Edafología

Sedimentos fluviales

            Los sedimentos clásticos están compuestos principalmente por los productos menos solubles de la meteorización. También pueden incluir elementos móviles como parte de los materiales clásticos y del material removido de las aguas y adsorbido en los sedimentos (metales adsorbidos en minerales de arcillas u oxihidróxidos de Fe o Mn). Una medida del material removido de las aguas viene dado por la razón: metal de fácil extracción química/metal total. Esta razón puede llegar hasta el 50 % en áreas de de rápida precipitación del metal en solución, generalmente cerca de las fuentes de emisión.

            El contraste entre los valores anómalos y el valor de fondo depende de varios factores, entre ellos: 1) del contraste original en los materiales desde donde provienen los sedimentos; de la fracción de sedimento analizada; y 3) del método de análisis. A su vez, la persistencia del contenido metálico de los sedimentos al alejarnos de la fuente de emisión depende de: 1) del aporte de metal a lo largo del río desde otras posibles fuentes; y 2) de la mezcla con sedimentos de bajo contenido metálico. Estas dos a su vez se relacionan con períodos estacionales y fisiográficos; en épocas de lluvias hay mayor capacidad de transporte y mayor aporte desde las zonas más fácilmente erosionables.

            Al contrario de las aguas de un río, cuyo contenido en elementos es más bien homogéneo (sujeto eso sí a cambios en el caudal), los sedimentos presentan heterogeneidades que dependen de: 1) la distribución de los puntos de entrada del metal en el cauce; 2) los fenómenos de especiación del metal; y 3) la variación en el tipo de sedimento a lo largo del río. Las muestras de sedimentos tienden a ser más homogéneas cuando el metal se encuentra adsorbido a la fracción fina, y las variaciones sedimentológicas se deben a cambios locales de velocidad y caudal de los ríos.

            Las características que debe tener el muestreo de sedimentos fluviales en función de la escala de trabajo se muestra en la tabla 3.

Escala	Longitud mínima del cauce a muestrear	Número de puntos de muestreo por km2
1: 200.000	0.8 km	1.7-2.1
1: 100.000	0.4 km	4.0-5.0
1: 50.000	0.2 km	8.5-14.0
1: 25.000	0.1 km	18.0-32.0

Tabla 3: Características recomendadas del muestreo de sedimentos fluviales en función de la escala de trabajo.

           

            Otro aspecto a tener en cuenta es la naturaleza de las unidades de roca que corta el río. Determinados tipos litológicos pueden ser ricos o extremadamente ricos en un determinado metal, y por lo tanto dar lugar a falsas anomalías. Por ejemplo, si estamos estudiando cromo, y el río en un sector corta rocas de composición peridotítica, es posible que obtengamos una anomalía basada solamente en el valor de fondo de estas rocas, que no tenga nada que ver con la fuente industrial del metal. Esto nos lleva a recordar la importancia de los estudios geológicos “previos” al diseño de una campaña de prospección geoquímica. El clima y la fisiografía son factores importantes a considerar ya que pueden afectar seriamente la movilidad de un determinado elemento. La alta movilidad geoquímica del Zn se ve reducida en regiones montañosas y frías. A pesar de que parece en principio una contradicción, la prospección geoquímica de sedimentos fluviales puede ser de gran interés en regiones áridas y semiáridas, ya que aunque esporádicas, las precipitaciones pueden ser muy intensas, lo cual posibilita, en ocasiones, fuertes tasas de remoción del regolito, y por lo tanto, una fuerte movilización de los elementos químicos ligados a éste.

Toma de muestras de sedimentos fluviales a distintas escalas (A-C) para la definición de un blanco (B-C),

y su posterior caracterización de detalle (D).

           

            Cabe destacar que cuando sea posible, conviene combinar estos estudios con los de aguas. La toma de muestras debe de ir acompañada de la recogida de datos sobre las características físico-químicas de las aguas, concentración de oxígeno, pH, etc.

  

A la izquierda, toma de muestras de sedimentos fluviales (Río Toro, Chile)

para la determinación de As, Cu, Zn. A la derecha laboratorio de campo

para la determinación del pH y contenido de oxígeno de las aguas.

            En cuanto a la preparación de muestras, esta se efectúa de una manera equivalente a la anteriormente descrita para las muestras de suelo.

Biogeoquímica

            El uso de la vegetación como método de prospección de prospección involucra la respuesta de las plantas a su medio, en particular al substrato químico que las soporta. Esta metodología se basa en el análisis químico de las plantas (Tabla 1) como medio para obtener evidencias acerca de las posibles anomalías geoquímicas que se oculten en profundidad. La biogeoquímica se adapta muy bien a aquellas regiones que presentan una vegetación muy densa y donde la cartografía geológica es difícil de ser llevada a cabo (ausencia de afloramientos). Aunque esta técnica ha probado ser de indudable ayuda, también presenta sus limitaciones, ejemplificadas en el denominado efecto barrera: con algunas pocas excepciones, las plantas pueden acumular un determinado elemento hasta cierto nivel solamente. De hecho, en el caso del mercurio, las raíces pueden actuar a modo de barrera impidiendo que el elemento ascienda hacia los órganos superiores de la planta. En este sentido la plantas pueden ser clasificadas en cuatro categorías: 1) sin efecto de barrera, las que concentran linealmente elemento químico investigado; 2) semi-barrera, que concentran entre 30 y 300 veces el valor de fondo del elemento en la planta; 3) con barrera, contenidos de hasta 3-30 veces el valor de fondo; y 4) con barreara de fondo, que no superan las concentraciones normales del elemento en una determinada planta. En otra esquema de clasificación, se habla de plantas hiperacumuladoras cuando determinadas especies toleran 10-100 veces más los valores normales de un determinado elemento (Tabla 5).

Elemento	Especie	Contenido normal (ppm)	Contenido máximo (ppm)	Localidad
Cu	Becium homblei	183	2.500	Zambia
Mn	Fucus vesiculosus	4.815	90.000	Rusia
Ni	Alyssum Bertolonii	65	100.000	Italia
Zn	Thlaspi calaminare	1.400	10.000	Alemania
Zn	Thlaspi caerulescens		43.710	Europa central
Cd	Thlaspi caerulescens		2.130	Europa central
Pb	Thlaspi caerulescens		2.740	Europa central

Tabla 5: Algunas plantas hiperacumuladoras y sus contenidos en metales pesados.

            Existen informes de 1885 que ya mostraban que Thlaspi calaminare acumulaba Zn en grandes concentraciones, en cuanto a Ni el informe más antiguo que hace mención a esta capacidad de las plantas data de 1948, y trató sobre el caso de Alyssum bertolonii, que podía contener hasta más de 1 % (> 10.000 ppm) de Ni en su peso en seco.

Plantas hiperacumuladoras: A: Thlaspi caerulescens (Zn y Ni); B: Alyssum bertolonii, (Ni);

C: Euphorbia helenae (Ni); D: Justicia lanstyakii (Ni).

            Los factores determinantes de anomalías de origen químico en las plantas son: 1) la disponibilidad de elementos en el suelo; 2) las características nutricionales de la planta;  y 3) los factores químicos y biológicos de la incorporación de elementos químicos en la planta. La disponibilidad de elementos químicos en el suelo depende tanto de la concentración del elemento como de su movilidad respecto de la actividad de la planta. Esto es a su vez función del pH, Eh, la capacidad de cambio de bases, y la presencia de agentes acomplejantes. Las raíces, además de captar las sales disueltas pueden absorber material unido a la superficie de partículas clásticas, en parte debido al efecto de microambientes ácidos generados por la raíces y en parte por fenómenos de cambio de bases.

Absorción de Ni desde un suelo enriquecido en el elemento

            El movimiento de constituyentes inorgánicos a la planta es controlado selectivamente, de manera que algunos elementos son admitidos libremente mientras que otros son rechazados en mayor o menor grado. Como hemos comentado anteriormente, aunque las raíces rechacen (en mayor o menor grado) selectivamente a algunos elementos tales como el plomo, el vanadio o el mercurio, una parte significativa llega a los órganos superiores de la planta y puede ser fácilmente detectada mediante análisis químicos.

            Los principales elementos químicos requeridos por las plantas son N, K, P, S, Ca, y Mg. Además de éstos los vegetales requieren muchos elementos traza, principalmente Cu, Zn, Mo, Mn, o B. Si los suelos no los poseen de manera biodisponible y en la cantidad adecuada, las plantas sufren trastornos fisiológicos o mueren. Por otra parte, un exceso de estos elementos sobre un nivel crítico es también perjudicial para la vida de la planta (biotoxicidad). En muchas especies de plantas el rango entre el mínimo requerido y el máximo tolerado es estrecho, por ejemplo, unas pocas ppm en el caso del boro, mientras que elementos como el cobre y el zinc pueden ser tolerados en mayores cantidades.  

            Un factor de mucho interés en los estudios de prospección biogeoquímica es la profundidad de penetración de las raíces. Aquellas plantas de raíces profundas que obtienen el agua del nivel freático se denominan freatófitas,  mientras que aquellas de raíces extendidas en las capas superficiales del suelo son denominadas xerófitas. Las primeras son de especial interés ya que permiten detectar contenidos metálicos a profundidades notables, de 10 a 15 m e incluso más.

            La toma de muestras puede realizarse sistemáticamente (red de muestreo) o bien tomando muestras de plantas donde sea posible (si la especie investigada es poco abundante). Una muestra de 20 g de materia vegetal es suficiente para dar 1 g de cenizas requerido para el análisis químico. Aunque potencialmente cualquier parte de la planta es susceptible de ser analizada, las hojas constituyen un blanco común dado su fácil acceso durante un muestreo sistemático. De todas maneras es muy conveniente probar en un estudio preliminar que parte de la planta concentra mejor el elemento investigado.

            Esta capacidad de algunas plantas de acumular elementos químicos las hace doblemente interesantes, ya que por un lado, como hemos visto, nos permiten detectar anomalías en un determinado elemento químico, y por otra, dada su capacidad de acumulación, pueden ser utilizadas para “limpiar” un terreno contaminado.