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Revista Vol. 9, 2, 123 147 (2006) CIENCIA
EL ORIGEN DEL ARSNICO EN LAS AGUAS Y SEDIMENTOS
DE LA LAGUNA DE PAPALLACTA
Cumbal L,(1) Aguirre V,(1) Tipn I,(1)Murgueitio E,(1) y Chvez C(1)
(1) Centro de Investigaciones Cientficas Escuela Politcnica del Ejrcito
ABSTRACT
This study is aimed to determine the sources of arsenic and their concentrations, and to assess the impact in water quality of Papallacta Lake. Water and sediment sampling were taken in strategic locations of geothermal sources, Tambo River, Sucus River, streams and in the lake. Arsenic concentrations found in thermal waters oscillate between 1090 and 7853 g/L. The majority of sources are located in the high watershed of the Tambo River and supply with the highest contents of arsenic. The Tambo River, the main tributary of the Papallacta lake brings arsenic in the range of 62 and 698 g/L, being the highest in sample sites located upstream of the bride in the Baeza road (233-698 g/L) while in the desembocadura shows 149 g/L of arsenic. A number of arsenic contents were measured in sediments at several locations of the low watershed of the Tambo River (20-128 g/L). The lake shows levels of arsenic from 220 to 369 g/L in the surface water, while in depth the distribution of arsenic in centralward of the lake, is almost homogeneous, oscillating between 289 and 351 g/L. Sediments of the lake equally contain arsenic, their concentrations were measured in the range of 60 to 613 mg/kg. The lowest levels were found on the borders where sediments are continuously removed and redistributed due to Tambo River overflows. From this study, it is implied that geothermal springs that feed the Tambo River are the main natural sources of arsenic of the Papallacta Lake.
RESUMEN
Este estudio tiene el propsito de determinar las concentraciones de arsnico y sus fuentes, y evaluar el impacto en la calidad de las aguas de la laguna de Papallacta. Se tomaron muestras de agua y sedimentos en puntos estratgicos de las fuentes termales, ros Tambo y Sucus, vertientes y laguna. Las concentraciones de arsnico encontradas en las aguas termales oscilan entre 1090 y 7853 g/L. La mayor parte de las fuentes se encuentran localizadas en la cuenca alta del ro Tambo y aportan con altos contenidos de arsnico. El Tambo, principal tributario de la laguna de Papallacta, arrastra arsnico en el rango de 62-698 g/L, los de ms alta concentracin se encuentran ubicados en la cuenca alta (233-698 g/L), mientras que en la desembocadura tiene un contenido de arsnico de 149 g/L. Diversos contenidos de arsnico fueron medidos en sedimentos de varios puntos de la cuenca baja del ro Tambo (20-128 mg/kg). La laguna exhibe de 220 a 369 g/L de arsnico en su superficie; mientras que en profundidad, la distribucin de arsnico en la parte central de la laguna es casi homognea y oscila entre 289-351 g/L. Los sedimentos de la laguna igualmente contienen arsnico, habindose medido concentraciones en el rango de 60 a 613 mg/kg. Los menores niveles fueron encontrados en las riveras que tienen una continua remocin y redistribucin de sedimentos por las crecidas del ro Tambo. De este estudio se desprende que los manantiales
Recibido: Octubre de 2006 Aceptado: Noviembre 2006
Cumbal L, Aguirre V, Murgueitio E, Tipn I y Chvez C 136
de agua termal que alimentan al ro Tambo son las principales fuentes naturales de arsnico de la laguna de Papallacta. 1 INTRODUCCIN
El problema de contaminacin con arsnico de las aguas naturales ha sido extensamente discutido durante ltimos los aos debido a sus afectos adversos en la salud de los humanos. Un considerable nmero de recursos hdricos han sido identificados con concentraciones excediendo el estndar de 10 g/L, dado por la Organizacin Mundial de la Salud [1]. A pesar de que los registros de las fuentes de agua superficial y agua subterrnea son incompletos, la mayor parte de arsnico presente en los acuferos es de origen geoqumica. Las aguas geotermales se contaminan con arsnico por sus tiempos de contacto con los suelos muy prolongados, lo que podra promover la disolucin de las rocas minerales. Se conoce que las rocas arsenicales tales como: rejalgar (AsS), orpiment2 (As2S3), arsenopirita (FeAsS), etc. son fases slidas termodinmicamente ms favorables en condiciones reducidas como las encontradas en la subsuperficie [2]. Estas rocas cuando entran en contacto con las fuentes geotermales pueden ser disueltas, promoviendo el incremento de arsnico en la fase acuosa. Arsnico asociado con aguas termales ha sido reportado por Welch et al. [3], Criaud & Fouillac [4], Romero et al. [5] en varias partes del mundo, incluyendo Estados Unidos, Japn, Nueva Zelanda, Francia, Dominica, Bulgaria, Chile y Argentina. Las aguas termales del Parque Nacional de Yellowstone por ejemplo contienen altas concentraciones de arsnico, Ball et al. Reportan valores superiores a 2830 g/L [6]. Robinson et al. Evaluaron la concentracin de arsnico en aguas termales residuales en el drenaje principal del campo termal de Wairakei en Nueva Zelanda y encontraron valores prximos a 3800 g/L [7]. Altas concentraciones de arsnico tambin has sido encontradas en las aguas termales del sistema El Tatio en la Regin de Antofagasta, Chile, Queirolo et al. Reportan concentraciones entre 1000 y 1.000 g/L [8]. En el Ecuador la contaminacin con arsnico de las aguas naturales fue detectada durante la remediacin de la laguna de Papallacta contaminada con petrleo crudo por una rotura del Oleoducto Transecuatoriano SOTE ocurrida en el 2003. De la Torre et al. [9] reportaron concentraciones de arsnico entre 39 a 10.560 g/L en las aguas termales y ros en las cercanas a la laguna. En ese mismo estudio, se determin que las concentraciones de arsnico en Laguna de Papallacta fueron entre 390 y 670 g/L. Expertos acadmicos y tcnicos ambientales, mencionaron que las posibles causas de las altas concentraciones de arsnico encontradas en la laguna de Papallacta fueron la remocin de sedimentos de la laguna durante la remediacin y las vertientes y ros tributarios que alimentan a la laguna. La compaa que ejecut la remediacin del sitio contaminado con crudo, luego de realizar ensayos de lixiviacin con muestras de sedimentos de la laguna, indica en su informe que la contaminacin con arsnico no proviene de la perturbacin de los sedimentos sino de las aguas termales que llegan a la laguna [10]. En el 2005, investigadores del Centro de Investigaciones Cientficas de la ESPE (CEINCI), midieron arsnico en las aguas de la laguna y encontraron concentraciones prximas a 500 g/L. La existencia de arsnico en la laguna, pese a que han transcurrido tres aos del derrame sugiere que este elemento qumico es de origen natural. No queda claro sin embargo el origen del arsnico y la localizacin de los aportes en las cuencas de los ros Tambo y Sucus o en la misma laguna. El objetivo de este estudio fue identificar las fuentes termales que confluyen a los ros Tambo y Sucus, cuantificar las concentraciones de arsnico en las aguas termales, medir la concentracin de arsnico en las aguas de los ros Tambo y Sucus, determinar las especies arsenicales en cada fuente de agua termal y estimar los niveles de arsnico en las aguas y sedimentos de la Laguna de Papallacta.
El origen del Arsnico en las aguas y sedimentos de la laguna de Papallacta 137
2 REA DE ESTUDIO Y CONDICIONES AMBIENTALES
La laguna de Papallacta se encuentra situada en el Cantn Quijos, Provincia del Napo,
ubicada entre los paralelos 00o 2230y 00o 2256 de latitud sur y entre los meridianos 78o0917y 78o1001 de longitud occidental, a una altura promedio de 3367 m. Se cree que se form debido al represamiento de un flujo joven denominado Antisanilla producido en 1760 [11]. El centro de emisin de este flujo est ubicado a unos 10km al noroeste del volcn Antisana y est asociado a la actividad de la caldera de Cachana [12] Cubre un rea media de 330.000 m2, con una superficie en estiaje de aproximadamente de 310.000 m2 y una superficie en poca lluviosa de 440.000 m2 [13]. Las precipitaciones en la zona de Papallacta varan de 600 a 1600 mm. Las aguas de la laguna gozan de una buena aireacin por los fuertes vientos en direccin noroeste. A la laguna de Papallacta llegan vertientes superficiales y el ro Tambo. El ro Tambo nace en las estribaciones de la Cordillera Real y tiene como su principal tributario al ro Sucus. Durante un recorrido de aproximadamente 12,76km, el ro Tambo recibe varios aportes de aguas termales que influencian enormemente en la composicin qumica del ro. Adicionalmente, las aguas residuales, provenientes del balneario Jamanco ubicado a 200 m de la laguna de Papallacta, son descargadas en el ro Tambo y otras descargas residuales de Jamanco tambin llegan a la laguna mediante aportaciones no controladas. Otros balnearios de aguas termales que existen en sus alrededores son El Tambo y Termas Papallacta. Las aguas residuales provenientes del balneario El Tambo son igualmente descargadas en el ro Tambo mientras que las de las Termas de Papallacta van al ro del mismo nombre. Por otro lado, debido a su alta gradiente hidrulica (0,0768m/m) el ro Tambo fluye hacia la parte baja con una fuerza destructiva considerable, removiendo y redistribuyendo los sedimentos en el curso del ro. En la cuenca baja las aguas del ro Tambo son utilizadas para la agricultura y para la crianza de truchas.
3 MUESTREO Y PROCEDIMIENTOS ANALTICOS 3.1 Muestreo
Muestras de aguas y sedimentos fueron tomadas en la laguna de Papallacta, ro Tambo, ro Sucus, fuentes geotermales y vertientes. En los ros la toma de muestras se llev a cabo cada 200 m a 500 m o cuando las condiciones topogrficas permitan. Las fuentes termales fueron muestreadas en el origen de sus afloramientos y antes de entrar al ro. Para el caso de la laguna, el muestreo se realiz en diferentes posiciones y profundidades. En profundidad, se tomaron muestras de agua cada 4 o 6 m con a ayuda del Kemmerer BTL 1,2 L SS hasta llegar al fondo de la laguna en cada punto. Para los muestreos en superficie y en profundidad se utiliz un bote con motor fuera de borda y un GPS para el posicionamiento. Todas las muestras de agua se recolectaron en recipientes de plstico de 500 mL, dos muestras por cada punto. La una fue tratada con 4N-HNO3 o 4N-HCl para bajar el pH a valores cercanos a 2.0 a fin de evitar la oxidacin del As(III) en caso de existir. A continuacin, las muestras fueron colocadas en un enfriador para mantener su temperatura entre 4-5C. En cambio las muestras de sedimentos, se recogieron en recipientes plsticos de 0,5 kg e igualmente fueron transportadas al laboratorio en cadena de fro.
3.2 Determinacin de las especies arsenicales
La separacin de las especies arsenicales As(III) y As(V) disueltas en las aguas de la laguna, ro Tambo, ro Sucus y las aguas termales, fue realizada ajustando el pH de las muestras acidificadas a valores entre 4.0 y 5,0 siguiendo la tcnica desarrollada por Ficklin [14] y Clifford et al. [15]. Se conoce, que los compuestos de As(V) a pH = 4.0 o 5,0, se encuentran ionizados mientras que el As(III) es un compuesto neutro a estos valores de pH, de manera que los oxianiones de As(V) son electrostticamente retenidos por la resina aninica, en
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cambio el As(III) pasa la resina sin ser capturado. Para conducir este ensayo, volmenes de 30 a 50 mL se pasaron a travs de mini-columnas empacadas con una resina aninica (A-400). A la salida de cada columna se recolect el efluente para posterior anlisis. La tcnica fue validada usando muestras de concentraciones conocidas de As(III) y As(V). Las muestras sin cido, acidificadas y los efluentes recogidos de las mini-columnas se analizaron por arsnico, utilizando un generador de hidruros (GH) Perkin Elmer acoplado a un espectrmetro de absorcin atmica Perkin Elmer AA100. Los resultados de los anlisis qumicos se validaron empleando estndares adquiridos a Sigma Aldrich. 3.3 Extraccin secuencial y analtica del arsnico de sedimentos
La extraccin secuencial de arsnico desde sedimentos propuesta por Romero et al. [5] fue modificada en el laboratorio del CEINCI y se utiliz solo dos etapas de extraccin debido a la constitucin de los sedimentos. Cada muestra de sedimentos fue secada en una estufa por un perodo de 12 horas a una temperatura de 60oC. Los sedimentos secos fueron molidos en morteros de cermica y pasados por tamices de 0,2 mm. La extraccin cida, se condujo colocando muestras de 1,0 g de sedimentos tamizados en recipientes plsticos conteniendo 150 mL de cido al 4N-HCl. Los recipientes a continuacin fueron colocados en un agitador rotativo, a una velocidad de rotacin de 35 rpm y se los mantuvo dos das hasta alcanzar el equilibrio. Un segundo ciclo de extraccin cida bajo condiciones experimentales similares a las anteriores fue llevado a cabo, luego de remover el sobrenadante y lavar cada muestra de sedimentos con agua desmineralizada. Las muestras de sedimentos luego del segundo ciclo de digestin cida fueron lavadas muy cuidadosamente y sometidas a extraccin bsica. Con este fin, las muestras fueron colocadas en una solucin de 5% NaOH y sometidas a las mismas condiciones experimentales de la extraccin cida. Posteriormente, los sobrenadantes tanto de la digestin bsica y como de la digestin cida fueron analizados en el sistema GH-AA100 para determinar el contenido de arsnico.
4 RESULTADOS Y DISCUSIN 4.1 Arsnico en el Ro Sucus
La Tabla 1 reporta las concentraciones de arsnico, el pH y los slidos disueltos totales en los diferentes puntos de muestreo del ro Sucus. La Figura 1 proporciona la ubicacin de los puntos muestreados. En general el pH en todos los puntos es neutro y la concentracin de slidos totales igualmente no vara muy drsticamente. Es importante notar que ninguno de los puntos muestreados rebasa los 50 g/L de arsnico, fijado como la concentracin permisible en aguas de consumo humano por la regulacin ambiental ecuatoriana [16] y solo cinco presentan concentraciones de arsnico superiores al estndar para aguas domsticas fijado por la Organizacin Mundial de la Salud [1]. La concentracin promedio de arsnico (9,5 g/L) obtenida en el curso del ro es ligeramente mayor al valor de 6,3 g/L reportado por De la Torre et al. [9]. Estos contenidos de arsnico se justifican por la ausencia aportes provenientes de manantiales termales muy comunes en la zona de estudio.
4.2 Arsnico en el Ro Tambo
El muestreo en el ro Tambo se dividi en dos grandes zonas como se indica en la Figura 2. La cuenca baja del Tambo corresponde al sector entre un punto 140 m arriba del puente de la carretera a Baeza y la desembocadura en la laguna de Papallacta. En cambio la cuenca alta incluye la porcin entre el puente y el nacimiento del Tambo. En la Tabla 2 se indica la altura sobre el nivel del mar del punto, la conductividad, los slidos disueltos totales y arsnico total de muestras tomadas en la cuenca baja. Notar que la concentracin de arsnico
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total sufre un incremento luego del punto 4. Este aumento se explica porque entre los puntos 4 y 5 existe un afloramiento termal en el borde del ro que aporta con un significativo contenido de arsnico. En cambio el nivel de arsnico en la desembocadura de la laguna de Papallacta es de 149 g/L porque 200 metros antes de la laguna de Papallacta existen dos descargas de aguas residuales del balneario Jamanco con concentraciones de 1544 y 520 g/L.
La cuenca alta del ro Tambo igualmente aporta con contenidos de arsnico muy
importantes. En la Tabla 3 se indica los puntos muestreados en este sector de ro. Notar que las concentraciones totales de arsnico total oscilan entre 233 y 698 g/L.
Tabla 1 Caracterizacin de las aguas del ro Sucus UBICACIN CONDUCTIVIDAD SLIDOS DISUELTOS
TOTALES AsT CDIGO
MUESTRA X Y S/cm mg/L g/L
P 1 812939 9962167 357,0 180 7 P 2 813030 9962196 117,9 56 22 P 3 813093 9962164 121,5 56 22 P 4 813242 9961804 109,8 53 13 P 5 813399 9961448 95,4 45 11 P 6 813491 9961054 98,7 46 7 P 7 813325 9960652 129,2 61 6 P 8 813138 9960353 85,1 39 8 P 9 813149 9960225 121,1 57 25 P 10 813102 9959208 118,6 61 3 P 11 813202 9959208 120,2 56 4 P 12 813409 9958887 117,8 52 6 P 13 813700 9958920 123,6 55 2
Figura 1 Localizacin de puntos muestreados en la cuenca del ro Sucus
Cumbal L, Aguirre V, Murgueitio E, Tipn I y Chvez C 140
Los contenidos de arsnico reportados en esta investigacin son mayores a los tpicamente encontrados en aguas de ros que cruzan zonas con fuentes geotermales (10-114 g/L) al oeste de los Estados Unidos, Nueva Zelanda y la regin central de Argentina, McLaren y Kim (1995); Robinson et al. (1995) y Nimick et al. (1998); Lerda y Prosperi (1996) pero menores a las reportadas en aguas de ros de zonas ridas como el ro Loa de Chile, (1400 g/L) Romero et al. (2003). La mayor concentracin de arsnico encontrada en la parte alta del ro Tambo es consecuencia de los pequeos manantiales de agua termal que llegan a su curso. Los datos de arsnico encontrados en esta investigacin para las aguas termales y reportados en Tabla 4, son similares a los obtenidos por Aiuppa et al. (2003) en aguas subterrneas del campo geotrmico Phlegrean (1,6-6.900 g/L) y superiores a los del campo Ischia (2,6-3800 g/L). Adems, los datos del presente estudio confirman que el arsnico es reciclado en las aguas subterrneas que fluyen cerca del sistema geotermal activo del Antisana.
Figura 2 Localizacin de secciones de cuenca del ro Tambo
Tabla 2 Caracterizacin de las aguas del ro Tambo, cuenca baja UBICACIN ALTURA CONDUCTIVIDAD SLIDOS
DISUELTOS TOTALES
AsTCDIGO MUESTRA
X Y m.s.n.m S/cm mg/L g/L P 1 812423 9957738 3608 242 126 115 P 2 812287 9957681 3598 245 128 108 P 3 812682 9958021 3580 261 132 64 P 4 813060 9958281 3552 882 442 62 P 5 814466 9958343 3399 250 128 115 P 6 814355 9958366 3397 835 440 153 P 7 814580 9958546 3389 897 451 154 P 8 814934 9958453 3385 889 443 148 P 9 815497 9958328 3381 890 448 149
El origen del Arsnico en las aguas y sedimentos de la laguna de Papallacta 141
Similares datos han sido encontrados en el campo Wairakei, Nueva Zelanda, Robinson et al. (1995), As hasta 3,5 mg/L; aguas geotermales El Tatio, Chile, As = 27 mg/L, Romero et al. (2003); Parque Nacional Lassen, California, As hasta 27 mg/L, Thompson et al. (1995). Las altas concentraciones de arsnico encontradas en las fuentes termales en la parte alta del ro Tambo pueden ser resultado de la disolucin de rocas minerales en las profundidades del yacimiento hidrotermal. Smedley y Kinniburg (2002), indican, las aguas termales profundas tienen altas concentraciones de arsnico porque en el subsuelo estn sujetas a condiciones muy reducidas, favoreciendo por lo tanto la desorcin del arsnico de los xidos minerales y la disolucin reductiva de los xidos de hierro y manganeso, que tambin origina la liberacin de arsnico. En estas aguas subterrneas generalmente el hierro es abundante y al ponerse en contacto con la atmsfera se oxida rpidamente formando precipitados de Fe(III). La Figura 3, que pertenece a una de las fuentes termales muestreadas en la cuenca del ro Tambo, confirma la presencia de precipitados de hierro. Por otro lado, Nordstrom et al. 2000, sealan que en Yellowstone Park, las aguas geotermales profundas contienen solo As(III), la presencia de As(V) en los manantiales termales, es debido a la oxidacin del As(III) durante la ascensin del fluido y la mezcla con aguas subterrneas oxigenadas poco profundas. La potencial conversin a As(V) depende de la tasa de oxidacin relativa al caudal. Una posterior oxidacin del arsnico puede ocurrir al descargarse los manantiales calientes en la superficie y mezclarse con el oxgeno atmosfrico. Los manantiales de aguas termales que llegan al ro Tambo a pesar de que son tambin de profundidad, contienen una considerable cantidad de As(V) debido a la fuerte influencia de las rfagas de viento muy caractersticas de la zona, ver Tabla 5. Diversos contenidos de arsnico son observados en sedimentos de varios puntos de la cuenca baja del ro Tambo (20-128 mg/kg), ver Tabla 6. Estos valores son menores que el promedio encontrado en los sedimentos del ro Loa, Chile (320 mg/kg), que atraviesa tambin un campo geotermal activo, Romero et al. (2003).
Tabla 3 Caracterizacin de las aguas del ro Tambo, cuenca alta UBICACIN ALTURA CONDUCTIVIDAD
SLIDOS
DISUELTOS TOTALES
AsT
CDIGO MUESTRA
X Y m.s.n.m S/cm mg/L g/L P 1 811220 9957442 3783 500 249 472 P 2 810985 9956681 3766 540 269 233 P 3 810772 9955995 3802 588 292 413 P 4 809254 9955447 3906 401 206 698 P 5 809010 9955211 3875 380 169 538 P 6 809004 9955187 3908 341 175 626 P 7 808949 9955115 3834 3920 1962 299
Tabla 4 Caracterizacin de fuentes de agua termal localizadas en la cuenca del ro Tambo UBICACIN ALTURA CONDUCTIVIDAD
SLIDOS
DISUELTOS TOTALES
AsT
CDIGO MUESTRA
AGUA TERMAL X Y m.s.n.m S/cm mg/L g/L
FT 1 809037 9955211 3917 5920 2890 6120 FT 2 809025 9955198 3915 285 162 3161 FT 3 809015 9955192 3910 4820 3500 4380 FT 4 809008 9955183 3912 270 186 3555 FT 5 809022 9955207 3910 8300 3500 7852 FT 6 808949 9955115 3834 477 238 3152 FT 7 808957 9955957 3856 4270 1835 1090
El Tambo 814498 9958357 3595 - - 2802 Jamanco 815697 9958320 3373 - - 3004
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Fe oxidado
Figura 3 Formacin de precipitados de hierro(III) en la superficie de manantial
Por otra parte, los resultados de las extracciones secuenciales indican que el arsnico en los sedimentos de la cuenca baja del ro Tambo, se encuentra fuertemente asociado con la materia orgnica y las fracciones residuales (97% del total extrado) y solo el 3% de arsnico est ligado a los xidos de hierro y aluminio. Esto se explica por los continuos aportes de materia orgnica que traen el ro Tambo y los generados por los deslaves de taludes inestables en el sector cercano a los tanques de la EMAAP-Q.
Tabla 5 Especies arsenicales en fuentes de agua termal As(III) As(V) FUENTE DE
AGUA TERMAL g/L g/L FT 1 503 5617 FT 2 - - FT 3 - - FT 4 402 3153 FT 5 755 7097 FT 6 485 2667 FT 7 - -
Tabla 6 Arsnico en sedimentos de la cuenca baja del ro Tambo CDIGO MUESTRA
Digestin cida As
total, g/gk Digestin bsica As
total, g/kg As total en sedimentos
mg/kg P 1 20112 602 20,71 P 2 25815 872 26,69 P 3 - - - P 4 34349 275 34,62 P 5 - - - P 6 107237 0 107,24 P 7 121572 6755 128,33 P 8 102568 2144 104,71 P 9 70948 2247 73,2
El origen del Arsnico en las aguas y sedimentos de la laguna de Papallacta 143
4.3 Arsnico en la Laguna de Papallacta
En la laguna de Papallacta se tomaron muestras de agua de las vertientes y en diferentes puntos de la superficie y a distintas profundidades. Para la toma de muestras en la laguna se utiliz un bote con motor fuera de borda. En la Figura 4 se seala la localizacin y concentracin de arsnico de las vertientes, en total confluyen a la laguna dos vertientes con caudales de 3 a 5 L/s, cinco vertientes con aportes insignificantes y el ro Tambo. Las vertientes presentan concentraciones entre 2 y 13 g/L de arsnico. La Figura 5 indica los puntos recoleccin y concentraciones de arsnico en muestras de agua superficiales de la laguna. La Figura 6 en cambio seala un corte transversal de la laguna proveyendo datos de concentraciones a diferente profundidad de dos puntos en la laguna. En total se muestrearon 15 puntos en la superficie y 14 puntos en profundidad. En la Figura 4 se nota que la mayor contribucin de arsnico a la laguna de Papallacta proviene del ro Tambo (149 g/L) y que la distribucin superficial del arsnico en la laguna de Papallacta se encuentra en el rango de 220 a 359 g/L. Es importante destacar que datos de la distribucin en la laguna pertenecen a muestras tomadas el 22 de abril del 2006. Pero, los resultados del 20 de julio del 2006, arrojan valores menores y oscilan entre 86-177 g/L (no incluidos). Esta variacin se debe fundamentalmente a la dilucin que sufre el arsnico por el aumento de volumen de la laguna debido a las copiosas lluvias que han cado en la zona. La distribucin superficial en la margen noreste de la laguna no presenta valores muy diferentes al resto de puntos, existiendo por lo tanto una discrepancia con los datos obtenidos por Heredia y Bernal (2003), quienes afirman que en esa orilla existieron mayores contenidos de arsnico y consecuentemente puede haber la influencia de fuentes termales subterrneas provenientes de la montaa Baos ubicada sobre el borde noreste de la laguna. En profundidad, los datos presentan una distribucin casi homognea en la parte central de la laguna (289-351 g/L) como se observan en la Figura 6; mientras que en un punto alejado del centro existe una ligera disminucin en el punto de mayor profundidad (83 g/L). De nuevo estos datos confirman la ausencia de fuentes termales subterrneas en la laguna.
5
N 149
8
3
3
11 5
13
Figura 4 Arsnico en vertientes de la laguna de Papallacta y en desembocadura del ro Tambo
Concentraciones arsnico en g/L
Notar que el valor de 517 g As/L indicado en la Figura 6, es muy superior al resto de muestras tomadas en diferentes profundidades para la misma localizacin. La alta concentracin de arsnico en la muestra, es debido a que sta fue tomada en el fondo de la laguna y para su transporte al laboratorio fue acidificada. La acidificacin con seguridad disolvi los sedimentos contenidos en la muestra y una parte del arsnico fue liberado casi de inmediato. Con el
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propsito de corroborar esta afirmacin se tomaron muestras de sedimentos en las orillas de laguna de Papallacta y luego de un proceso de preparacin, una digestin secuencial y una filtracin posterior de los sobrenadantes, se midieron los contenidos de arsnico. En la Figura 7 se observa los datos del arsnico retenido en los sedimentos. Notar que las muestras tomadas en los bordes este y sureste de la laguna, contienen mayor contenido de arsnico (540 y 613 mg/kg) porque estos mrgenes se encuentran alejados de la desembocadura del ro Tambo y debido la potencial precipitacin de sedimentos ricos en arsnico.
341
310 332 N 332
265 298 359 306
341 311 220 317
340
280
Figura 5 Distribucin de arsnico en la superficie de la laguna de Papallacta
Concentraciones arsnico en g/L
313 306 332
307 375 316
Figura 6 Distribucin de arsnico a distintas profundidades en la laguna de Papallacta.
Los contenidos ms bajos de arsnico (60 y 72 mg/kg) en cambio son encontrados en
los sectores noroeste y suroeste de la laguna. La disminucin del contenido de arsnico en estas partes es debido a la continua remocin y redistribucin de sedimentos por las crecidas del ro Tambo y tambin por la lixiviacin que ejerce el agua sobre las fracciones minerales y orgnicas que retienen al arsnico. De la Torre et al. (2004) reportan contenidos de arsnico en sedimentos removidos de la laguna de 98,6 mg/kg, en sedimentos debajo de la remocin de 163,9 mg/kg y en suelos alejados de la laguna de 74,98 mg/kg. Estos valores estn dentro del rango encontrado en la presente investigacin; sin embargo, las mediciones de De la Torre y su equipo de investigadores fueron realizadas nicamente en la cabecera noroeste de la laguna. Adicionalmente, se conoce que los sedimentos de la laguna de Papallacta estn constituidos en su mineraloga principalmente por andesita y enstatita y en menor proporcin por sanidina, cuarzo y vermiculita, De la Torre et al. (2004). En cambio, Heredia y Bernal (2003)
332
325
309
517
- 8 328 321
83 373 - 16 365
342 - 24
351
- 32 Concentraciones arsnico en g/L
m
El origen del Arsnico en las aguas y sedimentos de la laguna de Papallacta 145
reportan que el contenido de materia orgnica en los sedimentos vara entre 2,67 y 13,43%, Varios de los minerales tienen como componentes xidos Al y Fe, que son los mayores ligantes de arsnico. Adems, las arcillas contenidas en los sedimentos de la laguna adsorben arsnico en menor cantidad por la estructura similar a xidos de sus bordes. La fraccin orgnica igualmente adsorbe arsnico, de manera que la retencin de arsnico en los sedimentos es un hecho inevitable. Existe suficiente evidencia en pruebas de laboratorio, que el arsnico es liberado de los sedimentos luego de inundaciones y cuando se desarrollan condiciones anaerobias por la disolucin de los xidos metlicos, Smedley y Kinniburg (2002). Sin embargo, en la laguna de Papallacta, la liberacin del arsnico de no mediar eventos naturales sera ms lenta y sujeta a cambios en pH y potencial redox.
Figura 7 Arsnico en sedimentos de las orillas de la laguna de Papallacta.
Concentraciones arsnico en mg/kg 60
N 190
72
540
198
613
5 CONCLUSIONES
El agua de la laguna de Papallacta se encuentra enriquecida de muchos elementos adems de arsnico. La concentracin de arsnico (311 g/L valor promedio) est asociada con una significativa concentracin de slidos disueltos totales, 436 mg/L, siendo el mayor componente los cloruros. El pH de la laguna es ligeramente mayor que el pH neutro (pH = 7,7) posiblemente debido a la concentracin de bicarbonatos. Las concentraciones de arsnico en las diferentes profundidades de la laguna no difieren significativamente debido a la mezcla continua provocada por el fuerte oleaje en direccin sureste-noroeste.
Los sedimentos en el borde de la laguna tambin acumulan arsnico, 60-613 mg/kg,
siendo menor la acumulacin en las riveras del oeste debido a la continua remocin y redistribucin de sedimentos por las crecientes del ro Tambo. En las orillas del este de la laguna los contenidos son mayores por encontrarse completamente alejadas de la influencia del ro y por la potencial precipitacin de sedimentos ricos en arsnico.
El agua del ro Tambo en aproximadamente 12,76km de recorrido contiene altas
concentraciones de arsnico, siendo mayores en la cuenca alta (233-698 g/L) debido al aporte de varias fuentes termales que tienen elevados contenidos de arsnico. En la zona cercana a la laguna de Papallacta su concentracin es un poco menor; no obstante, siguen siendo dos veces mayor que 50 g/L, mximo valor permisible en el Ecuador para agua de consumo humano. Algunos sembros utilizan agua contaminada con arsnico y hasta la presente fecha se desconoce la concentracin y especiacin de arsnico en plantas y alimentos.
Cumbal L, Aguirre V, Murgueitio E, Tipn I y Chvez C 146
Diversos contenidos de arsnico son observados en sedimentos de varios puntos de la cuenca baja del ro Tambo (20-128 mg/kg). Estos valores son menores que el promedio encontrado en los sedimentos del ro Loa, Chile (320 mg/kg), que atraviesa tambin un extenso campo geotermal. Los resultados de las extracciones secuenciales indican que el arsnico en los sedimentos de la cuenca baja del ro Tambo y de la laguna de Papallacta, se encuentra fuertemente asociado con la materia orgnica y las fracciones residuales (97% del total extrado) y solo el 3% de arsnico est ligado a los xidos de hierro y aluminio. Esto se explica por los continuos aportes de materia orgnica que transporta el ro Tambo y la cuenca de drenaje.
Las fuentes termales que llegan a la cuenca del ro Tambo son las portadoras de altas
concentraciones de arsnico (1090-7853 g/L). Los datos encontrados son similares a los contenidos de arsnico reportados por Aiuppa et al. para aguas subterrneas del campo geotrmico Phlegrean (1,6-6.900 g/L) y superiores a los del campo Ischia (2,6-3800 g/L). Los resultados adems confirman que el arsnico es reciclado en las aguas subterrneas que fluyen cerca del sistema geotermal activo del Antisana. Similares datos han sido encontrados en campos termales de Wairakei, Nueva Zelanda, El Tatio, Chile y Parque Nacional Lassen, California.
Las concentraciones de arsnico obtenidas en ro Sucus son ligeramente superiores al
valor de 6,3 g/L reportado por De la Torre et al. (2004) y pueden ser ocasionadas por la liberacin de arsnico de sedimentos y rocas en el curso del ro. 6 AGRADECIMIENTOS
Los autores agradecen el soporte financiero del Consejo Nacional de Educacin Superior (CONESUP) mediante la asignacin de la partida presupuestaria para el proyecto Desarrollo de una tecnologa para la recuperacin de las aguas de la laguna de Papallacta contaminada con arsnico y metales pesados usando materiales sorbentes emergentes. Igualmente, reconocen la colaboracin de los estudiantes de la carrera de Ing. Geogrfica y del Medio Ambiente: Srta. Ximena Echeverra, Srta. Fernanda Bez, Sr. Miguel Ziga y Sr. Franklin Chvez por la caracterizacin del ro Sucus. Un especial agradecimiento a la Brigada de Fuerzas Especiales Patria No. 9 por cedernos gratuitamente el bote para realizar el muestreo en la laguna de Papallacta. REFERENCIAS
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ABSTRACTRESUMEN1 INTRODUCCIN2 REA DE ESTUDIO Y CONDICIONES AMBIENTALES3 MUESTREO Y PROCEDIMIENTOS ANALTICOS3.1 Muestreo3.2 Determinacn de las especies...3.3 Extraccin secuencial y ...4 RESULTADOS Y DISCUSIN4.1 Arsnico en el Ro Sucus4.2 Arsnico en el Ro Tambo4.3 Arsnico en la Laguna de Papallacta5 CONCLUSIONES6 AGRADECIMIENTOSREFERENCIAS
