DISTRIBUCIÓN Y ACUMULACIÓN DE PLOMO (Pb y 210Pb) EN

Transcripción

y acumulación
de plomo en sedimentos de los fiordos de la XI región
Cienc. Tecnol. Mar,Distribución
26 (2): 61-71,
2003
61
DISTRIBUCIÓN Y ACUMULACIÓN DE PLOMO (Pb y 210Pb) EN SEDIMENTOS
DE LOS FIORDOS DE LA XI REGIÓN. CHILE
LEAD (Pb AND 210Pb) DISTRIBUTION AND ACCUMULATION IN SEDIMENTS
OF XI REGION FIORDS. CHILE.
MARCO A. SALAMANCA
BIBIANA JARA
Universidad de Concepción
Departamento de Oceanografía
Facultad de Ciencias Naturales y Oceanográficas,
Casilla 2407-10, Concepción Chile.
E-mail: [email protected]
RESUMEN
El plomo forma parte de un grupo de elementos cuya abundancia tiene un origen natural y
antropogénico. En los sedimentos marinos queda registrada la historia de los procesos que aportan
estos elementos. La zona de fiordos y canales, al sur de la isla de Chiloé, presenta menor impacto
antropogénico, permitiendo estudiar los procesos naturales que determinan la distribución de metales
en sedimentos. Utilizando 210Pb, en este estudio se establece la sedimentación, geocronología y distribución de Pb, para incrementar el conocimiento del ciclo biogeoquímico de estos metales y establecer
el carácter contaminante o no de ellos. Sedimentos de cinco estaciones del área de estudio fueron
obtenidos con un saca testigos de gravedad en octubre de 1995, en la campaña del Proyecto Cimar
Fiordos 1, a bordo del buque de investigación “Vidal Gormaz”. El 210Pb se cuantificó por espectroscopía
alfa en el Laboratorio de Radioactividad Marina de la Universidad de Concepción. El contenido de plomo
se determinó por ICP- Espectroscopía de Emisión en el Departamento de Geología de la Universidad de
Chile. Los resultados permiten concluir que las concentraciones de Pb, en general, son comparables a
las de la cor teza terrestre, indicando ausencia de apor tes antropogénicos en el área de estudio, no
obstante en puer to Chacabuco se aprecia un apor te de Pb por sobre los niveles naturales, lo que de
acuerdo a la geocronología de los sedimentos, estaría ocurriendo desde el año 1960. Los sedimentos
donde el Pb es detectable tienen, según geocronología, entre 120 años (puerto Chacabuco) y 73 años
(seno Aysén).
Palabras claves: Plomo, radioisótopos, geocronología, sedimentos marinos, fiordos de Chile.
ABSTRACT
Lead belongs to a group of elements whose abundance have both natural and anthropogenic origin.
On the other hand, it is known that marine sediments records the history of processes that supply these
elements. The fiords and channel area, south of Chiloé Island, have lower anthropogenic impact, allowing to
study the natural processes that determine the distribution of metals in sediments. In this study, was used
210
Pb to estimate the sedimentation rate, geochronology and Pb distribution to increase our knowledge of the
biogeochemical cycles of these metals, to establish its actual pollutant behavior. Sediments from five stations
of the study area were obtaining using a gravity corer in October 1995, during the Cimar Fiords I cruise, on
board “Vidal Gormaz” research vessel. 210Pb was measured by alpha spectroscopy at the Marine
Radiochemistry Laboratory in the University of Concpecion. The Pb content was measured by ICP-Emission
Spectroscopy at the Geology Department, University of Chile. The results obtained allows to conclude that,
62
Revista Ciencia y Tecnología del Mar, Vol. 26 (2) - 2003
in general, Pb concentrations are comparable to terrestrial crust values, suggesting no anthropogenic sources
in the study area, however, in Puerto Chacabuco it is noticeable an enrichment of Pb over natural levels,
which according to 210Pb sediment geochronology, would be happening since 1960. The sediments where Pb
is detectable have ages between 120 years (Puerto Chacabuco) and 73 years (Seno Aysen).
Key words: Lead, radionuclide, geochronology, marine sediments, fjords of Chile.
INTRODUCCIÓN
Los sedimentos marinos son considerados
como el reser vorio último de una gran cantidad
de sustancias y elementos eliminados en cuerpos de aguas costeros, particularmente sustancias contaminantes como compuestos clorados y
metales pesados. Sin embargo, los sedimentos
no son un ambiente pasivo, ya que en él ocurren
cambios físicos y químicos, que se traduce en
que muchos de los elementos que llegan son
reciclados y/o transformados, pudiendo alguno
de ellos volver a la columna de agua (Suess, 1980;
Olsen et al., 1982). Entre las sustancias que
ingresan a los cuerpos de agua costeros, los
metales pesados constituyen un grupo de elementos cuya abundancia en el ambiente marino ha
sido muy estudiada, debido a su toxicidad y porque ellos se caracterizan por tener un origen natural y antropogénico (Chester & Murphy, 1990;
Giordano et al., 1992; French, 1993).
Si las condiciones geoquímicas de los sedimentos tienden a la formación de compuestos
insolubles, estos reflejarán los flujos de entrada
de los metales que están siendo aportados por
diferentes vias y fuentes, ya sean de origen
antropogénico o natural. Esto permite que quede registrada en los sedimentos la historia de
los procesos que apor tan estas sustancias
(Goldberg et al., 1977; Benninger et al., 1981).
Sin embargo, procesos como la resuspensión o
mezcla biogénica de los sedimentos pueden alterar los registros naturales, removilizando las
sustancias que están presentes en él (Aller et
al., 1980; Matisoff, 1982), perdiendo la información retenida por los sedimentos de un área
en particular.
Para evaluar los cambios en los aportes de
metales, que ocurren en el tiempo en una zona
de depositación dada, se puede utilizar un
trazador que se asocie con las partículas que
están sedimentando, y dependiendo de la escala de tiempo en que esto ocurra, se puede utilizar trazadores radioactivos naturales de la serie
de los actinidos, que proporcionan diferentes
radioisótopos con distintas vidas medias y
compor taminento geoquímico lo que permite
estimar los flujos a los sedimentos.
En una escala de 100 ~ 150 años, el
radioisótopo más utilizado es el 210Pb de la serie
del 238U, que tiene una vida media de 22,3 años y
cuya principal fuente es el aporte atmosférico por
decaimiento de su precursor, el gas inerte 222Rn.
(Turekian et al., 1977, Benninger 1978;
Salamanca 1993). El 222Rn en la atmosfera decae a 210Pb el cual es altamente reactivo y rápidamente se asocia a par tículas, volviendo a la
superficie con las precipitaciones. Esto lo hace
muy útil para estudiar los flujos de entrada y los
procesos que determinan la distribución de los
elementos partícula reactivos en los sedimentos,
como los metales pesados, permitiendo además
la estimación de las tasas de sedimentación y el
cálculo de la edad de estratos específicos en la
columna de sedimento, en un rango de tiempo
equivalente a 5 ~ 7 veces su vida media, es decir
los últimos 120 años, período que cubre el desarrollo industrial de muchas áreas urbanas.
La zona de fiordos y canales situada al sur de
la isla Grande de Chiloé corresponde a una zona
muy poco habitada y, por lo tanto, con un efecto
antropogénico prácticamente nulo, lo que representa una oportunidad valiosa para estudiar los
procesos naturales que determinan la distribución
de elementos partícula-reactivos en los sedimentos, especialmente la acción de glaciales y procesos post-depositacionales como resuspensión y
remoción de elementos desde la columna de agua
e incorporación al sedimento. En este estudio se
utiliza el 210Pb como trazador de los procesos de
sedimentación de material particulado (orgánico e
inorgánico) para establecer la geocronología. Paralelamente se estudia, en estos sedimentos, la
distribución de Pb por la gran utilidad que resulta
el combinar técnicas radiométricas con estudios
clásicos de abundancia y distribución de contaminantes (en este caso metales pesados) para obtener mayor información en los ciclos biogeoquímicos
de estos últimos, lo que permite establecer el real
carácter o no de contaminante de un metal pesado y su impacto en un área en particular.
MATERIALES Y MÉTODOS
El área de estudio se ubica al sur del paralelo
45 y hasta la Laguna San Rafael. En esta zona se
Distribución y acumulación de plomo en sedimentos de los fiordos de la XI región
Fig. 1: Mapa de área de estudio, mostrando las localidades de muestreo.
Fig. 1: Map of the study area, showing the sampling
locations.
analizaron cinco testigos de sedimentos provenientes de puer to Chacabuco (Est. 82), seno
Aysén (Est. 79), estero Quitralco (Est. 58), estero
Cupquelán (Est. 56) y Laguna San Rafael (LSR)
(Fig. 1). Los testigos fueron recolectados con un
saca testigos de gravedad (“gravity core”) en octubre de 1995, durante la campaña del Proyecto
Cimar Fiordos 1, coordinada por el Comité Oceanográfico Nacional de Chile (CONA), a bordo de buque de investigación “Vidal Gormaz”.
Los sedimentos de los testigos fueron cortados en secciones de 2 y 3 cm de espesor. En cada
63
una de ellas se determinó la densidad aparente (ρ),
contenido de materia orgánica total (MOT), humedad (%) y 210Pb. Para ello, las secciones fueron secadas a 60 oC hasta peso constante. La humedad
fue estimada de la diferencia de peso entre el sedimento húmedo y seco. La ρ se estimó de las dimensiones de cada sección y el peso del material
seco. Para calcular la MOT, aproximadamente 5 g
de sedimento seco se calcinaron en una mufla a
550 oC hasta peso constante. Entre 12 a 13 secciones por testigo, representativas de toda la columna de sedimento, se utilizaron para la determinación de 210Pb por espectroscopía alfa de su hija
210
Po (Flynn, 1966), en el Laboratorio de Radioactividad Marina del Departamento de Oceanografía
de la Universidad de Concepción. En seis secciones de cada uno de estos testigos, cubriendo toda
la longitud de la columna de sedimentos, se determinó el contenido de plomo por ICP- Espectroscopía
de Emisión en la Facultad de Ciencias de la Universidad de Chile, Departamento de Geología. El error
de los análisis radiométricos es inferior al 3%. Para
el caso del plomo el error analítico, combinando
precisión y exactitud, alcanza al 18%. La actividad
de 210Pb se expresa como dpm g-1 y la concentración de Pb en ppm. El exceso de 210Pb se determinó desde el perfil de 210Pb, considerando aquella
parte del perfil donde la actividad no cambia con la
profundidad, lo que representa al 210Pb proveniente
de su padre 226Ra, retenido en la estructura cristalina de los granos de sedimentos.
RESULTADOS
Características físicas del sedimento
En general, los sedimentos de todos los testigos recolectados presentan marcadas diferencias
en sus propiedades de masa entre los diferentes
lugares muestreados y en la columna de sedimento. En la Tabla I se presenta el rango de los
parámetros medidos en cada testigo. El contenido de agua en tres de las localidades presentan
variaciones verticales superiores al 15% respecto al máximo valor encontrado (LSR, Est. 56 y
Est. 82). En el estero Quitralco (Est. 58) y seno
Tabla I. Rango de propiedades de masa de los sedimentos de las localidades estudiadas.
Table I. Mass properties range in the studied locations sediments.
LOCALIDADES
Estación Densidad Aparente (g*cm-3)
Materia Orgánica Total (%)
Máximo Mínimo Promedio Máximo Mínimo Promedio
Contenido de Agua (%)
Máximo Mínimo Promedio
Laguna San Rafael
LSR
1,49
1,10
1,32
2,6
2,2
2,4
32,9
28,0
30,8
Estero Cupquelán
56
1,08
0,19
0,86
5,0
3,6
4,4
89,7
40,1
47,1
Estero Quitralco
58
0,53
0,30
0,35
14,8
13,5
14,0
74,0
72,2
72,9
Seno Aysén
79
1,32
0,47
0,51
11,3
8,7
9,3
62,3
57,9
59,8
Puerto Chacabuco
82
0,63
0,40
0,56
12,7
9,3
10,7
68,9
49,6
60,2
64
Aysén (Est. 79) las variaciones verticales del contenido de agua en cada testigo son menores alcanzado al 3 y 7%, respectivamente. Entre las
localidades también existen claras diferencias,
donde el testigo de la Laguna San Rafael presenta, en promedio, el menor contenido de agua
(30,8%) y el mayor corresponde al Estero Quitralco
(72,9%). Por otra parte, el contenido de materia
orgánica total (MOT), al igual que el contenido de
agua muestra, en tres de las cinco localidades
estudiadas, variaciones verticales en cada testigo superiores al 23% (Est. 56, Est. 79 y Est. 82).
En los dos testigo restantes las variaciones son
del orden del 16%. El menor contenido promedio
de MOT se presentó en LSR alcanzando a un 2,4%
y el mayor en la Est. 58 con un 14% (estero
Quitralco). Finalmente el contenido de material
sólido por unidad de volumen, expresado como la
densidad aparente (ρ), muestra un patrón concordante con el contenido de agua de los sedimentos. Así, la Est. 56 (estero Cupquelán) presenta una mayor variación vertical con un 82%
seguido por la Est. 79 (seno Aysén) con un 64,4%
y la Est. 58 (estero Quitralco) con un 43% de variación. Los sedimentos de la LSR y puer to
Chacabuco (Est. 82) presentan los menores rangos de variación vertical de la densidad aparente
(~ 26,2 y 36,5%, respectivamente). En promedio,
es el estero Quitralco quién presenta el menor
valor de densidad aparente, con 0,35 g cm-3 y el
mayor se da en LSR con 1,32 g cm-3. El seno
Aysén y puerto Chacabuco presentan valores promedios practicamente iguales (0,51 y 0,56 g cm-3,
respectivamente).
Radioisótopos
Aunque la distribución vertical de 210Pb muestra una disminución exponencial con la profundidad, de acuerdo a su condición de elemento
radioactivo, se pueden apreciar dos patrones de
distribución vertical en los testigos estudiados.
Un grupo formado por los sedimentos de laguna
San Rafael (LSR), estero Cupquelán (Est. 56) y
estero Quitralco (Est. 58), los que muestran mezcla super ficial para luego disminuir con la profundidad. En estos testigos hay un horizonte que presenta un nivel de actividad subsuper ficial alto,
aproximadamente a los 30 cm. El otro grupo lo
constituyen los testigos de Aysén y Chacabuco
donde se nota una disminución superficial para
luego aumentar hacia los 5 cm desde donde el
210
Pb disminuye exponencialmente (Fig. 2). En la
Tabla II se presentan los rangos y promedios del
contenido de 210Pb en los sedimentos analizados.
En ella se puede apreciar que la actividad específica de este radioisótopo natural presenta el mayor rango, con actividades específicas que variaron entre 6,01 y 2,59 dpm g-1. Las menores actividades se presentaron en el estero Cupquelán
Fig. 2: Distribución vertical de 210Pb en los sedimentos de las localidades estudiadas.
Fig. 2: Vertical distribution of 210Pb in the sediments of studied locations.
65
Fig. 3: Distribución vertical de Pb en los sedimentos de las localidades estudiadas.
Fig. 3: Vertical distribution of Pb in the sediments of studied locations.
con 3,28 dpm g-1 como actividad máxima y 1,54
dpm g-1 como actividad mínima. No obstante el
seno Aysén presentó el valor mínimo absoluto de
actividad específica con 1,09 dpm g-1.
Plomo (Pb)
El Pb en los sedimentos estudiados muestra,
en general, una tendencia a la homogeneidad en
su distribución ver tical, excepto en puer to
Chacabuco, donde se aprecia claramente un aumento de la concentración en los primeros 20 cm
de la columna de sedimentos, para luego disminuir con la profundidad (Fig. 3). En la Tabla II se
entrega la estadística básica de la distribución
ver tical de plomo, donde se muestra que, en general, las menores concentraciones se encuentran en la LSR y las mayores en puerto Chacabuco,
con un rango de concentraciones de 11 a 6 ppm
y 43 a 22 ppm, respectivamente. En tres de las
cinco localidades estudiadas (LSR, Est. 56 y Est.
82) la distribución vertical de Pb varía entre un
50 y un 45%, en las otras dos localidades (Est.
58 y Est. 79) es del 15%.
DISCUSIÓN
Propiedades físicas de sedimentos
El análisis de la propiedades de masa de los
sedimentos de los diferentes testigos estudiados
muestra diferencias significativas entre las distintas localidades, las que reflejan las diferencias
entre los procesos de sedimentación que ocurren
en cada zona. Esto tiene relación con las fuentes
de los sedimentos que están llegando a las cuen-
Tabla II. Rango de actividad de 210Pb y concentración de Pb en los sedimentos de las localidades estudiadas.
Table II. 210Pb activity and Pb concentration range in sediments of studied locations.
LOCALIDADES
Estación
210
Pb (dpm*g-1)
Pb (mg*g-1)
Máximo Mínimo Promedio Máximo Mínimo Promedio
Laguna San Rafael
LSR
3,50
2,22
2,87
11
6
7
Estero Cupquelán
56
3,28
1,54
2,22
Estero Quitralco
58
6,01
2,59
4,49
12
6
10
13
11
12
Seno Aysén
79
3,91
1,09
Puerto Chacabuco
82
4,39
1,50
2,14
19
16
18
2,42
43
22
32
66
Tabla III. Promedios de propiedades de masa de los sedimentos en las localidades estudiados.
Table III. Averange values of mass properties of sediments in the studied locations.
Estación
ρ(promedio)
(g*cm-3)
MIT
(%)
MOT
(%)
I
(g*cm-2)
Laguna San Rafael
Estero Cupquelán
LSR
56
1,32
0,86
97,6
95,6
2,4
4,4
3,3
2,1
Estero Quitralco
Seno Aysén
58
79
0,35
0,51
86,0
90,7
14,0
9,3
0,9
1,3
Puerto Chacabuco
82
0,56
89,3
10,7
1,3
LOCALIDADES
ρ : Densidad Aparente; MIT: Materia Inorgánica Total; MOT: Materia Orgánica Total; I: Inventario.
ρ : Bulk density; MIT: Total Inorganic Matter; MOT: Total Organic Matter; I: Inventaries.
cas. En la Tabla III se presentan los promedios
de la propiedades de masa evaluados, donde
se aprecia claramente que el material inorgánico constituye sobre el 85% del material que se
está acumulando, en cambio el material orgánico es inferior al 14%, representando en promedio el 5%, con un rango entre un 2,4 y un
14%. Si se gráfica la masa acumulada versus
la profundidad (Fig. 4), se puede apreciar las
diferencias en las pendientes (S) entre las localidades y entre el MIT y la MOT. Toda esta
información sugiere, por una par te, que la fracción inorgánica y orgánica tienen fuentes diferentes, y por otra, que se están acumulando
independientemente. La linealidad de la acumulación del material que está sedimentando sugiere que los flujos se han mantenido constantes a través del proceso de sedimentación.
Las diferencias entre los promedios de la densidad aparente en las localidades estudiadas, que se
puede apreciar de las pendientes de la acumulación de masa versus la profundidad en la Fig. 4, son
un claro reflejo de los distintos aportes de material
sólido que llega a las cuencas de depositación, lo
que determina una marcada separación entre las
estaciones ubicadas al sur del área de estudio, i.e.,
LSR y Est. 56, quienes presentan los mayores
contenidos de material inorgánico (1,32 y 0,86 g
cm-3), respecto a las Estaciones 58, 79 y 82 con
valores promedio de ( entre 0,4 y 0,5 g cm-3. Esto
explica los menores inventarios de material presente en estas estaciones. Esto implica además
que los sedimentos de los testigos de LSR y Est.
56 tiene un tamaño de grano mayor que los del
lado norte, y por lo tanto tienen menor capacidad
de retención de agua. No así en los de las otras
Seno Aysén
Fig. 4: Acumulación de masa en los sedimentos de las localidades estudiadas.
Fig. 4: Mass acumulation in the sediments of studied locations.
tres estaciones que tienen sedimentos más finos (Tabla III).
Cuando se grafica la acumulación de material
con respecto a la profundidad (Fig. 4) separando
la fracción orgánica e inorgánicas, se puede observar claramente que el material que se está acumulando es escencialmente inorgánico, lo cual es
consistente con sistemas glaciales, siendo más
notorio en los sedimentos de la LSR y estero
Cupquelán. Hacia el norte los aportes de material
orgánico aumentan. Las pendientes de ambas curvas (orgánico v/s inorgánico) son diferentes, indicando que ambas fracciones están acumulando a
diferentes tasas y por mecanismos diferentes, probablemente como resultado de procesos de erosión locales. En general, la acumulación en la zona
de estudio han permanecido constantes, excepto
en Cupquelán donde se nota un aumento de la
sedimentación a partir de los 5 cm (cambio en la
pendiente).
Distribución de
210
Pb
En general todos los testigos analizados mostraron una disminución de la actividad con la profundi-
67
dad hasta un nivel que varió entre los 20 y 30 cm,
según la localidad (Fig. 2). Desde esta zona y hacia
abajo la actividad se mantuvo constante dentro del
error de la medición. Esto permitió calcular el exceso
de 210Pb por sobre el mantenido por su padre 226Ra
para cada testigo. Este patrón general fue variable ya
que por ejemplo en los sedimentos de LSR, estero
Cupquelán y estero Quitralco, hay una disminución
irregular con la profundidad, lo cual puede ser producto de procesos post depositacionales, principalmente resuspensión y/o eventos de depositación rápida junto con decaimiento radioactivo. En cambio
en el seno Aysén (Est. 79) y en puerto Chacabuco se
aprecia una disminución exponencial del 210Pb más
regular con la profundidad hasta los 20 cm aproximadamente, para luego hacerse uniforme, lo cual
indica un predominio de los procesos de acumulación y decaimiento radioactivo, sin un efecto importante de removilización física o química postdepositacional, lo que permite que los sedimentos de estas dos estaciones pueden ser utilizados para estimar la geocronología de ellos, particularmente los
de puerto Chacabuco.
Cuando se compara el exceso de actividad
específica de 210Pb presente en los sedimentos
Tabla IV. Comparación de inventarios, flujos de 210Pbxs y tasas de acumulación en el área de estudio con otras
zonas del hemisferio sur
Table IV. Comparison of 210Pbxs inventaries and fluxes, and accumulation rates between the study area and other
southern hemisphere zones
ZONA
Inventario
Flujo
(dpm*cm-2)
(dpm*cm-2 *año-1)
Interior(1)
9,7
0,3
Entrada(1)
20,5
0,6
Plataforma(1)
86,6
Talud(1)231,4
Sed. / Atm.(4)
Sedimentación
Profundidad
(cm*año-1)
(m)
0,8
0,12
15
1,5
0,13
45
2,7
6,8
0,20
200
7,2
18,0
0,13
2000
Laguna San Rafael(2)
32,4
1,0
2,5
0,25
90
Estero Cupquelán(2)
12,9
0,4
1,0
0,14
175
Estero Quitralco(2)
96,6
3,0
7,5
0,47
275
Seno Aysén(2)
9,5
0,3
0,8
0,19
220
Puer to Chacabuco(2)
23,0
0,7
1,8
0,19
86
500-2000
TEMPLADA
Bahía Concepción
SUBANTÁRTICA
ANTÁRTICA
Estrecho Bransfield(3)
247
7,7
19,3
0,27
Estrecho De Gerlache(3)
216
6,7
16,8
0,15
300-800
70
2,2
5,5
0,51
200-1300
Bahía Margarita(3)
(1) Salamanca (1993)
(2) Presente Trabajo
(2) This work
(3) Harden et al. (1992)
(4) Salamanca (1988)
68
superficiales entre las diferentes localidades, que
esencialmente están reflejando los aportes recientes de este isótopo (Harden et al., 1992), implicando con ello la determinación de la actividad,
muestran una alta correlación con la profundidad
de cada área, excepto en el caso de puer to
Chacabuco. Esta relación se puede interpretar, en
sentido vertical, como que los procesos están dominados por un eficiente mecanismo de remoción
de 210Pb asociado a las partículas que están sedimentando desde la columna de agua hacia los sedimentos superficiales, generando el exceso de
210
Pb por sobre el mantenido por el padre.
Una explicación alternativa puede estar dada
por los efectos de mecanismos de resuspensión y
aporte de material fino debido de la erosión lateral
de los glaciales, los que aumentarían la remoción
de este radionúclido desde la columna de agua,
de tal forma que una partícula pasaría varios ciclos de depositación-resuspensión antes que se
deposite definitivamente en los sedimentos, generando este exceso superficial. En el caso de puerto Chacabuco, los sedimentos tienen un alto contenido de 210Pb en superficie y menor en profundidad. Esto se puede deber a aportes locales y a los
altos contenidos de MOT que están indicando la
presencia de mayor cantidad de material fino con
respecto a los otros lugares, lo que aumentaría la
remoción de 210Pb desde la columna de agua.
Inventarios de exceso de 210Pb
Los inventarios de exceso de 210Pb (definido
como el 210Pb por sobre el mantenido por el 226Ra)
varían entre 9,5 dpm cm-2 en el seno Aysén y 96,6
dpm cm-2 en el estero Quitralco, los que son sustentados por un flujo entre 0,3 y 3,0 dpm cm-2
año-1 (Tabla IV). Estos inventarios son comparables a los encontrados en zonas templadas como
Bahía Concepción y son inferiores a los de la zona
antártica. En general el aporte atmosférico de
210
Pb en el costado este del Océano Pacífico es
bajo (0,2 dpm cm-2, Turekian et al., 1977) alcanzando a 0,4 dpm cm-2 año-1 para la región de Concepción (Salamanca, 1993). Esto se debe a que
no hay fuentes de 222Rn que podrían aportarlo,
por lo tanto los inventarios encontrados en los
sedimentos estudiados serán función de la producción radiogénica, aportes atmosféricos y transporte advectivo desde otras áreas.
El aporte a partir de la producción de su precursor 226Ra en el agua es bajo debido a la poca
profundidad de las áreas de estudio. Si consideramos que el valor de 226Ra en el agua frente a
Concepción es de 0,1 dpm L-1 (Salamanca, 1996)
y para la península Antártica es de 0,2 dpm L-1
(Harden et al., 1992), un valor estimado para la
zona de estudio puede ser de 0,15 dpm L-1, lo
cual generaría un inventario máximo de 4,13 dpm
cm-2 (estero Quitralco) que representa el mayor
inventario, este debería generar un flujo máximo
a los sedimentos de 0,12 dpm cm-2 año-1, lo que
representa apenas un 4% del flujo total máximo
en este estero. Por lo tanto, este flujo sumado al
0,4 dpm cm-2 año-1 proporcionado por la atmósfera, representaría un 17% del flujo total en el
estero Quitralco. La diferencia debe provenir del
aporte advectivo lateral. Una aplicación de estos
valores es la estimación de la cantidad necesaria
de agua que debe ser advectada anualmente para
sustentar los inventarios medidos, i.e.,
I = Aatm + P(in situ) + Adv,
donde, I es el inventario; Aatm es el aporte atmosférico; P (in situ) es la producción in situ y Adv es la
advección.
Esta estimación se puede realizar en la laguna San Rafael, ya que su volumen y área aproximada se pueden estimar a partir de la información de Manley et al. (1996). Así el área aproximada de la laguna San Rafael alcanza a 176 km 2
y asumiendo una profundidad media de 100 m el
volumen aproximado es de 17,6 km3. Si el inventario medido alcanza a 32,4 dpm cm-2 (Tabla IV)
el cual es sustentado por un flujo de 1 dpm cm-2
año-1 y el apor te atmosférico y la producción
radiogénica aportan en conjunto el 45% de ese
flujo, entonces es necesario un flujo de agua de
6,5 x 1012 L año-1 para sustentar el flujo medido.
Con esta información se puede estimar un tiempo de residencia para el agua en la laguna San
Rafael de aproximadamente 2,7 años.
Este valor es comparable con el tiempo de residencia que se puede obtener de la descarga de agua
desde el glacial, equivalente a 19 x 107 m3 día-1
(Reed, 1988), lo que dá un tiempo de residencia de
3 meses. Este valor representa el límite superior,
ya que es un máximo de descarga y establece un
orden de magnitud del tiempo de residencia.
Geocronología de los Sedimentos del Área de
Estudio
El flujo de 210Pb desde la atmósfera y columna
de agua hacia los sedimentos y su posterior enterramiento y decaimiento radioactivo puede ser usado para estimar la edad de los estratos (i.e., relaciones edad-profundidad), bajo condiciones adecuadas, lo que a su vez permite calcular las tasas de acumulación una vez establecida la
geocronología de los sedimentos.
69
Tabla V. Geocronología de los sedimentos basados en distribución de 210Pb en el área de estudio.
Table V. Sediment geochrnology based on 210Pb distribution in the study area.
La edad de las diferentes secciones de los
testigos fue establecida utilizando el método de
flujo constante (Appleby & Oldfield 1972; Robbins,
1978; McCaffrey & Thomson 1980). De acuerdo
a este modelo, la edad a cualquier profundidad
bajo super ficie, se puede calcular a partir de:
exceso de 210Pb en seno Aysén. La acumulación es
más estable en el puerto Chacabuco, no notándose
cambios marcados en la acumulación, excepto la producida por la compactación. La edad calculada de
los sedimentos varía entre 83 y 106 años en los
esteros Cupquelán y Quitralco, respectivamente, y
102 años en LSR.
tx = - t210 ln Qx/Qo
Distribución de Plomo
donde: t210 es la vida media radioactiva del 210Pb
(32,1 años); Qo inventario de exceso acumulado y
Qx es el exceso de Pb bajo la profudidad x.
En la Tabla V se presenta la geocronología para
los diferentes testigos, entregando las tasas de sedimentación y las tasas de acumulación de material.
Para las estaciones ubicadas en la zona norte del
área de estudio, la edad de los sedimentos varia
entre 73 a 120 años para seno Aysén y puerto
Chacabuco, respectivamente, mostrando ambos
tasas de sedimentación equivalentes para el período
estudiado (∼0,19 cm año-1). La diferencia de edad
se debe a la menor profundidad en que se detecta el
El Pb es un metal que reconocidamente tiene
un aporte antropogénico, cuya magnitud ha alcanzado niveles globales, siendo su principal fuente
la atmósfera (Erel et al., 1982; Flegal et al., 1987).
La distribución de Pb en los sedimentos de la zona
estudiada, en general muestra una tendencia a
la homogenización con la profundidad (Fig. 3) con
valores que varían entre 11 y 15 ppm.
Estos valores pueden ser considerados naturales, ya que son comparables a los de la corteza
terrestre. Cuando se normaliza al contenido de
aluminio (Tabla VI) se aprecia claramente que exis-
Tabla VI. Concentraciones promedio de Pb y Al en los sedimentos de las localidades estudiadas.
Table VI. Averange Pb and Al concentrations in the studied locations sediments.
LOCALIDAD
Estación
Pb
Al x 104
Pb/Al(1)
(Pb/Al)m /(Pb/Al)c
Laguna San Rafael
LSR
(ppm)
7,0 + 2,0
(ppm)
8,3 + 0,1
(x10-4)
0,84 + 0,24
0,60 + 0,2
Estero Cupquelán
Estero Quitralco
56
58
10 + 2,1
11,8 + 0,4
8,3 + 0,1
6,2 + 0,2
1,24 + 0,25
1,9 + 0,10
0,83 + 0,2
1,27 + 0,1
Seno Aysén
Puerto Chacabuco
79
82
17,7 + 1,5
31,5 + 9,9
7,4 + 0,3
7,5 + 0,1
2,4 + 0,23
4,2 + 1,3
1,6 + 0,2(2)
2,8 + 0,9(2)
(1): Razón Pb/Al en la corteza terrestre es de 1.49x10-4 (Manaham, 1994).
(2): Indica valores anómalos con respecto a los encontrados en la corteza.
(1): Terrestrial crust Pb/Al ratio is 1.49x10-4 (Manaham, 1994).
(2): Shows anomalous values relative to those found in the crust.
70
Seno Aysén
Fig. 5: Distribución vertical de Pb respecto al tiempo en los sedimentos de las localidades estudiadas.
Fig. 5: Vertical distribution of Pb as a function of time in the sediments of studied locations.
te un aumento de esta razón en dirección norte,
con valores superiores a los de la corteza en seno
Aysén y puerto Chacabuco. Así la razón Pb/Al en
las muestras y Pb/Al en la corteza, indica claramente que en Aysén el contenido de Pb es de
alrededor de un 60% superior al natural y en puerto Chacabuco es alrededor de un 180%. Esto puede indicar que en esta zona existe, probablemente, una fuente adicional de Pb no natural. El comienzo del aporte sobre los niveles naturales (considerando el error de las medidas) sería notorio
a partir de los 12 cm de profundidad, que según
la geocronología de estos sedimentos corresponde al año 1960 (Fig. 5).
CONCLUSIONES
1. La distribución vertical de 210Pb en los sedimentos del área de estudio, está dominada por
procesos de acumulación y decaimiento
radioactivo y posterior modificación por procesos
post depositacionales como resuspensión y
encajonamiento de sedimento.
2. Los inventarios de exceso de 210Pb se pueden
explicar por aportes atmosféricos, producción
radiogénica y aportes advectivos, siendo este último comparables o superior a las dos primeras
combinadas.
3. El flujo de agua necesario para sustentar
los inventarios presentes en los sedimentos en
laguna San Rafael es de 6,5 x 1012 L año-1. Con
esta información se estimó un tiempo de residencia de las aguas de la laguna de 2,7 años,
el cual es comparable a los 3 meses que se
obtienen, utilizando la descarga de agua des-
de el glacial, que representa un límite superior, implicando que el tiempo de residencia
puede ser mayor.
4. La geocronología de los sedimentos muestra
que, dependiendo del área, los sedimentos se
acumulan de acuerdo a una tasa relativamente
constante, que disminuye con la profundidad de
acuerdo a la compactación.
5. Los sedimentos más antiguos en el rango de
aplicación del 210Pb tienen 120 años y corresponden a los de puerto Chacabuco y los menores
poseen 73 años (seno Aysén).
6. La fracción inorgánica se acumula a una tasa
mayor que la orgánica, lo cual es producido por
efecto de los mecanismos de erosión glacial que
caraterizan la zona.
7. Las concentraciones de Pb en general son
comparables con los de la cor teza terrestre, indicando ausencia de apor tes antropogénicos en
esta área, no obstante, en puer to Chacabuco se
aprecia un aporte por sobre los niveles naturales, casi dos veces el nivel natural, lo que de
acuerdo a la geocronología de los sedimentos,
estaría ocurriendo aproximadamente desde el
año 1960.
REFERENCIAS
• Aller, R., L. Benninger, & K. Cochran. 1980.
Tracking par ticle-associated processes in
nearshore environments by using 234Th/ 238U
disequilibrium. Ear th Planet. Sci. Lett. 47:
161-175.
• Appleby, P. & F. Oldfield. 1992. Application of
Lead-210 to sedimentation studies. In:
Uranium-series disequilibrium. Applications to
earth, marine and environmental sciences 2th
Edition. (M. Ivanovich and R. Harmon eds.)
Oxford Science Publications. 910 pp.
• Benninger, L. 1978. 210Pb balance in Long
Island Sound. Geochim. Cosmochim. Acta
42:1165-1174.
• Benninger, L. & S. Krishnaswami. 1981.
Sedimentar y processes in the inner New
York Bight: Evidence from excess 210Pb and
239,240
Pu. Ear th Planet. Sci. Lett. 53: 158174.
• Chester, R. & K. Murphy. 1990 Metals in the
Marine Atmosphere. In Heavy Metals in the
Marine Environment. (Furness, R. & P. Rainbow
eds) CRC Press. Inc New York. 27- 49.
• Erel, Y., J. Morgan & C. Patterson. 1991.
Natural levels of lead and cadmium in remote
mountain stream. Geochim. Cosmochim. Acta.
55: 707-719.
• Flegal, A. R., K. Rossman & M. Stefelson.
1987. Isotope systematic of contaminant Lead
in Monterrey Bay. Environ. Sci. and Tech 21:
1075-1079.
71
for high-latitude continental shelf deposits: a
radiochemical approach. Marine Geology 103:
69-97.
• Manly, R., S. P. Blundell, F. W. Fifield & P. J.
McCabe. 1996. Trace metal concentrations
in Mytilus edulis L. From the Laguna San
Rafael, Southern Chile. Mar. Poll. Bull. 32(5):
444-448.
• Mattisof, G. 1982. Mathematical models of
biotubation. In : Animal-sediment relationships.
The biogenic alteration of sediments. Topic in
geobiology. (F. Stheli ed.) Pelnum Press New
York 2: 289-330.
• McCaffrey, R. J. & J. Thomson. 1980. A record of the accumulation of sediment and trace metal in the Connecticut salt marsh.
Advances in Geophysics, 22: 165-236.
• Olsen, C., Cutsshall, N. & Larsen, I. 1982.
Pollutant-particle associations and dynamics
in coastal marine enviroments. A rewiew. Mar.
Chem. 11: 501-533
• Reed, D. J. 1988. Tidal currents and glacial
discharge, laguna San Rafael, Southern Chile. J. Coastal Res. 4: 93-102.
• Flynn, W. W. 1966. The determination of low
levels of Polonium-210 in environmental
materials. Anal. Chem. Acta 43: 221-227.
• Robbins, J. 1978. Geochemical and geophysical applications of radioactive lead. In: The
Biogeochemistry of Lead in the Environment.
(J.O. Nriagu editor) Elsevier, Amsterdam, Vol
1A: 137-184.
• French, P. 1993. Post- industrial pollutant
levels in contamporar y Severn estuar y
intertidal sediments, compared to pre-industrial. Mar. Pollut. Bull. 26: 30-35.
• Salamanca, M. 1993. Sources and sinks of
210 Pb to Concepción Bay. Chile. Ph. D.
Disser tation, Marine Sciences Research
Center, State University of New York. 85pp.
• Giordano, P., L. Musmeci, L. Ciaralli, Vernillo,
Chirico, Piccioni & S. Costantini. 1992. Total
contents and sequential extractions of Hg, Cd,
y Pb in coastal sediments. Mar. Poll. Bull.
24: 350-357.
• Salamanca, M. 1996. Excess 210Pb inventories
and distribution in sediments of an upwelling
area in Eastern South Pacific off Concepción
Bay in central chilean coast. Manuscrito.
• Goldberg, E., E. Gamble, J. Griffin & M.
Koide. 1977. Pollution history of Narragansent
Bay as recorded in its sediments. Estuar.
Coast. Mar. Sci. 5: 549-561.
• Harden, S. L., D. J. DeMaster & C. A. Nittrouer.
1992. Developing sediment geochronologies
• Suess, E. 1980. Particulate organic flux in the
ocean sur face, productivity and oxygen
utilitation. Nature 288: 260-263.
• Turekian, K., Y. Nozaki & L. Benninger. 1977.
Geochemistr y of atmospheric Radon and
Radon products. Ann. Rev. Earth Planet. Sci.
5: 227-255.

DISTRIBUCIÓN Y ACUMULACIÓN DE PLOMO (Pb y 210Pb) EN

Transcripción

Documentos relacionados

EDUARDO STUPÍA 20 de septiembre, inauguraciones simultáneas

01 Función ecológica del agua

Abrasión: Acción erosiva y permanente del mar. Acantilado muerto

Ambiente marino profundo

Radiocronología de Sedimentos Costeros