ANALES DEL CENTRO DE CIENCIAS DEL MAR Y LIMNOLOGÍA


PRESENCIA DE HIDROCARBUROS FÓSILES (N-PARAFINAS) EN SEDIMENTOS RECIENTES DE LAGUNAS COSTERAS EN EL PACÍFICO DE MÉXICO

Trabajo presentado en el VI Congreso Nacional de Oceanografía, Ensenada B. California México, 10 al 12 de abril de 1978. Recibido el 13 de octubre de 1978 y aceptado para su publicación el 27 de noviembre de 1978.

ALFONSO V. BOTELLO

Universidad Nacional Autónoma de México, Centro de Ciencias del Mar y Limnología, Laboratorio de Química Marina y Contaminación.

STEPHEN A. MACKO

The University of Texas, Marine Science Laboratory, Port Aransas Texas 78373, USA. Contribución 97 del Centro de Ciencias del Mar y Limnología, UNAM.

RESUMEN

En el presente trabajo se analizaron muestras de sedimentos recientes, provenientes de varias lagunas costeras del litoral pacífico mexicano, con el objeto de determinar las concentraciones actuales de hidrocarburos (n-parafinas) tanto biogénicos como aquellos derivados de las actividades humanas que se desarrollan en esta zona.

Los análisis demuestran que la mayoría de los hidrocarburos presentes son de origen biogénico, cuyas concentraciones se mantuvieron bajas con valores que van de 0.8 a 37 ppm; asimismo se notó un gran predominio de las n-parafinas de carbono impar, lo cual es confirmado por las relaciones Pristano-Fitano y los valores del OEP (Odd-Even Preference) de cada una de las muestras.

La presencia e identificación de estos hidrocarburos se realizó por medio de Cromatografía de Gases y la estructura de algunos compuestos se comprobó mediante la combinación de Cromatografía de Gases-Espectrometría de Masas.


ABSTRACT

Samples of recent sediments from some coastal lagoons along the Pacific Coast of Mexico, were analyzed to determine the actual levels of fossil hydrocarbons.

The results of this study show that the hydrocarbons present in the sediments are meanly from biogenic origin, with concentrations between 0.8 to 37 ppm.

Indeed was noted an odd-even preference of n-paraffins, confirmed by the OEP values and the Pristane-Phytane ratio in the samples.

The presence and identification of these hydrocarbons was determined by Gas Chromatography and Gas Chromatography-Mass Spectrometry.


INTRODUCCIÓN

Desde hace aproximadamente 20 años gran número de investigaciones han sido dirigidas sobre los posibles impactos ecológicos de la contaminación del petróleo sobre el medio ambiente marino. Asimismo los efectos a largo plazo de la contaminación por hidrocarburos fósiles permanece sin comprenderse totalmente, reconociéndose de una manera general que los residuos del petróleo se presentan en corto tiempo en la columna de agua, siendo los sedimentos el sitio más importante para el almacenamiento de estos compuestos orgánicos, permaneciendo en ellos por largos periodos de tiempo (Vandermeulen y Gordon, 1976).

Aparte de los fenómenos naturales que pueden cambiar la estructura y la composición del medio estuarino y costero, están las actividades humanas e industriales a partir de las cuales se pueden introducir sustancias extrañas a estos ecosistemas.

Algunas de estas sustancias o contaminantes son depositadas en los sedimentos y otras son transportadas al océano abierto.

El promedio del flujo de contaminantes entrando a un estuario puede ser registrado en los sedimentos y estos registros son de gran ayuda para determinar las acciones futuras de la administración y manejo de las zonas costeras (Goldberg, 1972).

En el presente trabajo se analizaron muestras de sedimentos recientes de tres lagunas del litoral pacífico mexicano, con el objeto de evaluar el contenido, la composición y los posibles orígenes de los hidrocarburos presentes en ellos. Particularmente se trata de determinar si las actividades petroleras tienen o han tenido un efecto visible sobre el contenido de hidrocarburos en los sedimentos de las áreas adyacentes, en tanto en aquellas en donde no se realizan estas actividades obtener información básica previa a la modificación de dichas áreas por las diversas actividades humanas.


MATERIAL Y MÉTODOS

En la figura 1 se muestran los sitios de colecta en cada una de las lagunas consideradas en el presente trabajo.

Los sedimentos recientes se colectaron con una draga Van Veen principalmente en la capa superior de cada laguna.

Después de colectarse las muestras se colocaron en frascos de vidrio previamente tratados para análisis de hidrocarburos y mantenidos en congelación a -20ºC (Clark, 1966) hasta el momento de su análisis. El procedimiento de extracción (Fig. 2) se realizó sobre 5 gr. de material liofilizado en dos etapas, empleando 200 ml de metanol y 200 m1 de benceno.

Todos los solventes usados (metanol, benceno y hexano) fueron bidestilados y purificados a través de columnas de vidrio empacadas con gel de sílica siguiendo las recomendaciones de Clark y Blumer (1967).

Cada extracción se efectuó por 12 horas, al cabo de las cuales las fases orgánicas obtenidas se combinaron. El solvente se removió de la muestras empleando un rotovapor hasta un volumen final de 100 ml. Los lípidos se saponificaron con KOH en metanol al 5% por aproximadamente dos horas. Los compuestos no saponinficados se removieron de la mezcla por extracción con hexano. Las n-parafinas se separaron de la fracción de aromáticos empleando columnas de Cromatografía empacadas con gel de sílice (Woelm) 200 mesh, y eluyendo con 50 m1 de hexano y 50 m1 de benceno.

La cromatografía de gases se efectuó con un cromatógrafo, Perkin-Elmer modelo 900 equipado con detectores de ionización de flama, integradores electrónicos, programador linear de temperatura y columnas duales de 1.80 mts x 3 mm empacadas con FFAP al 5 % sobre Gas Chrom Q. La temperatura se programó de 60º a 270ºC incrementándose en un rango de 6ºC / min. como gas de transporte se empleó helio con un flujo de 25 ml/min.

Cada muestra fue corrida por duplicado antes y después de la adición de un estandard conteniendo n-parafinas desde C16 a C32 además de pristano y fitano.

La abundancia de cada componente fue determinada por su correspondiente área en cada cromatograma.


RESULTADOS Y DISCUSIÓN

En la tabla 1 están anotados los valores del análisis de hidrocarburos (n-parafinas) en los sedimentos recientes de las lagunas consideradas para el presente estudio.





Fig. 1. Situación geográfica y localización de las estaciones de muestreo en las lagunas costeras consideradas en el presente trabajo.









Fig. 2. Diagrama de flujo de la metodología empleada para el análisis de hidrocarburos.









Figs. 3-A y 3-B. Cromatograma de la distribución de n-parafinas con relación a la profundidad en el núcleo testigo de la Laguna de Mitla.





De una manera general puede considerarse que los valores altos en la relación pristano-fitano con respecto a la unidad nos demuestra que los hidrocarburos presentes en los sedimentos son de origen biogénico más que introducidos a estos sistemas costeros por actividades humanas o de industrialización (Parker, 1975). Estos resultados son confirmados por los valores bajos que con respecto a la unidad guardan las relaciones Pristano/C17 y Fitano/C18 con excepción de la estación No. 2 en la Laguna Mitla en donde además se presenta la más alta concentración de n-parafinas. Sin embargo es de suponerse que debido a los procesos naturales de eutroficación que presenta la mencionada laguna (Mee, 1977), los hidrocarburos presentes en esta muestra tengan también un origen biogénico más que antropogénico, ya que algunos autores (Zobell, 1971; Han et al., 1968; Winters et al., 1969 y Sever, 1970) admiten la posibilidad de que algunos microorganismos como bacterias y algas verde-azules tengan la capacidad para biosintetizar algunos hidrocarburos a través de complejos mecánicos biológicos y geoquímicos.

En cuanto a los valores OEP (ood-even preference) propuestos por Scalan y Smith (1970) se ve que son altos con relación a la unidad confirmándose de esta manera que las n-parafinas determinadas para las áreas estudiadas tienen un origen biológico. En la figura 3 se muestra el perfil de un núcleo de sedimentos de Laguna Mitla, analizados con relación a la profundidad.

Se ve que en la superficie del núcleo se encuentra la concentración más elevada de n-parafinas (37.8 μg/g peso seco) en tanto esta concentración decrece de manera constante conforme a la profundidad. Esto nos demuestra que en la superficie del sedimento son formados hidrocarburos insitu por los organismos indígenos como algunas bacterias, algas verde-azules y algunas especies fitoplanctónicas.

En la misma figura se muestran los cromatogramas de las n-parafinas correspondientes al núcleo anterior observándose un predominio de las n-parafinas con carbono impar principalmente aquellas entre el n-C27 al n-C33, siendo el n-C29 (nonacosano) el hidrocarburo más abundante, permaneciendo además una cierta estabilidad en cuanto a la distribución de los hidrocarburos con relación a la profundidad.

En las figuras 4 y 5 se encuentran representados gráficamente algunas de las concentraciones porcentuales de n-parafinas, así como los valores OEP de las muestras correspondientes a cada uno de los sistemas lagunares estudiados en donde se define claramente el predominio de las moléculas con carbono impar.





TABLA 1 ANALISIS DE HIDROCARBUROS (n-PARAFINAS) EN LOS SEDIMENTOS RECIENTES EN ALGUNAS LAGUNAS COSTERAS DEL LITORAL PACÍFICO MEXICANO









Fig. 4. Representación de las concentraciones porcentuales de n-parafinas y los valores OEP de las muestras correspondientes a la Laguna Mitla y Laguna Chautengo.









Fig. 5. Representación gráfica de las concentraciones porcentuales de n-parafinas y los valores OEP de la Laguna Superior e Inferior.





De los sistemas lagunares estudiados la Laguna Mitla presenta la concentración más alta de n-parafinas lo cual confirma el proceso natural de eutroficación al cual se encuentra sujeta la mencionada laguna, influyendo sobre esto la falta de comunicación con el mar, ya que la barra se encuentra permanentemente cerrada no permitiendo la interacción de otros factores.

En cambio en las lagunas Chautengo y Superior e Inferior se infiere que debido a su comunicación permanente con el mar, la acción de las corrientes y la marea no permite la sedimentación de la materia orgánica a partir de la cual se pudiera biosintetizar hidrocarburos de la manera como sucede en la Laguna Mitla.


Conclusiones

De los resultados anteriores puede concluirse que los hidrocarburos (n-parafinas) encontradas en los sedimentos marinos recientes de las lagunas Mitla, Chautengo y Superior son de origen biogénico más que antropogénico.

Los altos valores en las relaciones Pristano/ Fitano y del OEP indican que las n-parafinas son formadas por los sistemas biológicos a través de complejos mecanismos bioquímicos y geoquímicos y no son introducidos a estos ecosistemas por actividades humanas, lo cual es apoyado por el predominio que en los cromatogramas respectivos ejercen las n-parafinas con átomos de carbono impar.

Las mayores concentraciones de hidrocarburos se detectan en Laguna Mitla, lo cual confirma que dicha laguna se encuentra en un proceso avanzado de eutroficación natural debido principalmente a su falta de comunicación con el mar.

Las concentraciones de hidrocarburos obtenidas a través del presente trabajo pueden considerarse como básicas antes de que los procesos de urbanización e industrialización de dichas áreas modifiquen de una manera considerable los ecosistemas lagunares estudiados.


LITERATURA

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HAN, J. , E. D. McCARTHY y M. CALVIN, Hidrocarbon constituents of the blue green algae. J. Chem. Soc., 1968. 2783-2785. 6:

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