEL Estado DE Contaminación EN LA Cuenca BAJA DEL RÍO Magdalena PDF

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Se examina el grado de contaminación que posee una cuenca del rio magdalena a través de una revisión acerca del grado de contaminación de una de las cuencas del rio magdalena, se plantea una metodología para abarcar de manera pertinente el estudio con metales pesados en el caribe observando estudios...

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ESTADO DE CONTAMINACIÓN POR METALES PESADOS EN LA CUENCA BAJA DEL RÍO MAGDALENA, COLOMBIA 1

Estudiantes del Programa de Biología, Facultad de Ciencias Básicas, Universidad del Atlántico, km 7 antigua vía Puerto Colombia 1. Introducción

El río Magdalena constituye el afluente más importante del país al ser la principal fuente hídrica de éste, a partir de la cual se realizan actividades económicas como lo son la pesca, la agricultura, industria, entre otros (Cormagdalena, 2001). Al constituir alrededor del 17% del territorio nacional, cuenta con una longitud de 1528 km 2, de los que se presume, el 58% es navegable. Consecuentemente, la cuenca baja del río está constituida por 57 municipios distribuidos en los departamentos del Atlántico, Magdalena, Bolívar y César (Cormagdalena, 2013). Adicionalmente, el río Magdalena entra en el top diez de ríos con mayores descargas de sedimentación en el Mar Caribe (Restrepo et al, 2006), lo cual también se ve afectado por actividades como la extracción petrolera, la minería, el efecto de los plaguicidas, vertimiento de residuos orgánicos y sólidos por los municipios ribereños, por mencionar algunos factores (Cormagdalena, 2013).Sin embargo, estas actividades no sólo aportan a los niveles de sedimentación, sino que llevan consigo metales pesados (Cd, Pb, Hg, As, Zn, Ni, Cr) los cuales son una de las principales fuentes de contaminación del río (Tejeda et al. 2016). En la actualidad, los estudios sobre niveles de contaminación por metales pesados en el río Magdalena son poco estudiados, siendo los más comunes aquellos sobre impactos ecológicos, factores que controlan sedimentación y drenaje, así como estudios poblacionales en las riberas del río. 2. Planteamiento del problema A raíz del crecimiento continuo de actividades agrícolas, ganaderas e industriales en la ribera del río Magdalena se estima un alto porcentaje de metales pesados en sus aguas. No obstante, los estudios relacionados a este tipo de contaminación en el río son escasos y el objeto de la mayoría de investigaciones realizadas en él son relacionadas a la sedimentación. Es por ello que surge la siguiente pregunta de investigación: ¿Cuáles son los niveles de concentración de metales pesados (Cd, Pb, Hg, As, Zn, Ni, Cr) en las aguas del Bajo Magdalena y mediante qué metodologías se pueden determinar? 3. Justificación El río Magdalena es la fuente principal de agua para gran parte de la región Caribe y además representa el sustento diario para pueblos pesqueros. Este uso del río se está viendo afectado por la cantidad de sustancias contaminantes que se envían a este anualmente.

Según el Incoder (2010), en la cuenca del río Magdalena disminuyeron las capturas de las principales especies de peces debido a la contaminación desde metales pesados (mercurio, níquel, plomo, etc.), sustancias químicas (pesticidas) hasta material orgánico (bacterias, sólidos) que han afectado todos los recursos ícticos de esta importante cuenca. Al ser el río un sistema continuo, el bajo Magdalena es el tramo en el que más afectados se ven los pobladores, ya que las aguas traen consigo todos los desechos generados en las regiones más altas del afluente por actividades como la ganadería, agricultura, minería, producción de hidrocarburos, generación de energía hidráulica y expansión de las presas de agua, que conlleva cambios en los ecosistemas por daños como: tala de árboles, deterioro de humedales, derramamientos de petróleo, desviación del cauce del rio, entre otros. En adición a lo anterior, la cuenca baja se ve afectada por una disminución en la velocidad del cauce, lo cual favorece una mayor acumulación de sedimentos y mayor cantidad de partículas en suspensión. El estudio de metales pesados en el río es de vital importancia debido a que éstos no son biodegradables y su acumulación en organismos es mortal, ocasionando que peces, plantas y demás organismos de consumo sean contaminados amenazando los ecosistemas y la salud humana. Dado lo anterior, este trabajo está enfocado en la determinación del estado de contaminación por metales pesados, así como su caracterización mediante metodologías establecidas, en la cuenca baja del río Magdalena, Colombia. 4. Antecedentes Los estudios sobre contaminación por metales pesados en ecosistemas de aguas continentales y marinos son abundantes. Existen estudios donde se logra determinar la presencia de dichos factores mediante análisis en el agua, peces y almejas (Boy, 2015); también mediante espectrofotometría de absorción atómica como lo propone el Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales (IDEAM, 2004) y manuales de técnicas analíticas para dichos estudios en ambientes marinos (Invemar, 2003). A pesar de ello, estudios sobre estos contaminantes en el río Magdalena son escasos; dentro de los estudios más destacados en este afluente predominan aquellos asociados a los niveles de sedimentación y drenaje, y factores que controlan dichos procesos (Restrepo et al, 2006). Sin embargo, dentro de las investigaciones sobre metales pesados, se encuentra el de Tejeda et al. (2016), donde realizaron un estudio sobre polución por metales pesados y toxicidad usando el nemátodo Caenorhabditis elegans en toda extensión del Magdalena, en el cual se comprobó que el cadmio (Cd) y el plomo (Pb) era los principales aportadores al perfil de toxicidad del río, así como otros eventos que propiciaban la expresión de ciertos genes en los individuos de dicha especie.

5. Marco teórico Un rio según la directiva Marco de agua de la unión europea es un ecosistema fluvial en el que se encuentra un biotipo con 3 elementos fundamentales, el cauce, la ribera y la llanura de inundación en conjunto con el biotipo (Fernández, sf). Presenta características fisicoquímicas e hidráulicas además de los sedimentos, los sedimentos juegan un papel fundamental en la cadena trófica de los ríos ya que en ellos viven macroinvertebrados (Fernández, sf). Desde su nacimiento la Laguna de la Magdalena en el Páramo de las Papas, el río Magdalena recorre una extensión de 1528 km hasta su desembocadura en Bocas de Ceniza en el Mar Caribe; históricamente ha sido la arteria fluvial de mayor importancia en el país y constituye uno de los sistemas hídricos más grandes del mundo con una cuenca que drena 275.000 km2(Restrepo et al., 2005; Cormagdalena, 2013). Este se divide en cuenca alta, media y baja, siendo ésta última la que mayor densidad poblacional presenta (166,7 habitantes/km2) atravesando 57 municipios en una extensión de 428 km. Esta se encuentra desde El Banco, Magdalena hasta la desembocadura en Bocas de Ceniza, Atlántico y hasta la Bahía de Cartagena, Bolívar por la extensión artificial del Canal del Dique desde Calamar. La principal fuente de contaminación del río Magdalena proviene de la minería, producción de hidrocarburos, el uso de pesticidas, entre otras, los residuos de estos procesos gran parte de las veces terminan en fuentes hídricas como el rio magdalena, la contaminación de este también se nota en la baja de capturas de peces que son la principal fuente de ingresos para pueblos pesqueros. Respecto a investigaciones sobre metales pesados, estudios recientes reportan la presencia de metales pesados y metaloides tales como mercurio (Hg), arsénico (As), plomo (Pb), cadmio (Cd), zinc (Zn), níquel (Ni) y cromo (Cr) en hortalizas tales como la lechuga, repollo, calabaza, brócoli y papa (Singh et. al, 2010; Chen et. al, 2013). Esta contaminación, proviene, entre otros causales, del uso para riego de aguas afectadas (Singh et. al, 2010; Fransisca et. al, 2015; Li et. al, 2015). De igual manera, se han encontrado metales en diferentes concentraciones en peces, carnes y leche resultado de la bio-acumulación y movilidad desde el ambiente a las fuentes hídricas (Singh et al, 2010; Li et al, 2015). Algunas especies tales como ostras, mariscos y moluscos acumulan el cadmio proveniente del agua en forma de péptidos ligadores hasta alcanzar valores de concentración entre 100 y 1000 μg/kg. En la carne, el pescado y frutas se han reportado valores de concentración entre 1 y 50 μg/kg y en algunos granos entre 10 y 150 μg/kg (Bayona, 2009). 6. Objetivos 6.1 Objetivo general Determinar el estado de contaminación por metales pesados en la cuenca baja río Magdalena, Colombia. 6.2 Objetivos específicos

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Identificar metales pesados (Cd, Pb, Hg, As, Zn, Ni, Cr) en la cuenca baja del río Magdalena, Colombia. Establecer la concentración de metales pesados (Cd, Pb, Hg, As, Zn, Ni, Cr) en la cuenca baja del río Magdalena, Colombia, Informar a la comunidad sobre los resultados encontrados y sus implicaciones para los ecosistemas y las comunidades en la ribera.

7. Metodología Para realizar el proyecto no se toma en cuenta el la bifurcación que genera el Canal del Dique hasta la Bahía de Cartagena sino únicamente el cause desde El Banco, Magdalena hasta Bocas de Ceniza, Atlántico. Durante un año se realizarán 12 muestreos (uno por mes), en 5 puntos ubicados de manera que se abarque toda la extensión de la Cuenca Baja del río. Por cada uno se tomarán muestras tanto de aguas superficiales como de sedimentos, se utilizarán las botellas Van Dorn y Niskin, por tener capacidad de mayor volumen, ideal para la obtención de muestras en el análisis de pigmentos fotosintéticos y contaminantes (pesticidas, metales pesados, etc) (Invemar, 2003). Para la recolección de los sedimentos se utilizará un minigravity corer, para la preservación de la muestra existen diferentes metodologías dependiendo del tipo de parámetro a estudiar, para el estudio de metales pesados se recomienda un enjuagado con HNO3 a un pH de 2 y se refrigera, con esto la muestra tiene una vigencia de 6 meses. La muestra sin filtrar es sometida a digestión ácida para determinar los metales totales, todos ellos por espectrofotometría de absorción atómica. Por este método se determinan, Cadmio, Cromo, Cobre, Plomo, Níquel y Zinc. Este método se aplica para analizar muestras de agua superficial y residual. La digestión ácida se lleva a cabo con ácido nítrico y peróxido de hidrógeno para lograr la oxidación completa y reducir las interferencias causadas por la materia orgánica, con base en las recomendaciones del Standard Methods 19ed. 1995, aplicando el método de digestión nítrico peróxido y empleando un espectrofotómetro de absorción atómica (Invemar, 2003). Para el análisis de las muestras se utilizará la técnica de espectrometría de absorción atómica el cual se basa en que cada elemento tiene un número de electrones asociado con su núcleo. El estado normal y más estable de la configuración orbital de un átomo es conocido como el estado fundamental. Si se aplica energía a un átomo, la energía será absorbida y un electrón será promovido a un estado menos estable conocido como estado excitado. Desde este estado inestable el átomo volverá a su estado fundamental, liberando energía luminosa. En el estado fundamental un átomo absorbe energía luminosa a una longitud de onda específica para pasar al estado excitado. Si el número de átomos en el paso de luz se incrementa, la cantidad de luz absorbida también se incrementa. Por la medición de la cantidad de luz absorbida, se puede hacer una determinación cuantitativa de la cantidad de analito. El uso de fuentes de luz especiales y una cuidadosa selección de las longitudes de onda permiten determinar elementos específicos, en nuestro caso cadmio

(Ca), plomo (Pb), mercurio (Hg), arsénico (As), zinc (Zn), níquel (Ni) y cromo (Cr) (IDEAM, 2004). Además del trabajo realizado para determinación de dichos metales, también deben ser tenidos en cuenta diferentes factores (reacciones) que pueden afectar la determinación de los metales en la muestra; como por ejemplo el cadmio puede reaccionar a altas concentraciones de silicato y bastante materia orgánica, el Cromo presenta disminución de la absorbancia por la presencia de hierro y níquel pero ésta interferencia puede disminuir utilizando llama delgada, el Níquel reacciona con altas concentraciones de hierro o cromo pueden incrementar la señal del níquel. Interfiere también altos contenidos de materia orgánica. Contenidos de cromo(VI), níquel, zinc, cadmio y plomo superiores a 5 mg/L y de hierro superior a 1 mg/L interfieren, para el Plomo Interfieren altos contenidos de materia orgánica. Contenidos de cromo(VI), manganeso, cobalto, níquel, cobre, zinc, plata y cadmio superiores a 5 mg/L y de hierro superior a 1 mg/L puede interferir la señal del plomo, en el Cobre interfieren contenidos de cromo(VI), manganeso, cobalto, níquel, cobre, zinc, cadmio y plomo superiores a 5 mg/L y de hierro superior a 1 mg/L, igualmente altos contenidos de materia orgánica y para el Zinc un fuerte contenido de silicio puede dar interferencias (INVEMAR, 2004). 8. Impacto El impacto que este proyecto genera está enfocado en dos campos: el científico y el social. Es importante generar conocimiento en las diversas áreas en la ciencia, así como también exponer los problemas por los cuales atraviesan los ecosistemas y en mayor medida aquellos en los que la salud humana esté directamente relacionada. El Bajo Magdalena presenta la mayor densidad poblacional en todo el río, haciendo que el porcentaje de personas afectadas por contaminación sea mayor aquí, donde éstas dependen del río para obtener agua potable, realizar actividades como la navegación, la agricultura, ganadería e incluso actividades industriales por parte de empresas, por lo cual resulta de vital importancia presentar un informe detallado sobre la composición de las aguas tan preciadas para esas comunidades y que a partir de ello se expongan posibles soluciones y tratamientos. 9. Conclusiones Se espera que los resultados de esta investigación brinden información sobre los niveles de contaminación por metales pesados en la cuenca baja del río para así ejecutar planes de control y eliminación de estas sustancias. También se espera concientizar a la población adyacente al río sobre los peligros de estos contaminantes en el ecosistema y en la salud ante la posibilidad de que se conviertan en parte de su dieta.

10. Bibliografía Boy, A (2015) Determinación de metales pesados en agua, peces y almejas e Hydrilla verticillata del Lago de Izabal. Disponible en: http://biblioteca.usac.edu.gt/tesis/06/06_3760.pdf Fernández, J. La recuperación de los ríos en ambientes urbanos. Disponible en: https://www.vitoriagasteiz.org/docs/wb021/contenidosEstaticos/adjuntos/es/67/40/36740.pd f Gaitán, M. (2004) Determinación de metales pesados totales con digestión ácida y soluble lectura directa por espectrofotometría de absorción atómica. IDEAM. Disponible en: http://www.ideam.gov.co/documents/14691/38155/Metales+en+agua+por+Absorci %C3%B3n+At%C3%B3mica.pdf/e233a63d-378c-4f83-9311-d9375043cf2a Garzón, N.V. & Gutiérrez, J.C. 2013. Deterioro de humedales en el Magdalena medio: un llamado para su conservación. Fundación Alma – Instituto de Investigación de Recursos Biológicos Alexander von Humboldt. Hernández, A & Barreto, L. (2013) Caracterización física, demográfica, social y económica de los municipios ribereños de la jurisdicción de la Corporación Autónoma Regional del Río Grande de la Magdalena. Cormagdalena. Imprenta Nacional de Colombia. Ramírez, G. (2003) Manual de técnicas analíticas para la determinación de parámetros fisicoquímicos y contaminantes marinos (aguas, sedimentos y organismos). Instituto de Investigaciones marinas y costeras "José Benito Vives de Andréis (Invemar). Disponible en: http://www.invemar.org.co/redcostera1/invemar/docs/7010manualTecnicasanaliticas.pdf Restrepo, J, Kjerfve, B, Hermelin, M, Restrepo, J. D. (2006) Factors controlling sediment yield in a major South American drainage basin: the Magdalena River, Colombia. Journal of Hydrology 316 213-232 Restrepo J. D, Zapata, P, Díaz, J, Garzón, J, García C. (2006) Fluvial fluxes into the Caribbean Sea and their impact on coastal ecosystems: The Magdalena River, Colombia. In Global and Planetary Change 50 33-49 Reyes, Y.C., Vergara, I., Torres, O.E., Díaz-Lagos, M., & González, E.E. (2016). Contaminación por metales pesados: Implicaciones en salud, ambiente y seguridad alimentaria. Revista Ingeniería Investigación y Desarrollo, 16 (2), pp. 66-77 Tejeda, L, Flegal, R, Odigie, K, Olivero, J (2016) Pollution by metals and toxicity assessment using Caenorhabditis elegans in sediments from the Magdalena River, Colombia. Environmental Pollution 212 238-250...