NÍQUEL Y PLOMO EN LAS FRACCIONES DISUELTA Y PARTICULADA DEL SISTEMA FLUVIO-LAGUNAR DE LAGUNA DE TÉRMINOS, MÉXICO

Trabajo recibido el 13 de septiembre de 1985 y aceptado para su publicación el 11 de marzo de 1986

RESUMEN

INTRODUCCIÓN

Los estuarios y lagunas donde se mezclan el agua dulce y marina vienen a ser los sitios donde se remueven algunos metales desde la columna de agua por precipitación (Boyle et al., 1974; Elderfield y Hepworth, 1975; Sholkovitz, 1976; Bewers y Yeats, 1978; entre otros). El entendimiento de los procesos que ocurren en estas regiones, constituye uno de los objetivos más grandes de la geoquímica marina, conocerlos permitirá realizar un balance de los elementos entre los ríos y oceános. Adicionalmenmte el estudio de los metales traza ha llamado la atención por diversas razones; la necesidad de conocer la forma en que son transportados por los ríos, su relación con problemas agricolas y de la salud y el estudio de la especiación química son algunos ejemplos.

Actualmente se carece de información suficiente sobre la química y flujos de material suspendido y disuelto de los ríos. Mientras que la composición de los elementos abundantes en la carga disuelta está bien documentada (Livingstone, 1963; Martín y Maybeck, 1979), los elementos traza han sido menos investigados.

El presente trabajo constituye un intento por estimar el aporte anual de Plomo y Níquel que drena a través de los ríos más importantes a la Laguna de Términos. A pesar de no estar involucradas actividades que provoquen la alteración del ecosistema, este estudio puede servir de base para investigaciones posteriores en ésta y otras regiones.

Diferentes trabajos han descrito en detalle la hidrodinámica (Gierrioff - Emden, 1977; Mancilla y Vargas, 1980; Graham et al., 1981), sedimentología (Phleger y AyalaCastañares, 1971) y caracterización ecológica de la Laguna de Términos (Amezcua y Yáñez - Arancibia, 1980; Yáñez-Arancibia y Day, 1982; Yáñez -Arancibia et al., 1983). A continuación se presenta un resumen de los aspectos más importantes de la región.

Con un área de aproximadamente 2,500 km², la Laguna de Términos está situada frente a la Bahía de Campeche (Fig. l), zona pesquera y caracterizada por una amplia plataforma continental. Dos provincias geológicas bien definidas limitan con la laguna, al este la Península de Yucatán caracterizada por suelos calcáreos y escasa precipitación pluvial y al oeste y sur un área de alta precipitación y suelos fluviales. Los aportes de agua dulce llegan a la laguna principalmente por tres ríos: por el suroeste y con el mayor caudal el Río Palizada, un distributario del Grijalva-Usumacinta, que al desembocar en Boca Chica se le suman otros ríos pequeños dando orígen a lagunas interiores; así en la Laguna del Vapor se une el Río Las Piñas y en la Laguna del Este el Río Las Cruces. El segundo sistema de importancia que aporta agua a la Laguna de Términos es el Río Candelaria, el cual recoge gran parte de las aguas de la provincia calcárea. El aporte de éste río con sus afluentes es del orden de 21.5 m3/seg, junto con el Río Mamantel se une en la Laguna de Panlau, la que a su vez se comunica con La Laguna de Términos a través de una boca con fondo calcáreo. La tercera vía de entrada de agua dulce la constituyen los demás rios de cauce menor, en el noreste el Río Sabancuy y en el extremo sur el Río Chammpan el cual se forma en la planicie costera por los ríos Salsipuedes y San Joaquín.

Figura 1 Localización del área de estudio. (*) Puntos donde se colectaron las muestras de agua

En la región parecen estar definidas tres épocas climáticas, una de calma con lluvias de junio a septiembre, otra de Nones, generalmente asociada con lluvias fuertes durante noviembre, diciembre y enero (precipitación anual promedio de 168 cm) y la estación de secas de febrero a mayo.

El patrón de circulación en la laguna está definido principalmente por los vientos predominantes del nortenoreste y este-sureste (4-6 m/seg), siendo la circulación de este a oeste. Mancilla y Vargas (1980) midieron un flujo neto de 1,350 m³/seg y Graham et al. (1981) calcularon un flujo máximo de 6,000 m³/seg.

Las principales fuentes de sedimento en la laguna son de tipo fluvial y calcáreo, los primeros prodominan en la parte sur y oeste y los segundos en la Boca de Puerto Real (70 % de CaCO3) y adyacentes a la Isla del Carmen.

La laguna en general es marina-salobre, aunque en ciertas épocas del año y lugares como Puerto Real llega a ser hipersalina (40 °/oo).

Las muestras de los ríos se colectaron en los meses de octubre de 1980 y en febrero y junio de 1981, en el caso de las bocas del Carmen y Puerto Real el agua se muestreó solamente en junio y octubre de 1981. La colecta se realizó con un botella horizontal tipo Niskin (libre de recubrimientos metálicos), las estaciones en los ríos se seleccionaron varios kilometros arriba (Fig. 1) tomando la muestra de agua a un 60 % de la profundidad existente (Gibbs, 1977).

A fin de estimar el gasto de los ríos Palizada y Candelaria, se efectuaron mediciones de velocidad de la corriente superficial (1 m de prof.) mediante un corrientómetro de deriva.

Se filtraron de 6 a 101 de agua, dentro de las 24 horas posteriores a la toma de la muestra a través de membranas (Millipore de 0.45 um) previamente enjuagadas con HCI 2N; el agua filtrada acidificada a pH de 1-1.5 con HN0₃ destilado, se transportó en recipientes de polietileno previamente lavados con HN0₃ y HCI (Batley y Gardner, 1977; Moody y Lindstrom, 1977).

Los filtros para los análisis de metales particulados se conservaron en frascos de polietileno, con HN0₃ 2M; mientras que los empleados para cuantificar el material suspendido se mantuvieron en cajas petri, donde fueron secados y pesados posteriormente (Banse et al., 1963; Manheim et al., 1970; Meade et al., 1975).

El níquel y plomo suspendidos se analizaron por espectroscopía de obsorción atómica, después de digerir el material suspendido en recipientes de teflón con HN0₃, HCIO₄ HCI y HF (Bruland, et al., 1974).

En cada corrida de muestras se hicieron las correcciones por los blancos y la precisión de los análisis para los dos metales fue de 8 y 12 % respectivamente.

La fracción disuelta se analizó también por espectroscopía después de concentrar los metales en una columna de resina chelex-100 (Riley y Taylor, 1968; Kingston et al., 1978; Bruland y Franks, 1979).

Los sólidos inorgánicos disueltos se calcularon sumando el total de los componentes más abundantes del agua filtrada, a esta suma se le denominó Salinidad Absoluta. Los detalles sobre el análisis de cada uno de estos componentes se encuentran en la bibliografía siguiente: Mg y Ca, Flaschka y Ganchoff, 1961; Sulfatos, Vogel, 1961; Cloruros, Orion, 1974; Silicatos, Strickland y Parso ns, 1972; Alcalinidad, Gran, 1952; Edmond, 1970; y Na y K por espectroscopía de absorción atómica (Gieskes, 1974).

En la Tabla 1 se presentan los resultados de salinidad absoluta, material suspendido y concentraciones de níquel y plomo en las fracciones disuelta y particulada. De manera general se puede notar que existen importantes diferencias entre las composiciones de los cuatro ríos. Mientras que el promedio de suspendido del Río Palizada es de 111.6 mg/1 los ríos de Las Cruces, Las Piñas y Candelaria presentan una concentración de 10.5, 10.0 y 4 mg/1 respectivamente, en cambio el Río Candelaria viene a ser el que tiene las concentraciones más altas de sólidos disueltos seguido del Palizada y los ríos pequeños. Las concentraciones de suspendido del Palizada son comparables a la de ríos como el Misisipi, Yang Tse Kiang o Amazonas, que tienen concentraciones del orden de 1001,400 mg/1.

Los niveles de níquel encontrados son comparables a los medidos en otros ríos (18 ríos ingleses, Abdullah y Royle, 1974; Amazonas y Yukon; Gibbs, 1973, 1977; Hudson, Klinkhammer y Bender, 1981; Delaware, Sharp et al., 1982), existiendo notables diferencias entre las concentraciones de ambas fracciones; en el Palizada, Amazonas y Yukon predominan formas de níquel suspendido ( > 90 %) y en los ríos Candelaria, Las Cruces, Las Piñas y algunos ríos pequeños de Tennesse (Perhac, 1972) dominan formas solubles.

TABLA 1 PARTICIÓN DE NIQUEL Y PLOMO EN LAS FRACCIONES DISUELTA Y SUSPENDIDA EN EL SISTEMA FLUVIO-LAGUNAR DE LAGUNA DE TÉRMINOS (SALINIDAD ABSOLUTA)

Con excepción del Río Candelaria el plomo se encuentra en los demás ríos principalmente en forma particulada y siempre en niveles inferiores a la de ríos supuestamente contaminados (Fukai, 1980). En base a los datos de la Tabla 1 y los flujos estimados se calculó la descarga promedio en los ríos Palizada y Candelaria, siendo el primero el que contribuye con las mayores proporciones de níquel (96 %), plomo (87 %) y suspendido (98 %) a la laguna (Tabla 2). Mundialmente los ríos aportan 7.4 x 10 5 ton/año de plomo a los oceános (Murozumi et al., 1969) la contribución que escurre a través de la Laguna de Términos representa apenas un 0.01 % del global.

TABLA 2 DESCARGA PROMEDIO DE LOS RÍOS PALIZADA Y CANDELARIA EN LOS MUESTREOS DE OCTUBRE DE 1980 Y FEBRERO Y JUNIO DE 1981

Con objeto de investigar el comportamiento de los metales con los cambios de salinidad, se realizaron las gráficas de las figuras 2-5. En la figuras 2 y 3 se puede observar que a salinidades mayores a 0.5-1.0 %o, tanto el níquel y plomo disueltos se comportan de manera lineal y conservativa, y a salinidades menores de ese rango el plomo no muestra tendencia alguna, en cambio el níquel parece decrecer exponencialmente con la salinidad. Esto último permite sugerir que parte del níquel disuelto es removido al aumentar la concentración de sales disueltas en el agua de los ríos, estos resultados demuestran que las reacciones químicas en regímenes de bajas salinidades (1.0 %o) juegan un papel importante en la geoquímica del níquel. Entre los mecanismos que pueden producir tal remoción están: a) simple efecto de dilución al incrementarse la carga disuelta de sólidos en el agua de los cuatro ríos, en combinación con la variación de la carga de níquel disuelto según la época del año, b) floculación del níquel por cambios de salinidad, aún a bajas salinidades, c) remoción debido a un favorecimiento de la actividad bacterial y estabilidad del particulado coloidal.

Figura 2. Níquel "soluble" vs. Salinidad absoluta, para los muestreos en los ríos y bocas (datos en la tabla1)

Figura 2. Plomo "soluble" vs. Salinidad absoluta, para los muestreos en los ríos y bocas (datos en la tabla1)

El primero de los mecanismos es difícil de admitir y muy improbable, el segundo ha sido sugerido a partir de experimentos de laboratorio (Sholkovitz, 1978) y observaciones de campo (Sharp et al., 1982), aunque para rangos de salinidad mayores (1-30 %o) EL tercer mecanismo fue propuesto para explicar la remoción del hierro en el Río Potomac a bajas salinidades (Eaton, 1979) y ha sido motivo de una fuerte contradicción con el mecanismo de floculación (Sholkovitz, 1980; Eaton, 1980), aunque desafortunadamente ninguno de los dos mecanismos se ha logrado comprobar. Ahora la conducta conservativa del níquel en salinidades mayores a 1 °/oo observada en el Amazonas (Boyle et al., 1976), en el estuario Severn (Morris, 1984) y el presente trabajo están en contradicción con los resultados experimentales de Sholkovitz (1978) y la gradual aunque evidente remoción observada por Sharp et al. (1982) en el estuario del Río Delaware. Por su parte el comportamiento lineal del plomo es similar al observado por Duinker y Nolting (1976, 1977) en el estuario del Río Rhine

. Lo anterior debería apoyarse también por el comportamiento lineal del níquel suspendido (Fig. 4) pero los niveles del Río Candelaria y la Laguna Panlau son muy inferiores y se agrupan en una región de la gráfica por separado, no visualizándose claramente dicho comportamiento. El plomo suspendido por su parte no se detectó (excepto una muestra) en salinidades mayores a 0.57 %o, debido seguramente a la gran dilución del suspendido de los ríos por las muy bajas concentraciones del plomo en el agua de mar (Fig. 5).

Figura 4. Níquel "suspendido" vs. Salinidad absoluta, para los muestreos en los ríos y bocas (datos en la tabla 1)

Figura 5. Plomo "suspendido" vs. Salinidad absoluta, para los muestreos en los ríos y bocas (datos en la Tabla 1)

En base a la discusión de los resultados del presente trabajo se pueden hacer las siguientes conclusiones:

1. La descarga anual promedio de los ríos Palizada y Candelaria es de un total de 680 x 10³ ton de material suspendido, 206 ton de níquel y 84 ton de plomo, siendo el Río Palizada el que contribuye con el 98,96 y 87 % respectivamente.

2. Mientras que en Río Palizada predominan las formas de níquel suspendido (> 90 %), en los ríos Candelaria, Las Cruces y Las Piñas dominan formas solubles de este metal.

3. Con excepción del Río Candelaria el cual presenta las concentraciones más altas de solidos disueltos, el plomo en los demás ríos se encuentra principalmente en forma particulada aunque siempre en niveles inferiores a los ríos supuestamente contaminados.

4. A salinidades mayores de 0.5-1.0 °/oo tanto el níquel como plomo disueltos se comportan de manera conservativa y lineal con los cambios de salinidad, apoyándose esto mismo en la conducta del níquel suspendido.

5. Los resultados aqui presentados demuestran también que las reacciones a bajas salinidades (1 °/oo) juegan un papel importante en los procesos previos al mezclado estuarino.

El apoyo financiero e institucional para el presente estudio fue brindado por el Instituto de Ciencias del Mar y Limnología, UNAM y el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología. Los autores agradecen la colaboración de J. S. Michel Reynoso por la realización de las figuras y a A. Castro del Río por la revisión del manuscrito.

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