5.2 Metales menores y trazas de los sedimentos superficiales de canales y fiordos australes

Transcripción

1 Avances en el conocimiento oceanográfico de las aguas Metales interiores menores chilenas, y trazas Puerto de los Montt sedimentos a cabo de superficiales Hornos. de canales y fiordos australes N. Silva & S. Palma (eds.) Comité Oceanográfico Nacional - Pontificia Universidad Católica de Valparaíso, Valparaíso, pp , Metales menores y trazas de los sedimentos superficiales de canales y fiordos australes Ramón Ahumada Departamento de Química Ambiental. Universidad Católica de la Santísima Concepción rahuma@ucsc.cl El conocimiento del contenido de metales en los sedimentos marinos ha sido un tema de escaso desarrollo en Chile, más aun en la zona de fiordos australes. Antes de 1995, se habían publicado sólo dos trabajos para la zona del estrecho Magallanes (Lenardon, 1991; Mosca & Fontolan, 1991). Las características estuarinas de la región, su marcada continentalidad (Pickard, 1967), las profundas cuencas de origen glacial, el aporte de sedimentos finos y el ingreso de materia orgánica proveniente del bosque templado frío hacen de estas regiones un ecosistema de alta fragilidad ambiental. La zona austral tiene una escasa densidad poblacional, no obstante se desarrolla una intensa y variada actividad económica. En este contexto, el conocimiento de los patrones de abundancia y distribución de metales corresponden a información básica necesaria para conocer estos sistemas naturales, contribuir al desarrollo de las diferentes actividades, así como también, mantener y proteger estos sistemas acuáticos. En las tres zonas analizadas en la región de fiordos y canales australes, Puerto Montt a laguna San Rafael (Zona Norte), golfo Penas a estrecho Magallanes (Zona Central) y estrecho Magallanes a cabo Hornos (Zona Sur), se obtuvieron muestras de sedimentos para el análisis de Ba, Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Pb, Sr, V y Zn. En total se analizaron 180 muestras obtenidas en 37 estaciones efectuadas en la Zona Norte, 140 muestras en 23 estaciones en la Zona Central y 96 muestras en 20 estaciones en la Zona Sur (Fig. 1). La textura del sedimento fue de tipo limo-arcilla en las cuencas profundas y en la cercanía de los glaciares (Silva et al., 1998, 2001). Las gravas y arenas se detectaron en las zonas de mayor exposición a las aguas costeras. La materia orgánica se asoció a la fracción de sedimento fino, con excepción de los fiordos con actividad glacial, donde la fracción limo-arcilla es mayoritariamente de origen inorgánico (Silva et al., 1998, 2001; Silva & Ortiz, 2003). El estudio de los metales contenidos en los sedimentos se realizó con muestras obtenidas con un box-corer y un sacatestigo de gravedad, que permitieron fraccionar las muestras en diferentes estratos de profundidad en cada una de las estaciones muestreadas. Esta técnica favorece el estudio de la variabilidad temporal en un mismo lugar, asumiendo que los cambios en la concentración debidos al ordenamiento de los estratos durante la sedimentación, se encuentran asociados a un patrón temporal. El análisis químico se realizó, previa digestión ácida de cada muestra, analizando el sobrenadante en un Espectrofotómetro de Emi- Tabla I. Concentración media de los metales ( g g 1 ) contenidos en los sedimentos marinos comprendidos entre Puerto Montt y el cabo de Hornos. (DE= Desviación estándar). Metales Zona Norte Zona Central Zona Sur Prom. DE Prom. DE Prom. DE Ba 435,7 184,4 649,7 95,3 549,2 121,1 Cd 0,36 0,21 0,27 0,15 0,3 0,1 Co 14,7 3,2 12,3 2,1 13,2 2,4 Cr 50,1 24,5 67,5 13,5 60,4 12,1 Cu 24,5,9 18,0 4,6 21,9,2 Ni 22,4 8,3 28,0 4,9 29,7 7,8 Pb 20,8 8,7 27,6 3,8 22,6 5,1 Sr 260,2 78,5 155,8 29,8 256,5 94,5 V 140,6 27,1 122,1 13,8 146,4 18,2 Zn 93,6 20,2 2,5 13,4 112,4 21,4 Zona Norte: Ahumada et al., 2006; Ahumada & Rudolph, Zona Central: Ahumada & Contreras,1999. Zona Sur: Ahumada et al.,

2 Océano Pacífico Ahumada, R. 76º 75º 74 73º 41 S 42º 43º 44º 45º 46º 47º Océano Pacífico C. Pulluche C. King C. Darwin B. del Guafo G. Ancud I. Chiloé LSR Puerto Montt S. Reloncaví C. Jacaf C. Puyuguapi 42 I. Meninea F. Aysén E. Quitralco E. Cupquelán E. Reloncaví E. Comau E. Reñihue I. Desertores 28 G. Corcovado Tictoc C. Moraleda G. Elefantes CIMAR 1 Fiordos 72 W C. Ladrillero W C. Fallos C. Picton C. Trinidad C. Smyth G. de Penas C. Concepción E. Nelson CIMAR 2 Fiordos E. de Magallanes 5 B. San Quintín 15 E. Steffen S. Iceberg E. Mitchel C. Baker C. Messier A. Inglesa 28 S. Eyre E. Falcon S. Penguin S. Europa E. Peel 41 E. Calvo E. Amalia 75 C. Sarmiento E. Las Montañas S S 2 P. Dungeness C. Deseado I. Carlos III C. Froward 16 C. Cockburn S. Otway C. Ballenero 25 8 E. de Magallanes 6 B. Cook a 1 Angostura a 2 Angostura B. Inútil S. Almirantazgo 37 C. Whiteside Océano Atlántico C. Beagle I. Navarino Figura 1: Posición geográfica de las estaciones de muestreo de sedimentos superficiales para la determinación de metales menores y trazas. 56 Océano Pacífico CIMAR 3 Fiordos (Etapa 1) B. Nassau I. Wollaston 45 C. de Hornos W 78

3 Metales menores y trazas de los sedimentos superficiales de canales y fiordos australes Tabla II. Concentración de metales ( g g 1 ) en la parte superior de testigos obtenidos en el canal Beagle y bahía Windhond. Además, se muestra el promedio obtenido en bahía Inútil (Tomado de Pineda et al., 2002). Localidades Co Cr Cu Ni Mg Pb V Zn Bahía Inútil 17 ± 4 62 ± 6 22 ± 4 17 ± 1 507±30 20 ± ± 90 ± 7 Canal Beagle* Bahía Windhond* * muestra de superficie sión Atómica con Acoplamiento Inductivo de Plasma (EEA ICP). Esta metodología permite resolver analíticamente la concentración de varios metales en una misma muestra. Para la estimación de la incerteza se usó Material de Referencia Certificado MESS-2. Los resultados del análisis de metales menores y trazas de los sedimentos de la región austral de fiordos y canales, se presentan, a continuación, como concentraciones promedio por zona. Para ello se comparó la abundancia de los metales y establecieron las similitudes en el comportamiento, considerando la importancia de los procesos físicos en los sitios, por sobre las concentraciones absolutas. La concentración media de los metales contenidos en los sedimentos obtenidos en las diferentes zonas analizadas se indican en la Tabla I. La variabilidad del sistema, expresada por la desviación estándar, fue alta y por consiguiente fue necesario separar las estaciones en unidades más pequeñas. Estos resultados muestran la abundancia media de los diferentes metales en las tres zonas prospectadas, independientemente de los valores absolutos de concentración. La secuencia de abundancia de los diferentes metales en el sedimento se repite en las distintas zonas, con escasos cambios en la posición en metales con concentraciones similares, como Ni, Pb y Cu: Ba > Sr > V > Zn > Cr > Cu > Ni > Pb > Co > Cd El análisis del contenido de metales por localidades o unidades geográficas más pequeñas, muestra una disminución notoria de la variabilidad de los valores promedios, en relación a la variabilidad general (Ahumada & Rudolph, 2004). El único sector que registra un enriquecimiento de Zn y Pb corresponde al área de Puerto Chacabuco en Aysén, situación que no se evidencia en el promedio general para la localidad (Ahumada, 1998). Para la Zona Sur, se realizaron análisis de metales en testigos de sedimentos obtenidos en localidades semejantes, pero en diferentes estaciones (Pineda et al., 2002). Los resultados se muestran en la Tabla II. Además, se determinó la presencia de platino (Pt), oro (Au) y plata (Ag), con concentraciones menores a la sensibilidad analítica empleada, indicando su existencia, pero no su concentración. El conocimiento de los valores de concentración es difícil de interpretar si no hay referentes, los cuales son específicos para cada una de las regiones. Sin embargo, las variaciones naturales tienen ciertos límites que están dados por los procesos químicos, físicos y de estructura y composición de las rocas a escalas regionales. Por esta razón y para propósitos comparativos, en la Tabla III se entregan valores con procesos semejantes o referentes de concentración de metales en rocas dominantes que forman la corteza de nuestro planeta. Además, se agregan valores de concentración que se consideran como no contaminados en la literatura científica. Estos referentes muestran claramente que los fiordos australes se han mantenido en condiciones prístinas y que es preciso cautelar esta condición. Durante el desarrollo de los cruceros CIMAR Fiordos en sus tres primeros años, obtuvo información sobre metales en sedimentos en la ma- 79

4 Ahumada, R. Tabla III. Valores de concentración de metales traza en sedimentos y rocas de diferentes localidades, comparados con los valores determinados para los sedimentos de los canales y fiordos australes (concentraciones en g g 1 ). Metales Rocas 1 Granito 2 Zona Zona Zona Greenland 3 Ría Sedimentos Norte Central Sur A-B 4 no contaminados 5 Ba 445, ,7 649,7 549,20 Cd 0,2 0,36 0,27 0,30 0,11 ± 0,05 0,15 0,01 0,2 Co 13, ,7 12,3 13, Cr 71, ,1 67,5 60,40 118,0 ± Cu 32, ,5 18,0 21,90 46,0 ± Ni 49, ,4 28,0 29,70 59,0 ± Pb 16,0 20,8 27,6 22,60 19,0 ± Sr 278, ,2 155,8 256,50 V 97,0 140,6 122,1 146,40 162,0 ± 65 Zn 127,0 93,6 2,5 112,4 89,0 ± Valores promedio del contenido de metales en rocas como referencia dados por Chester (1996). 2 Valores promedio del contenido de metales en suelos (Libes, 1992). 3 Sedimentos superficiales (0-1 cm) de East Greenland (n = ), según Loring & Asmund (1996). 4 Ría de Ares-Betanzos, España (Prego & Cobelo-García, 2003). 5 Sedimentos no contaminados según Bryan & Langton (1992) en Prego & Cobelo-García (2003). yoría de los fiordos y canales australes, desde Puerto Montt hasta el cabo de Hornos. Ésta es la única información sistemática de metales en el hemisferio sur que involucra una extensión de esta magnitud, equivalente al trabajo efectuado en Groenlandia en la misma época (Loring & Asmund, 1996). Estos resultados han permitido determinar la distribución y concentración de metales que causan riesgos ambientales, permitiendo obtener una aproximación a la Línea Base y conocer el estado de salud de los canales australes. Las condiciones de aislamiento y baja carga antrópica en la zona austral han mantenido su condición de área prístina que es preciso preservar para cumplir con la protección de este ecosistema. Sin embargo, el fuerte desarrollo la acuicultura, silvicultura, pesquerías, turismo, minería y actividades de servicios, hacen de estos lugares zonas de riesgo ambiental por la Capacidad Asimilativa de los sistemas de circulación anidada y de alta profundidad. Referencias Ahumada, R., Metales traza (Ba, Cd, Co, Cr, Ni, Pb, V y Zn) en los sedimentos del Seno Aysén: Línea base y alteraciones ambientales. Cienc. Tecnol. Mar, 21: Ahumada, R. & S. Contreras Contenido de metales (Ba, Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Pb, Sr, V y Zn) en sedimentos de los fiordos adyacentes a Campos de Hielo Sur y canal Concepción. Cienc. Tecnol. Mar, 22: Ahumada, R. & A. Rudolph Trace metals and other constitutive components in two sediment cores from a remote glacier-fed estuarine lagoon in southern Chile. Estuar. Coast. Shelf Sci., 59(2): Ahumada R., E. González & J. Neira Especiación de Zinc en sedimentos marinos enriquecidos y naturales en el seno Aysén. Invest. Mar., Valparaíso, 32(1): 3-. Ahumada, R., A. Rudolph & S. Contreras Contenido de metales (Ba, Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Pb, Sr, V y Zn) en sedimentos de los fiordos patagónicos (52-56 S), Chile. Cienc. Tecnol. Mar, 25(2): Ahumada, R., A. Rudolph & S. M. Mudge Trace metals content in sediments at Chilean channels and fjords (42.5 to 46.5 South Latitude). Submited to Estuar. Coast.. Shelf Sci. Chester, R Marine Geochemistry. Springer Verlag. 552 pp. 80

5 Metales menores y trazas de los sedimentos superficiales de canales y fiordos australes Lenardon, G Distribution and composition of heavy and light mineral of sands in the Strait of Magellan. Boll. Oceanol. Teor. Appl., 9(2-3): Libes, S An introduction to marine biogeochemistry. John Wiley & Sons, New York, 734 pp. Loring, D. H. & G. Asmund Geochemical factors controlling accumulation of major and trace elements in Greenland coastal and fjord sediments. Environ. Geol., 28(1): 2-. Mosca, R. & G. Fontolan Preliminary results on major, minor and trace element chemistry of surface sediments in the Strait of Magellan. Boll. Oceanol. Teor. Appl., 9(2-3): Pickard, G Some physical oceanographic characteristic of the large inlets of Southeast Alaska. J. Fish. Res. Bd. Can., 24(7): Pineda, V., X. Contardo, G. Alfaro & S. Helle Caracterización textural, mineralógica y geoquímica de los sedimentos del canal Beagle y bahía Nassau, XII Región de Magallanes, Chile (Crucero CIMAR 3 Fiordos). Cienc. Tecnol. Mar, 25(1): Prego, R. & A. Cobelo-García Twentieth century overview of heavy metals in Galician Rias (NW Iberian Peninsula). Environ. Pollut., 121: Silva, N. & P. Ortiz C y N, su distribución y estequiometría, en sedimentos superficiales de la región sur de la zona de fiordos y canales australes de Chile, 52º-56ºS (Crucero CIMAR 3 Fiordos). Cienc. Tecnol. Mar, 25(1): Silva, N. & R. Prego Carbon and nitrogen spatial segregation and stoichiometry in the surface sediments of southern Chilean inlets (41º-56º S). Estuar. Coast. Shelf Sci., 55: Silva, N., V. De Vidts & J. Sepúlveda Materia orgánica, C y N, su distribución y estequiometría, en sedimentos superficiales de la región central de los fiordos y canales australes de Chile (Crucero CIMAR 2 Fiordos). Cienc. Tecnol. Mar, 24: