Juan F. GALLARDO LANCHO (Coord.)

PROCESOS GEOQUÍMICOS SUPERFICIALES EN IBEROAMÉRICA

Red Iberoamericana de Física y Química Ambiental SOCIEDAD IBEROAMERICANA DE FÍSICA Y QUÍMICA AMBIENTAL



Editores de este volumen: Jorge E. Marcovecchio, Sandra E. Botté y Rubén Hugo Freije

Bahía Blanca, Argentina (2014)

COORDINADOR DE LA OBRA Juan F. GALLARDO LANCHO (Secretario Ejecutivo, SiFyQA). EDITORES Jorge E. MARCOVECCHIO (IADO – CONICET/UNS, Argentina) Sandra E. BOTTÉ (IADO – CONICET/UNS, Argentina) y Rubén Hugo FREIJE (UNS, Argentina)

Los investigadores que se mencionan a continuación han actuado como revisores de los capítulos incluidos en este libro. A todos ellos les agradecemos profundamente por su generosa colaboración: M. ÁLVAREZ, N. AMIOTTI, N. BORRELLI, S.E. BOTTÉ, J.L. CIONCHI, J.C. COLOMBO, P. DEPETRIS, C. DOMINI, M. DOS SANTOS AFONSO, J.L. ESTEVES, M.D. FERNÁNDEZ SEVERINI, R.H. FREIJE, , M. GIL, G. KOPPRIO, K. LECOMPTE, F. LIMBOZZI, M.A. MAINE, J.E. MARCOVECCHIO, K. MIGLIORANZA y F. PEDROZO (Argentina); F.C. FERNANDES de PAULA, L.D. LACERDA, R. MARINS y C.E. REZENDE (Brasil); R. AHUMADA BERMUDEZ y S. ANDRADE (Chile); L.D. FERRER y J. F. GALLARDO LANCHO (España); G. PONCE VELEZ, A. VAZQUEZ BOTELLO, S. VILLANUEVA FRAGOSO (México); W. SENIOR (Venezuela); .

Esta Obra es producto de la Red RiFyQA (Red Iberoamericana de Física y Química Ambiental)

© SiFyQA RESERVADOS TODOS LOS DERECHOS. PROHIBIDA LA REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL DE ESTA OBRA POR CUALQUIER PROCEDIMIENTO, INCLUIDA LA FOTOCOPIA, SIN PERMISO ESCRITO DEL EDITOR.

I.S.B.N.: 978-84-937437-6-5 Depósito legal: S. 457-2014 Maquetación: Jáser Proyectos Editoriales Impresión y encuadernación: Nueva Graficesa, S.L. Avda. de la Aldehuela, 80 37003 Salamanca (España) Impreso en España Printed in Spain

ÍNDICE

Prólogo....................................................................................................

13

SECCIÓN 1: GEOQUÍMICA DE SEDIMENTOS Y SUELOS TENDENCIAS HISTÓRICAS DE METALES E HIDROCARBUROS (HAP) EN UN NÚCLEO SEDIMENTARIO DE LA LAGUNA DE TAMPAMACHOCO (VERACRUZ, MÉXICO). A. Vázquez-Botello, G. Ponce, S. Villanueva y F. Rivera................................................................................

21

CARACTERIZACIÓN DE SEDIMENTOS COSTEROS Y FLUJOS BENTÓNICOS EN UNA BAHÍA PATAGÓNICA DE ARGENTINA: ANTES Y DESPUÉS DE LA ELIMINACIÓN DEL EFLUENTE URBANO. M.N. Gil, A.I. Torres, C.H. Marinho y J.L. Esteves...................................................

37

GEOQUÍMICA DE METAIS-TRAÇOS EM SOLOS E SEDIMENTOS SUPERFICIAIS DA BACIA INFERIOR DO RIO JAGUARIBE (NORDESTE, BRASIL) R.C.B. Oliveira e R.V. Marins.....................................................

53

DISTRIBUCIÓN ESPACIAL DE CONTAMINANTES EN SEDIMENTOS DE LA LAGUNA DE TAMPAMACHOCO, VERACRUZ (MÉXICO). G. Ponce-Vélez, S. Villanueva, A.V. Botello, F. Rivera y C. García-Ruelas......

69

PERFILES VERTICALES DE METALES EN SEDIMENTOS DEL RÍO URUGUAY (ARGENTINA). L. Tatone, C Bilos, C. Skorupka y J.C. Colombo

89

SECCIÓN 2: GEOQUÍMICA DE ECOSISTEMAS ACUÁTICOS ANÁLISIS INTER-ESTACIONAL DE LA HIDROQUÍMICA E HIDROLOGÍA DEL RÍO PILCOMAYO (ARGENTINA). M.V. Casares, L. de Cabo, R. Seoane, O. Natale................................................................................

99

HIDROQUÍMICA Y EUTROFIZACIÓN EN TRES EMBALSES SUBTROPICALES EN CADENA (URUGUAY). G. Chalar, M. Gerhard, M. González-Piana y D. Fabián......................................................................

121

9

ANÁLISIS HIDROQUÍMICO E ISOTÓPICO DE LA CUENCA DEL RÍO ATUEL (ARGENTINA). P.F. Dornes, C. Dapeña, E.E. Mariño y C.J. Schulz.......................................................................................................

149

ALTERATION OF DISSOLVED NITROGEN FORMS IN BRAZILIAN ESTUARIES AND ITS RELATION TO THE ANTRHOPOGENIC INFLUENCE. S.A. Eschrique, R.V. Marins, V.G.Chiozzini y E.S. Braga....

165

EMISIONES NATURALES Y ANTRÓPICAS DE Zn, Cu, Pb, Cr, Cd y Hg AL DELTA DEL RÍO PARNAÍBA (NE BRASIL). F.J. de Paula Filho, R. Valente Marins, J. Edvar Aguiar, T. Farias Peres y L.D. de Lacerda.......

179

BALANCE BIOGEOQUÍMICO DE NUTRIENTES MEDIANTE LA APLICACIÓN DEL MODELO DE LOICZ. CASO DE ESTUDIO: ESTUARIO DE BAHÍA BLANCA (ARGENTINA). C.V. Spetter, M.N. Tártara, R.H. Freije y J.E. Marcovecchio........................................................................

203

SECCIÓN 3: PROCESOS BIOGEOQUÍMICOS DISTRIBUCIÓN GEOQUÍMICA, BIODISPONIBILIDAD POTENCIAL Y ENRIQUECIMIENTO DE METALES PESADOS EN SEDIMENTOS DEL RÍO MATANZA-RIACHUELO. A. Rendina, C. Mosso, C. José, J. Barros, A. de los Ríos y A.F. de Iorio.....................................................................

223

METAIS-TRAÇO EM CARANGUEJOS DE MANGUE Ucides cordatus (L.,1763) DO LESTE DA BAIA DE GUANABARA (SUDESTE DO BRASIL) E. Vianna de Almeida, V. Tavares Kütter y E. Vieira da SilvaFilho.........................................................................................................

243

ESTIMACIÓN DE LA PRODUCTIVIDAD PRIMARIA DEL FITOPLANCTON EN LA ZONA INTERNA DEL ESTUARIO DE BAHÍA BLANCA. E.M. Fernández, C.J.E. Garzón, A.M. Martínez, C.V. Spetter, R.H. Freije y J. Marcovecchio.....................................................................................

261

SECCIÓN 4: PROCESOS PALEO-GEOQUÍMICOS INFERENCIAS PALEOEDAFOCLIMÁTICAS EN EL REGISTRO DE SEDIMENTACIÓN LOÉSSICA FINIPLEISTOCÉNICA -HOLOCÉNICA EN EL PIEDEMONTE Y PAMPA DE ALTURA DE LA SIERRA DE SAN LUIS (ARGENTINA). E. Strasser, J.A. Gásquez, J.L. Fernández Turiel, E. Marchevsky, M. Osterrieth, J.L. Prado, J. Chiesa, E. Perino......................

10

279

REGISTRO HISTÓRICO DE MERCURIO EN LA CUENCA DEL RÍO SUQUÍA, CÓRDOBA (ARGENTINA). Y.V. Stupar, M.G. García, S. Schmidt, J. Schäfer, F. Huneau, P. Le Coustumer, E. Piovano y G. Blanc........

303

SECCIÓN 5: GEOQUÍMICA ANALÍTICA EFECTO DE LA PRESENCIA DE UN SURFACTANTE CATIÓNICO DE AMPLIO USO EN LA RETENCIÓN DEL HERBICIDA PARAQUAT Y DE CD(II) POR LA SUPERFICIE DE ARCILLAS. R. Ilari, M. Etcheverry, C. Zenobi y G.P. Zanini.............................................................................

327

11

Sección 2 GEOQUÍMICA DE ECOSISTEMAS ACUÁTICOS

EMISIONES NATURALES Y ANTRÓPICAS DE Zn, Cu, Pb, Cr, Cd y Hg AL DELTA DEL RÍO PARNAÍBA (NE BRASIL)

Francisco José de Paula Filhoa, Rozane Valente Marinsb, José Edvar Aguiarb, Tiago Farias Peresb y Luiz Drude de Lacerdab Universidade Federal do Piauí, Campus Prof. Cinobelina Elvas, Rod.BR 135, Km 03, sn, Planalto Horizonte, 64.900-000, Bom Jesus/PI, Brasil. a

Universidade Federal do Ceará, Instituto de Ciências do Mar/LABOMAR, Av.da Abolição, 3207, 60.165-081, Fortaleza/CE, Brasil. b

e-mail: ; ;

Resumen: Este estudio tiene como objetivo estimar las cargas de Zn, Cu, Pb, Cr, Cd y Hg en el mayor Delta de las Américas, el Delta del Río Parnaíba, en el Noreste de Brasil, por medio del uso de factores de emisión referentes a procesos naturales y actividades antrópicas. Las emisiones antrópicas de Zn y Cu alcanzan un valor de 117 y 71 t.año-1, respectivamente, valores superiores a las emisiones naturales, mientras que para los demás metales los aportes naturales son los predominantes, con 65,6 t Pb.año-1, 42,4 t Cr.año-1, 7,4 t Cd. año-1 y 0,6 t Hg.año-1. La denudación física y química aporta las mayores emisiones de Pb, Cr y Cd, mientras que la deposición atmosférica las mayores cargas de Hg. Estas estimaciones fueron calibradas con datos de concentración y distribución geoquímica de Zn, Cu, Cr y Pb en los sedimentos superficiales, cuyos valores variaron de 4,5 a 30,9 mg.kg-1 para el Zn; de 7,4 a 47,2 mg.kg-1 para el Cu; de 4,7 a 27,7 mg.kg-1 para el Pb y de 1,6 a 18,9 mg.kg-1 para el Cr. La distribución de las concentraciones de metales traza en sedimentos superficiales en la región del delta del Río Parnaíba indica un aumento en las concentraciones siguiendo el gradiente fluvial-marino. En este trabajo se presenta el primer cálculo estimado del inventario de emisiones anuales de metales traza para la cuenca del bajo Parnaíba y su región costera. Palabras clave: Factores de emisión; contaminación; metales traza; bajo Parnaíba.

Natural and anthropogenic emissions of Zn, Cu, Pb, Cr, Cd, and Hg into the Parnaíba river delta, Northeastern Brazil Abstract: This study aims to estimate the loads of Zn, Cu, Pb, Cr, Cd, and Hg for the lower Parnaiba river basin, Northeastern Brazil, using emission factors related to natural processes and anthropogenic activities. Anthropic emissions of Zn and Cu account for 117 and 71 t.yr-1, respectively, thus being larger than natural emissions. On the other hand, natural inputs are higher than anthropic ones for all other studied metals, with 65.6 t Pb.yr-1, 42.4 t Cr.yr-1, 7.4 t Cd.yr-1, and 0.6 t Hg.yr-1. Physical

179

and chemical denudation contributes with the largest emissions of Pb, Cr, and Cd, while atmospheric deposition is responsible for the largest Hg loads. These estimates were calibrated with concentration and geochemical distribution data of Zn, Cu, Pb, and Cr in surface sediments, which ranged from 4.5 to 30.9 mg.kg-1 for Zn; from 7.4 to 47.2 mg.kg-1 for Cu; from 4.7 to 27.7 mg.kg-1 for Pb; and from 1.6 to 18.9 mg.kg-1 for Cr. The distribution of heavy metals in surface sediments indicates an increase in their concentrations following the fluvial-marine gradient. This paper presents a first estimate for the annual emissions inventory of trace metals in the low Parnaíba basin and its coastal region. Key words: emission factors; contamination; trace metals, low Parnaíba basin.

INTRODUCCIÓN El Delta del Río Parnaíba, localizado en la costa Noreste de Brasil, sigue siendo poco afectado por actividades humanas o por fuentes puntuales de contaminantes. Sin embargo, adquieren relevancia en este entorno las fuentes difusas (típicamente de difícil control y monitoreo). Son escasos los estudios relacionados con la cuantificación de los aportes, comportamiento y acumulación/liberación de metales en el ambiente estuarino de la cuenca del bajo Parnaíba, a pesar de ser importantes para la comprensión de los mecanismos bioquímicos que allí se producen. Esta situación refleja la necesidad de una visión más holística de la cuenca hidrográfica al evaluar la dimensión de los problemas ambientales con el objetivo de proporcionar un marco científico más adecuado para la gestión de los impactos de las actividades humanas en este sector de la costa, tanto a nivel local como regional (Diegues, 1999). El acelerado ritmo de crecimiento de la demanda mundial de bienes de consumo, directamente asociados a la concentración demográfica en ciudades costeras, ha incrementado sustancialmente la contribución de metales traza y de otros contaminantes a los ecosistemas acuáticos costeros, tales como lagunas, lagos y estuarios. Por esta razón, los efectos perjudiciales causados por el aporte de metales traza no sólo ponen en peligro la calidad ambiental de los recursos hídricos sino que, con el tiempo, también afectan a numerosas actividades antrópicas como la pesca, la recolección de mariscos y la actividad acuícola. Consecuentemente los metales han recibido considerable atención debido a su persistencia en el medio ambiente, sus ciclos biogeoquímicos y los riesgos ambientales asociados a los mismos. Su toxicidad, incluso a bajas concentraciones, puede generar riesgos para la salud y sus efectos pueden persistir durante años (Terra et al., 2007). Los metales traza son contaminantes ambientales ubicuos que pueden ser encontrados en diversos efluentes de origen antrópico asociados principalmente a residuos urbanos y agropecuarios. Por ejemplo, Machado et 180

al. (2002) demostraron el gran potencial de contaminación por metales, especialmente Hg, Cu y Zn resultantes de la inadecuada disposición de residuos sólidos en los vertederos. Las operaciones agrícolas y los criaderos de camarón son fuentes potenciales de Cu y Zn debido a los residuos de fertilizantes utilizados en estas actividades (Páez-Osuna et al., 2003). Del mismo modo, los efluentes domésticos y la escorrentía urbana contribuyen con cargas significativas de metales a las aguas superficiales (Nriagu y Pacina, 1988). En la zona costera del Noreste brasileño el impacto de las fuentes difusas de contaminación está dado en general por la integración de los efluentes de las diferentes cuencas hidrográficas de la región. Esto complica la caracterización de las fuentes y contaminantes individuales, lo que resulta en la necesidad de establecer indicadores consistentes y capaces de monitorear alteraciones temporales en la magnitud de estas fuentes y su variabilidad espacial a lo largo de extensos tramos de costa (Marins et al., 2004). Este estudio tiene como objetivo presentar una estimación de las cargas naturales y antropogénicas de Zn, Cu, Pb, Cr, Cd y Hg en la cuenca del bajo Parnaíba que llegan al delta del Río Parnaíba por medio del uso de factores de emisión para las actividades antrópicas y los procesos naturales existentes en dicha región. La calibración de los resultados obtenidos se realizó mediante la comparación de las concentraciones de estos metales en muestras de sedimentos superficiales de la zona en estudio con las concentraciones de dichos metales reportadas en otras áreas de la región Noreste del país. MATERIALES Y MÉTODOS Área de estudio La Fig. 1 muestra la ubicación de la Región Hidrográfica del Río Parnaíba (RHP) y sus sub-cuencas: Alto (151.630 km2), Medio (137.001 km2) y Bajo Parnaíba (42.810 km2), abarcando los estados de Ceará, Maranhão y Piauí. El Río Parnaíba se extiende por 1.400 kilómetros y tiene un caudal de 770 m3.s-1 (ANA, 2005). Como se ve en la Fig. 1, la sub-cuenca del bajo Parnaíba se define a partir de la confluencia de los ríos Parnaíba y Poti, siendo drenada principalmente por el Río Longá, el propio Río Parnaíba y una serie de pequeños arroyos que desembocan en el Parnaíba (cuencas difusas). El delta del Río Parnaíba se caracteriza por sus extensas planicies fluvio-marinas cortadas por una extensa red de canales que forman las islas, con importantes depósitos de material de origen alóctono; con una zona estuarina tanto dentro como fuera de la desembocadura del río desempeñando un papel clave en la transferencia de materiales al mar. 181

Este área presenta un clima de tipo megatérmico lluvioso (variación AW´de Köeppen), con precipitaciones promedio de 1.100 mm.año-1 y una temperatura promedio de 27 ºC (ANA, 2005). Entre sus formaciones geológicas, predominan el Grupo Barreiras y la Formación Itapecurú, incluyendo también manchas aluviales fluviales y marinas y depósitos eólicos (CPRM, 2003). La región tiene una población total de 1.323.250 habitantes y una tasa de urbanización promedio de 55 %, variando del 22 % al 95 % en los 60 municipios de la sub-cuenca. A pesar de tener una tasa de urbanización importante en algunas ciudades de la región, no existe una red de saneamiento, lo que genera descargas de efluentes domésticos directamente a los lechos de los arroyos, ríos y lagunas (SNSA, 2012). Las principales actividades económicas de la zona son la agricultura y ganadería, con una mayor preponderancia del cultivo de soja, arroz, frijoles, maíz, cajú, algodón y caña de azúcar. La agricultura irrigada no es significativa. En la ganadería se destacan el ganado vacuno y caprino y las aves de corral, con la acuicultura concentrada principalmente en la región costera. El sector secundario es poco significativo, destacándose en este sector la agroindustria del azúcar, alcohol y cuero (CODEVASF, 2006).

Figura 1. Región Hidrográfica del Río Parnaíba, noreste de Brasil, destacando la cuenca inferior (en negro) y en particular el delta del Río Parnaíba.

182

Estimación de cargas Las emisiones totales de metales para las cuencas de drenaje son difíciles de medir; sin embargo, se puede realizar una aproximación indirecta a través del uso de factores de emisión (FE), los cuales representan una herramienta importante para la superación de esta dificultad (Lacerda et al., 2007). Los factores de emisión facilitan la estimación de las emisiones procedentes de diversas fuentes de contaminación. En la mayoría de los casos, estos factores son simplemente promedios de todos los datos disponibles, tienen una calidad aceptable y por lo general son valores a largo plazo representativos de cada categoría de fuente contaminante (EPA, 2007). La ecuación (1) presenta la expresión genérica para la estimación de emisiones, a saber:

Ecuación (1)

donde: E = emisión o carga (t.año-1). A = tasa de la actividad o proceso (por ejemplo, área de la cuenca o actividad instalada, deposición atmosférica, rebaño animal, etc.). f e = factor de emisión de la actividad o proceso (por ejemplo, concentración de metales en los diferentes tipos de suelo y en el agua de lluvia, concentraciones de metales en el estiércol bovino, etc.). f e = factor de corrección que expresa la eficiencia en la reducción global de las emisiones (por ejemplo, la tasa de retención de metales de los suelos, factor de adecuación para residuos sólidos, etc.). Toda emisión de metales por procesos naturales y/o actividades antrópicas puede calcularse como el producto de un determinado proceso y/o actividad multiplicado por un FE adecuado. En otras palabras, es la cantidad emitida de un determinado elemento por unidad de bienes de producción, o por superficie de producción, o por el balance químico de un proceso natural, lo que permite estimar la carga emitida al medio ambiente a partir de una variedad de fuentes naturales y antrópicas (Molisani et al., 2013). En la cuenca del bajo Parnaíba se utilizaron factores de emisión de Zn, Cu, Pb, Cr, Cd y Hg disponibles en la literatura para cada actividad o proceso, utilizando los más cercanos a la realidad local y, de ser posible, los más conservadores. Los factores conservadores son aquellos que sobreestiman alguna emisión debido al desconocimiento de ciertas informaciones (Brasil et al., 2008). Un FE permite generar información mensurable a partir de variables difíciles de cuantificar (por ejemplo, la carga de un elemento), a partir de variables fácilmente obtenidas en la literatura disponible (por ejemplo, superficie de la cuenca, densidad demográfica, tasa de urbanización, producción de efluentes domésticos y residuos sólidos, número de cabezas de ganado, 183

etc.). Esta metodología se puede aplicar a nivel mundial (Lacerda, 2003), regional (Hoffman et al., 2010) y local (Paula et al., 2010) para la estimación de emisiones tanto naturales como antrópicas. Determinación de las concentraciones de metales en sedimentos La calibración de las estimaciones obtenidas por medio de FE se llevó a cabo a partir de la determinación de las concentraciones totales de Zn, Cu, Pb y Cr en 16 muestras de sedimentos superficiales con un tamaño de partícula inferior a 63 μm, siguiendo el gradiente fluvial-marino del delta (Figura 1). El muestreo se llevó a cabo en septiembre de 2010, es decir durante la estación seca en la región. Las muestras se obtuvieron utilizando palas y bolsas de plástico y fueron conservadas a baja temperatura para su posterior procesamiento y análisis en el Laboratorio de Biogeoquímica Costera de la Universidad Federal de Ceará. La digestión de los sedimentos se llevó a cabo utilizando la técnica de extracción parcial en un horno de microondas, utilizando el método propuesto por USEPA (3051ª), modificado por Oliveira et al. (en prensa) pues demostraron una mayor eficiencia al utilizar agua regia en la digestión de sedimentos oriundos del Río Jaguaribe. Las concentraciones de metales de los extractos de dicha digestión se determinaron por espectrometría de absorción atómica de llama (FAAS) en un equipo marca Shimadzu AA 6200, con corrección de fondo con lámpara de deuterio (Aguiar et al., 2007). RESULTADOS Emisiones naturales: Deposición atmosférica y denudación física y química de suelos Las concentraciones de Zn, Cu, Pb, Cr, Cd y Hg presentes en los suelos de la cuenca se muestran en la Tabla 1. En la preparación de las estimaciones se utilizaron promedios de los rangos de concentraciones de metales en los suelos brasileños (Fadigas et al., 2006; Biondi, 2010). Las áreas de manglares, suelos líticos, arenas marinas y acantilados no fueron considerados en el inventario de emisiones oriundas de los suelos (Tabla 1) ya que los manglares son zonas de acumulación y lixiviación de rocas a escala temporal geológica, mientras que las playas y acantilados exportan materiales directamente al mar (Paula et al., 2010). La deposición atmosférica en zonas muy industrializadas puede representar un importante aporte de metales (Wong et al., 2003). En la costa semiárida del Noreste brasileño, con excepción de las zonas cercanas a los grandes 184

centros urbanos, la industrialización es todavía incipiente y, por tanto, las concentraciones de metales oriundos de la deposición atmosférica están cerca de los valores registrados en ambientes intactos. La Tabla 2 muestra los valores de las emisiones de metales a la cuenca del bajo Parnaíba oriundas de fuentes naturales, tales como la deposición atmosférica. Tabla 1. Áreasi (km2) y emisiones calculadasii de Zn, Cu, Pb, Cr, Cd y Hg para cada tipo de suelo (t.año-1) oriundas de la denudación física y química de los suelos de la cuenca inferior del Río Parnaíba. Áreas determinadas para cada tipo de suelo (Jacomine et al., 1986); ii Tasa de denudación de suelos tropicales: 128 t de suelo.km-2.año-1 (Greenland & Hall, 1977; Goudie, 1987) y rango de concentraciones de metales en los diferentes tipos de suelo (mg.kg-1): Zn: 21-68; Cu: 10-48; Pb: 10-50; Cr: 9.6-48; Cd: 0,6-1,8; Hg: 0,02-0,06 (Fadigas et al., 2006; Biondi, 2010).

i

Suelos

Área

Zn

Cu

Pb

Cr

Cd

Hg

Aluviais

1.439

2,7

2,4

9,2

5,6

0,33

0,011

Áreas cuarzosas distróficas

2.310

6,2

2,7

0,3

0,3

0,03

0,006

Latossolos/Podzólicos

20.018

45,8

30,7

42,9

27,4

2,03

0,052

Planossolos/Plintossolos

12.539

45

20,8

19,2

32,1

2,66

0,088

Solonchak/Solonetz

723

2,6

1,7

1,7

2,1

0,06

0,002

Gleissolos

134

1,2

0,2

0,9

0,6

0,03

0,001

Pérdidas

37.163

102,6

58,1

72,9

67,6

5,14

0,16

Tabla 2. Estimación de los aportes naturales de Zn, Cu, Pb, Cr, Cd y Hg a la cuenca del bajo Parnaíba, oriundos de la deposición atmosférica y de la denudación física y química del suelo (t.año-1). Concentraciones de metales atribuidas a regiones con un bajo desarrollo urbano e industrial (Artaxo et al., 2002; Kieber et al., 2002; Conaway et al., 2010) en función de las precipitaciones regionales, corregidos por los factores de retención: Zn: 65%; Cu y Pb: 35%; Cr: 70%; Cd: 40%; Hg: 90% (Golley et al., 1978; Malavota & Dantas, 1980; Oliveira et al., 2011).

i

Fuente Desnudació de suelos Deposición atmosféricai Natural

Zn

Cu

Pb

Cr

Cd

Hg

102,6

58,1

72,9

67,6

5,1

0,16

9,5

3,9

8,7

1,1

2,4

0,33

112,1

62,1

81,6

68,7

7,5

0,49

185

Para el cálculo de las estimaciones de la Tabla 2 se consideró el índice de precipitaciones registrado en los municipios, con estaciones de medición distribuidas entre los Estados de Ceará, Maranhão y Piauí, donde las precipitaciones varían de 638 a 1.334 mm.año-1, con un promedio de 1.152 mm.año-1 (INMET, 2012; FUNCEME, 2012); se utilizaron las concentraciones de metales por deposición total húmeda y seca reportados por Kieber et al. (2002), Fontenelle et al. (2009) y Conaway et al. (2010), ya que no existen datos primarios disponibles para esta región, y la tasa de retención de metales del suelo (Golley et al., 1978; Malavota & Dantas, 1980; Oliveira et al. 2011). Emisiones antrópicas: Efluentes domésticos, escorrentía urbana y residuos sólidos Según datos oficiales sólo un municipio de la cuenca del bajo Parnaíba cuenta con algún tipo de servicio de recolección y tratamiento de efluentes domésticos (SNSA, 2012). Mientras que algún sistema de saneamiento no sea instalado en la región las cargas de metales oriundas de esta fuente serán proporcionales al consumo de agua per cápita (urbano o rural), a la tasa de retorno y a la concentración de dichos elementos en los efluentes domésticos (Von Sperling, 1996). Los parámetros que controlan las emisiones por escorrentía urbana están relacionados con la impermeabilización de la superficie, el número y tamaño de las viviendas y la precipitación anual en la región. La cuenca inferior del río Parnaíba no posee grandes zonas urbanas con excepción de la ciudad de Parnaíba (200.000 habitantes); las construcciones existentes son modestas y el grado de impermeabilización es mínimo. Por tanto, para el cálculo de las cargas estimadas de estas fuentes se tuvieron en cuenta las precipitaciones anuales medias registradas y la superficie urbanizada de cada municipio de acuerdo a la estimación realizada por Miranda et al. (2005), considerando el porcentaje de dicha superficie en la cuenca en estudio. Las concentraciones de metales en la escorrentía urbana dependen de la topografía, cobertura vegetal, lixiviación de calles y carreteras, materiales y componentes utilizados en las construcciones dentro del área de drenaje, así como de los efectos hidrometeorológicos tales como la intensidad y extensión de las precipitaciones. Las emisiones oriundas de los residuos sólidos dependen del número de habitantes de la cuenca (IBGE, 2010), de la concentración de metales en los residuos (Agassi et al., 2004), de la producción per cápita de residuos sólidos (ABRELPE, 2011) y de la tasa de retención del suelo (véase Tabla 2). Las estimaciones de las emisiones de los residuos sólidos se corrigen por un factor de adecuación de 42 % para la región, el cual indica el destino final de los mismos (ABRELPE, 2011). Las estimaciones de las cargas oriundas 186

de fuentes antrópicas (efluentes domésticos, escorrentía urbana y disposición inadecuada de residuos sólidos) se presentan en la Tabla 3. Emisiones antrópicas: ganadería, agricultura y cría de camarón La cuenca del bajo Parnaíba presenta una gran aptitud para las actividades relacionadas con la agroindustria, con la ganadería (ocupando una superficie de 4.206 km2), la agricultura (3.320 km2) y la cría de camarones (7,5 km2; CODEVASF, 2006). Las cargas estimadas de metales oriundas del ganado se obtienen en función del número de cabezas, de la cantidad de estiércol por cabeza de ganado por día, de la concentración de metales en el estiércol y de la tasa de retención de metales del suelo. La Tabla 4 presenta los resultados de las cargas estimadas para cada tipo de actividad ganadera. La ganadería en la región es de tipo tradicional o extensiva, principalmente de ganado bovino, caprino, porcino, ovino y asual (Tabla 4). Dado que el estiércol se deposita en el suelo, el contenido de Zn, Cu, Pb, Cr, Cd y Hg que se transfiere de forma efectiva a los cuerpos de agua superficiales, tanto continentales como costeros, depende de las pérdidas que se incorporan a las plantas, aquellas emitidas a la atmósfera y la fracción retenida por los suelos. Tabla 3. Estimación de cargas de Zn, Cu, Pb, Cr, Cd y Hg en la cuenca del bajo Parnaíba oriundas de efluentes domésticos, escorrentía urbana y residuos sólidos (t.año-1). Consumo urbano de agua per cápita: Ceará: 139,4 L.hab-1.día-1; Maranhão: 128,8 L.hab-1.día-1; Piauí: 115,9 L.hab-1.día-1; Rural: 85 L.hab-1.día-1 (SNSA, 2012). Datos del censo demográfico (IBGE, 2010). Concentración de metales en efluentes domésticos (Von Sperling, 1996). ii. Precipitación media anual (INMET 2012; FUNCEME, 2012); superficie urbanizada de la cuenca (Miranda et al., 2005); concentración de metales en efluentes domésticos urbanos (Prestes et al., 2006; Sorme et al., 2002); iii. Concentración de metales en residuos sólidos urbanos (mg.kg-1): Zn: 80-220; Cu: 30-90; Pb: 40-150; Cr: 50-72; Cd: 2,0-17,0; Hg: 0,0-0,1 (Binner et al., 1997; Agassi et al., 2004); producción per cápita de residuos sólidos en los estados de Piauí (0,928 kg.hab-1.día-1; Maranhão, 0,918 kg.hab-1.día-1; Ceará, 1,071 kg.hab-1. día-1; factor de adecuación de los residuos: 42% (ABRELPE, 2011).

i.

Fuente Efluentes domésticos Escorventia urbana Resíduos sólidos

iii

Antrópico urbano

ii

i

Zn

Cu

Pb

Cr

Cd

Hg

11,8

6,9

2,9

1,7

0,4

0,2

2,0

2,1

3,8

1,3

0,1