Contaminación de sedimentos costeros

Medio ambiente marino. Sustancias contaminantes. Metales. Compuestos

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CONTAMINACIÓN DE SEDIMENTOS COSTEROS

Introducción

Las sustancias contaminantes tienen un origen natural o antropogénico. Muchas sustancias (como elementos radiactivos y metales traza) están naturalmente en suelos, agua, plantas y animales y por tanto es importante conocer sus concentraciones y sus flujos naturales y hasta que punto pueden ser aumentadas por las actividades humanas. Los contaminantes pueden ser tomados por organismos directamente, por absorción o por ingestión de partículas y pueden ser transportados a niveles más altos en la cadena trófica.

Los sedimentos marinos están compuestos de material detrítico de tierra firme y de sustancias extraídas de su disolución en el agua por procesos biológicos o químicos. Hay dos clasificaciones groseras que podemos aplicar a los sedimentos marinos sin que nos interese cómo llegó a donde está situado. Una se basa en el tamaño del grano del sedimento (cantos, grava, arena, limo, arcilla) y otra en su composición (carbonatos de calcio y magnesio, minerales de arcilla, sílice, etc). La mayor parte de los sedimentos contienen partículas de distinto tamaño y su composición es variada. La fracción arcilla es la más interesante, puede contener carbonato de calcio de grano fino, pero principalmente está compuesta por minerales de silicatos y óxidos. Los más importantes son los minerales de la arcilla, que son los minerales silicatados formados por meteorización de rocas, los más importantes son la caolinita, la montmorillonita, la illita (mica) y la clorita.

En los océanos los contaminantes pueden estar en la columna de agua en disolución o adsorbidos a partículas. Muchos de los contaminantes que interesan en el medio marino tienen una baja solubilidad en agua y una alta afinidad por partículas, de esta forma pueden alcanzar el fondo del mar y una vez allí pueden incorporarse a los sedimentos marinos. Los sedimentos pueden actuar como portadores y posibles fuentes de contaminación porque los contaminantes no quedan permanentemente retenidos y pueden ser liberados a la columna de agua por cambios en las condiciones ambientales tales como pH, potencial redox, oxígeno disuelto o la presencia de coloides orgánicos (Sigg et al., 1987, Singh et al., 1999).

Muchos de los contaminantes orgánicos persistentes (COPs) que se han analizado tradicionalmente en el medio marino se han dejado de producir o su uso ha sido restringido. Sin embargo, todavía existen grandes depósitos de algunos COPs en suelos y sedimentos. Las liberaciones continuas desde tales medios provocan que las concentraciones ambientales disminuyan lentamente. Sin embargo, para la mayoría de los contaminantes, el conocimiento de cómo son movilizados de los sedimentos marinos, especialmente en el océano profundo, es poco claro.

La entrada de contaminantes a la zona marítima se puede realizar por diferentes vías: emisarios submarinos, vertidos de aguas residuales, descargas de ríos y aportes atmosféricos. Normalmente el dragado es la actividad que moviliza los contaminantes de los sedimentos. La entrada atmosférica es la fuente dominante al ambiente marino para varias sustancias como mercurio, plomo y COPs. Su cuantificación, especialmente para COPs, tiene grandes incertidumbres. Algunas sustancias tienen un tiempo relativamente corto de residencia en la atmósfera y son depositados en zonas cercanas a sus fuentes, mientras que otros (mercurio, COPs) pueden ser transportados en la atmósfera a nivel global. Aunque las concentraciones de contaminantes en el agua del mar son bajas, los grandes volúmenes transportados hace que los flujos sean grandes, por esto las corrientes oceánicas son muy importantes en la distribución de los contaminantes.

En este trabajo, la mayoría de los datos que aparecen han sido extraídos de la publicación de la Comisión OSPAR, Quality Status Report (2000), Chapter 4 (Chemistry). El Convenio OSPAR tiene por objeto prevenir y eliminar la contaminación en el medio marino del Atlántico Nordeste, así como proteger su zona marítima de los efectos dañinos de las actividades humanas. En el Convenio OSPAR se habla del criterio de evaluación ecotoxicológica que se define como el nivel de concentración de una sustancia por encima del cual esta concentración es preocupante. Estos criterios para cada contaminante se han realizado usando los datos ecotoxicológicos disponibles. En muchos casos este criterio es provisional ya que existe poca información al respecto. Este criterio se usa para identificar posibles áreas afectadas, y además indicar para cuales sustancias es necesario una acción prioritaria. En la Tabla 1 aparece una revisión de los criterios de evaluación ecotoxicológica para metales, PCBs, PAHs, TBT y algunos plaguicidas organoclorados en sedimentos (OSPAR Commission, 2000).

Sustancia

(mg/kg de peso seco de sedimentos)

Cd

0,1 - 1*

Cu

5 - 50*

Hg

0,05 - 0,5*

Pb

5 - 50*

Zn

50 - 500*

DDE

0,0005 - 0,005*

Dieldrin

0,0005 - 0,005*

Lindano

nr

Naftaleno

0,05 - 0,5

Fenantreno

0,1 - 1

Antraceno

0,05 - 0,5

Fluoranteno

0,5 - 5*

Pireno

0,05 - 0,5*

Benzo[a]antraceno

0,1 - 1*

Criseno

0,1 - 1*

Benzo[a]pireno

0,1 - 1*

PCB7

0,001 - 0,01*

TBT

0,000005 - 0,00005*

* dato provisional

nr dato no relevante

PCB7 representa la suma de CB28, CB52, CB101, CB118, CB138, CB153 y CB180.

Los datos de sedimentos están referidos para un contenido del 1% de carbono orgánico.

Tabla 1.

Metales

La presencia de concentraciones apreciables de metales en el ambiente no indica necesariamente la existencia de la contaminación. Los metales se encuentran en el agua, los sedimentos y biota son una consecuencia inevitable de su presencia natural en la corteza terrestre. Las actividades humanas han aumentado la tasa de erosión natural y consecuentemente la tasa en la cuál los metales se introducen en el ambiente. En sus concentraciones naturales muchos metales juegan un papel esencial en los procesos bioquímicos. Además, los organismos son capaces de adaptarse a niveles variables de metales. En los sedimentos, los metales se asocian normalmente con los materiales de grano fino.

En áreas alejadas de la costa y de las descargas de los ríos, son las deposiciones atmosféricas las que probablemente dominan el aporte de metales al mar, aunque esto no ha sido bien estudiado. En las áreas costeras la situación es probablemente la inversa.

En la Figura 1 se pueden ver datos representativos de concentraciones de distintos metales en sedimentos de varias regiones marítimas. (OSPAR Commission, 2000). 'Contaminación de sedimentos costeros'
'Contaminación de sedimentos costeros'
'Contaminación de sedimentos costeros'
'Contaminación de sedimentos costeros'

Figura 1.

Los resultados muestran que existe una tendencia general para las concentraciones de metales, que son más altas en las zonas costeras donde existen aportes de origen antropogénico o de ríos. Aunque esto es difícil de interpretar ya que en algunos casos los aportes de fuentes geológicas pueden ser significativos.

Los criterios de evaluación ecotoxicológica para el cadmio, plomo, mercurio y cobre (respectivamente 1; 50; 0,5 y 50 mg/kg de peso seco en los sedimentos) son excedidos en algunas zonas (Figura 1). Las concentraciones elevadas del metales en estas zonas se asocian con su proximidad a actividades industriales, que pueden ser recientes o pasadas. Como ejemplo están las áreas dragadas de zonas degradadas (por ej., en el área del Puerto de Rotterdam), mercurio de la industria de cloro-álcali (por ej., en España: Ría de Pontevedra; Portugal: Aveiro y Lisboa) y cadmio de la primera etapa de elaboración del ácido fosfórico (noreste del Mar Irlandés). En general, las concentraciones de metal en sedimentos de estuarios tienden a ser más altos que en otras áreas costeras. (OSPAR Comisión, 2000).

Contaminantes Orgánicos

Muchas sustancias orgánicas son liberadas al ambiente marino, de ellas, bastantes se pueden degradar bien. Pero los compuestos más persistentes se pueden distribuir sobre grandes áreas y se acumulan en los organismos vivos. La presentación de resultados analíticos de los contaminantes es complicada, ya que se puede representar a la mezcla, a uno o a varios compuestos individuales. Además estos resultados pueden estar referidos a diferentes matrices, por ejemplo a peso seco, a peso húmedo o a peso de lípidos. Además, las variaciones en la composición de la matriz pueden influir el resultado, por ejemplo, el contenido carbono orgánico de los sedimentos y el contenido de lípidos de un tejido.

TBT

El TBT se ha usado como agente de antifouling en formulaciones de pintura para barcos. Se prohibió su uso en 1990 en barcos de menos de 25 metros de eslora, aunque se ha continuado usando en barcos más grandes, lo que significa la mayor fuente para el ambiente marino. La acuicultura también ha sido una fuente significativa de TBT, aunque actualmente utilizan otros antifouling modernos que contienen biocidas de cobre.

Los sedimentos son sumideros para los TBT. Sin embargo, la resuspensión del sedimento puede mantener concentraciones altas en el agua del mar. El TBT es sumamente persistente en sedimentos anaerobios. Las concentraciones de TBT en el sedimento varían mucho, siendo las más altas en puertos comerciales y puertos deportivos.

El criterio de evaluación ecotoxicológica es de 5 a 50 ng/kg de peso seco de sedimentos; en todos los sitios muestreados se encontró que las concentraciones de TBT lo superaban, en algunos lugares excedieron en seis órdenes de magnitud. Tabla 1. (OSPAR Comisión, 2000).

Bifenilos Policlorados

Los bifenilos policlorados (PCBs) son compuestos químicos sintéticos que se han utilizado extensamente en una gran variedad de productos industriales. Hay 209 congéneres de PCBs de los que cerca de 150 son utilizadas en productos técnicos. Sin embargo, las mismas propiedades que llevaron a su uso extenso en la industria (la resistencia a la degradación, etc) también los hace contaminantes ambientales persistentes. Los PCBs se emitieron y depositaron durante años y son todavía una fuente difusa al medio ambiente. La evaporación de PCBs desde suelos y aguas contaminadas es una fuente para la atmósfera, una vez allí, los PCBs entran en la circulación global y pueden ser transportados a lugares remotos.

Los congéneres individuales de los PCBs tienen distintas toxicidades y propiedades físicas, tales como la solubilidad y la presión de vapor. Trece de ellos, que tienen un estructura plana, causan los efectos semejantes a las dioxinas cloradas, aunque no son tan tóxicos como éstas. Las concentraciones de PCBs normalmente se expresan como la suma de siete congéneres ("PCB7 ) o como “PCB total”.

Los PCBs sufren una fuerte adsorción sobre los sedimentos. Se ha visto que hay grandes acumulaciones en sedimentos en los que las aguas situadas encima de ellos tienen relativamente poca concentración de organoclorados. Así la concentración de PCBs en los sedimentos puede llegar a ser 100 veces mayor con respecto a las aguas. Las concentraciones de "PCB7 que se han encontrado en sedimentos, dependen no sólo de la distancia de las fuente puntuales, sino también en el contenido de carbono orgánico del sedimento. Por lo tanto, las áreas más contaminadas son los estuarios, donde se han medido concentraciones de varios cientos de µg/kg de peso seco de sedimentos. En áreas lejanas a la costa, los niveles son relativamente bajos. El criterio de evaluación ecotoxicológica provisional para "PCB7 en el sedimento es 1 - 10 µg/kg por peso seco. (OSPAR Comisión, 2000).

En la Tabla 2 podemos ver los rangos de niveles de fondo de HCB, DDE y algunos PCBs en sedimentos superficiales (ng/kg de peso seco de sedimentos) en regiones OSPAR. (OSPAR Commission, 2000).

Skagerrak (sur de Noruega)

Icealand Sea (Mar Noruego)

HCB

70

40

CB28

31

<10

CB52

32

<10

CB101

62

16

CB138

116

26

CB153

90

20

CB180

60

<10

DDE

66

40

Tabla 2.

Romano et al. (2004) han encontrado en los sedimentos de la zona industrial del Puerto de Bagnoli unas concentraciones de PCBs de entre 3,5 - 55,7 ng/g en peso seco.

Dioxinas y furanos

Las dioxinas es un término que se utiliza para describir dos grupos de sustancias: dibenzo-para-dioxinas (PCDDs) y dibenzofuranos (PCDFs). Hay 210 congéneres de dioxinas y furanos, pero sólo 17 son considerados como muy tóxicos. La Organización Mundial de la Salud (OMS) ha adoptado una toma diaria admisible para humanos para dioxinas (incluyendo los PCB) de 1 - 4 pg/kg de peso corporal y por día.

Las dioxinas no se producen intencionalmente, pero surgen como productos secundarios en algunos procesos químicos. Se forman durante procesos térmicos, tal como la incineración de residuos y procesos metalúrgicos, por el uso de cloro activo y durante la producción de sustancias químicas cloradas.

En la zona del Convenio OSPAR, se han encontrado niveles altos de dioxinas en sedimentos y biota cerca de una planta de producción de magnesio en la costa sur de Noruega. Las concentraciones en sedimentos eran de cinco a cien veces más altas que el nivel de fondo, aún 20 km de la fuente. La presencia de niveles altos de dioxinas en el tejido de varias especie de mariscos de ubicaciones cerca de la fábrica refleja los valores altos en los sedimentos.

Pesticidas

El lindano es el nombre del -HCH (-hexaclorociclohexano). El lindano es relativamente volátil y así puede ser transportado distancias largas en la atmósfera. El lindano es también más hidrosoluble que otros hidrocarburos clorados contaminantes.

El DDT se metaboliza en el ambiente para producir DDE y DDD; normalmente se encuentra la biota DDE. Los resultados analíticos se expresan como DDT total, que es la suma del DDT y sus metabólicos. El DDT se ha utilizado en normes cantidades, pero es hoy está prohibido en muchos países. En los sedimentos el DDD es el componente mayor de los derivados de DDT. En la Tabla 2 están las concentraciones de fondo para el DDE en sedimentos.

El hexaclorobenzeno (HCB) se utilizó anteriormente como un fungicida, pero hoy las fuentes mayores se asocian con la combustión incompleta de hidrocarburos. En la Tabla 2 están las concentraciones de fondo para el HCB en sedimentos.

Toxafeno, dieldrín y triazinas y diclorvos son otros pesticidas persistentes que también se estudian en el medioambiente como contaminantes.

Hidrocarburos Aromáticos Policíclicos

Algunos hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAHs) son persistentes y tóxicos en organismos acuáticos y también son bioacumulativos. Los PAHs incluyen moléculas aromáticas con anillos aromáticos condensados. En general los aportes principales a los PAHs en el medioambiente son la combustión incompleta de materias orgánicas como madera, carbón y el petróleo.

En el mar, los PAHs tienden rápidamente a asociarse a partículas. Los sedimentos son el depósito más importante de PAHs en el ambiente marino. Las concentraciones más altas de PAHs en los sedimentos marinos se han encontrado generalmente en las muestras de zonas costeras y en las muestras de estuarios, con concentraciones totales que van desde no detectables hasta 8500 ng/l. Romano et al. (2004) han encontrado en los sedimentos de la zona industrial del Puerto de Bagnoli unas concentraciones de PAHs de entre 0,092 - 12,561 mg/kg de peso seco de sedimentos.

Los valores de fondo para PAHs en sedimentos van desde 0,01 a aproximadamente 1 mg/kg de peso seco de sedimentos. (OSPAR Comisión, 2000). En la Tabla 3 podemos ver los rangos de niveles de fondo de PAHs en sedimentos superficiales en dos regiones OSPAR. (µg/kg de peso seco de sedimentos). (OSPAR Commission, 2000).

Norte del Mar del Norte

Océano Antártico

Benzo[a]pireno

8,8 - 112

1,0 - 3,8

Fluoranteno

14 - 160

1,5 - 7,5

Benzo[b]fluoranteno+ Benzo[k]fluoranteno

46 - 434

7,4 - 30

Pireno

11 - 128

1,7 - 6,4

Tabla 3

De un análisis de los sedimentos en esta zona, que describió la presencia de PAHs en veintidós estuarios en Europa Occidental, resultó que el fluoranteno era el PAH predominante. Las concentraciones totales de PAHs estaban entre 200 µg/kg de peso seco (el Mar de Wadden) y sobre 6000 µg/kg de peso seco (Estuario de Scheldt). El criterio de evaluación ecotoxicológica para las concentraciones de PAHs en sedimentos normalmente se excede, especialmente en los estuarios del Seine, Humber y Scheldt. (OSPAR Comisión, 2000).

Otras sustancias orgánicas persistentes

El uso de varios de los compuestos orgánicos persistentes clásicos se ha prohibido o ha sido restringido severamente. Sin embargo, hay todavía otras sustancias químicas en uso que son suficientemente persistentes y que aparecen como contaminantes ambientales globales.

Los retardantes de llama bromados son un grupo diverso de varias sustancias. Los éteres de polibromodifenilos (PBDEs), especialmente los que contienen de cuatro a seis átomos de bromo, se encuentran en biota y sedimentos marinos lejos de fuentes conocidas.

Las parafinas cloradas son un grupo muy complejo de compuestos que se utilizan como plastificantes, retardantes de llama y en la industria de cuero. Estas mezclas son difíciles de analizar y no es posible determinar los compuestos individuales. Se ha encontrado que la concentración de parafinas cloradas en el sedimento de desembocaduras de ríos puede ser de hasta 10 µg/kg de peso seco de sedimentos.

Aportes por la acuicultura

La acuicultura de peces y de moluscos generan cantidades significativas de residuos orgánicos que se acumulan en el los sedimentos marinos cercanos. Las granjas de acuicultura liberan nutrientes disueltos al agua circundante, que puede contribuir a la eutrofización. En general, el flujo de nutrientes de granjas de acuicultura a zonas costeras es pequeño comparado con los flujos naturales como el de los ríos. En años recientes, ha habido mejoras considerables en la formulación y en la utilización de piensos, así las tasas actuales de la liberación de nitrógeno de granjas de salmón por tonelada de pescado producido son probablemente del 30 al 40% de los aportados en la década de 1980.

Petróleo

El petróleo crudo es una mezcla compleja de decenas de miles de compuestos. La mayor parte de los compuestos (más del 75%) son hidrocarburos del tipo n-alcanos, alcanos ramificados, cicloalcanos, triterpenos, aromáticos y PAHs. Además están presentes compuestos organosulfurados, ácidos, fenoles, piridina y pirroles y asfaltenos sumamente complejos.

Los hidrocarburos surgen de las emisiones y vertidos que hay durante la producción, transporte, refinado y en las industrias petroquímicas. Las entradas de petróleo por ríos son también un aporte importante a los mares. Los niveles más altos del petróleo en los sedimentos normalmente están en las desembocaduras de los ríos, en estuarios, y en bahías, así como en áreas de producción y transporte de petróleo. Los vertidos y las descargas ilegales de barcos continúan siendo una gran preocupación.

Radioactividad

La radioactividad puede ser por fuentes naturales o fuentes antropogénicas. La radiación natural proviene de la descomposición de radionucleidos en la corteza terrestre y por la radiación cósmica.

Las concentraciones de radionucleidos artificiales y naturales en sedimentos son en general bajas excepto en las cercanías de zonas industriales. La acumulación de sedimentos en áreas submareales y áreas intermareales es a la larga un sumidero para plutonio y otras partículas radiactivas como cesio y americio. En el mediterráneo la radiactividad en sedimentos es de 0,80 (dpm/kg de peso seco de sedimentos) (Estado y presiones del medio ambiente marino y del litoral mediterráneo, 2000). La mayor parte de la radiactivdad de los océanos es de origen natural, representado la antropogénica sólo el 1% del total. La radiactividad natural procede de: radioisótopos de larga vida generados durante la formación de la tierra y de las interacciones de las radiaciones cósmicas con componentes atmosféricos.

Bibliografía

Estado y presiones del medio ambiente marino y del litoral mediterráneo. (2000). European Environment Agency. Environmental assessment report nº 5.

OSPAR Commission. (2000) Quality Status Report 2000. Chapter 4 (Chemistry).

Romano, E., A. Ausili, N. Zharova, M.C. Magno, B. Pavoni, M. Gabellini. (2004) Marine sediment contamination of an industrial site at Port of Bagnoli, Gulf of Naples, Southern Italy. Marine Pollution Bulletin 49, 487-495.

Sigg, L., Sturm, M., Kistler, D. (1987) Vertical transport of heavy metals by settling particles in Lake Zurich. Limno Oceanogr 32, 112-130.

Singh, A.K., Hasnain, S.I., Banerjee, D.K. (1999) Grain size and geochemical partitioning of heavy metals in sediments of the Damodar Rier a tributary of the lower Ganga, India. Environmental Geology 39(1), 90-98.

Turekian, K.K. (1974). Los océanos. Ed. Omega. Barcelona. 120 pp.

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