Fluxos d’aigua subterrània i concentració de metalls en dipòsits marins costaners contaminats: aproximació metodològica i casos d’estudi a la costa mediterrània de la península ibèrica
- Autores: Marc Cerdà Domenech
- Directores de la Tesis: Miquel Canals Artigas (dir. tes.), Jaime Ignacio Frigola Ferrer (codir. tes.)
- Lectura: En la Universitat de Barcelona ( España ) en 2020
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: José Antonio Jiménez Quintana (presid.), Lluís Rivero Marginedas (secret.), Joan Bach i Plaza (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ciencias del Mar por la Universidad de Barcelona y la Universidad Politécnica de Catalunya
- Materias:
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- Tesis en acceso abierto en: TESEO
- Resumen
El estudio de la concentración y la distribución de metales y metaloides en ambientes costeros, ha adquirido relevancia en los último cuarenta años, principalmente como consecuencia de la creyente preocupación por sus efectos nocivos sobre los ecosistemas y la salud pública. Los ciclos de los metales y metaloides, con una gran cantidad de variables físicas, químicas, biológicas y también antropogénicas que influyen, son extremadamente complejos, circunstancia que dificulta su comprensión. Por este motivo, la mejora de las metodologías y la aplicación de nuevas técnicas de estudio es fundamental para poder profundizar en el conocimiento de los procesos asociados a la contaminación y la polución del océano por metales y metaloides.
En este contexto, esta Tesis representa una contribución al desarrollo y a la integración de las metodologías disponibles para el estudio de los flujos de metales y metaloides de origen antropogénico hacia el medio marino. Para alcanzar este objetivo, la Tesis se ha centrado en el estudio de dos vías de entrada de metales y metaloides hacia el mar costero: las descargas de agua subterránea (DAS) y el vertido directo de residuos en dos áreas de la costa mediterránea, la costa central de Cataluña y la bahía de Portmán, en Murcia.
En primer lugar, se han abordado las metodologías de cuantificación de las DAS mediante isótopos de Ra y 222Rn. El análisis y el monitoreo de los isótopos de Ra en el acuífero aluvial de la riera de Argentona, durante dos años ha demostrado que la variabilidad observada en sus concentraciones, de más de un orden de magnitud, está gobernada por el desplazamiento de la posición de la interfase salina durante períodos de precipitaciones abundantes. La variabilidad registrada en las concentraciones de los isótopos dificulta la determinación de un valor representativo de Ra en el acuífero, lo cual es un requisito necesario para cuantificar los flujos de DAS. Puesto que los flujos de metales y metaloides derivados de las DAS aumentan significativamente durante los episodios de precipitaciones, la elevada dinámica de los acuíferos costeros en regímenes micromareales hace necesario un mejor conocimiento de los procesos hidrogeológicos locales o regionales para poder reducir las incertidumbres asociadas a la cuantificación de los flujos de metales y metaloides hacia los sistemas costeros.
En segundo lugar, la Tesis sitúa el foco sobre los flujos de metales y metaloides derivados del vertido masivo de residuos, sean estos de origen industrial y urbano, como en el prodelta del río Besós, o de origen minero, como en la bahía de Portmán. Además, con el objetivo de mejorar la resolución del estudio y poder describir en detalle la evolución temporal del flujo de metales y metaloides, se ha llevado a cabo el análisis de los sedimentos a muy alta resolución mediante un escáner de fluorescencia de rayos X (XRF core scanner). Este instrumento permite obtener una gran cantidad de información en muy poco tiempo, de modo no destructivo y con una resolución imposibles de conseguir con métodos tradicionales de carácter destructivo. Así pues, se ha desarrollado un procedimiento de calibración para transformar las medidas semicuantitativas de l’XRF core scanner en concentraciones totales para diversos metales y metaloides (Ti, Mn, Fe, Zn, As y Pb). Los resultados demuestran que los procedimientos analíticos y estadísticos desarrollados en este trabajo mejoran la calidad de las regresiones lineales, con coeficientes de correlación (r2) superiores a 0,94 y con una reducción de las desviaciones estándares de las funciones obtenidas, especialmente por el método de regresión ponderado de mínimos cuadrados (WLS). Esto se traduce en una minoración significativa de los errores asociados a las concentraciones calibradas de metales y metaloides, lo cual ha permitido cuantificar los umbrales de concentración establecidos en diversas guías de calidad del sedimento (Sediment Quality Guidelines, SQGs) con un rango de error de 0,4% a 2% para el Fe, 1% a 7% para el Zn, 3 a 14% para el Pb, y 5% a 16% para el Mn.
Finalmente, se ha aplicado este procedimiento de calibración a la caracterización física y geoquímica de un depósito submarino altamente contaminado generado por el vertido de residuos mineros resultantes de la explotación de yacimientos de sulfuros en la bahía de Portmán. Mediante una metodología que integra múltiples técnicas analíticas fisicoquímicas, sedimentológicas y de datación por 210Pb de testigos de sedimento, se han identificado seis facies sedimentarias: cuatro pertenecientes a los residuos mineros s.str. (facies 2, 3, 4 y 5) y dos correspondientes a sedimentos marinos con un cierto grado de contaminación que pre-datan y post-datan el depósito de residuos (facies 1 y 6). Los resultados obtenidos han permitido explicar la evolución del depósito de residuos mineros, el cual se concentra principalmente al noroeste del área de estudio debido no sólo a la ubicación del punto de vertido si no también a la dinámica sedimentaria gobernada por el efecto dominante del oleaje de componente este y sudoeste y por las corrientes litorales asociadas. Del análisis geoquímico se desprende que las concentraciones de metales y metaloides en el depósito de residuos mineros son muy superiores a las reportadas para otros lugares del Mar Mediterráneo. En los sedimentos superficiales acumulados posteriormente al cese de los vertidos las concentraciones de metales y metaloides son aún significativamente superiores a los valores naturales previos a la actividad minera. Esto, junto con la modelización numérica de las concentraciones y las distribuciones de metales y metaloides en el sedimento marino superficial (14 cm superiores), ha puesto de manifiesto la existencia de un flujo persistente hacia los sedimentos más recientes y hacia el lecho marino después de veinticinco años de la clausura de los vertidos de residuos mineros.
Per todo lo expuesto, esta Tesis contribuye, queremos pensar que de manera significativa, a la mejora de las metodologías de estudio de los flujos de metales y metaloides, y de determinación y cuantificación de sus concentraciones y distribuciones en el medio marino costero. El esfuerzo de integración metodológica desarrollado en esta Tesis ha permitido alcanzar una mejor comprensión de los procesos de contaminación y de polución, y demuestra que el uso integrado de diversas metodologías es clave para la mejora de los programas y actuaciones de gestión ambiental que permitan reducir los flujos de metales y metaloides de origen antropogénico hacia el océano, así como sus efectos sobre el ecosistema costero.
