Contaminación por metales pesados en el agua

Los metales pesados son un grupo de elementos químicos cuyos pesos atómicos se encuentran entre 63.55 (cobre) y 200.59 g/mol (mercurio), y sus densidades oscilan entre los 4 y los 7 g/cm³. Los metales pesados más usados y conocidos por sus problemas medioambientales son:

• El plomo (Pb).
• El mercurio (Hg).
• El zinc (Zn).
• El cadmio (Cd).
• El cobre (Cu).
• El molibdeno (Mo).
• El manganeso (Mn).
• El níquel (Ni), entre otros.

También se incluyen otros elementos tóxicos más ligeros como:

• El aluminio (Al).
• El berilio (Be).
• El arsénico (As).

Los metales pesados proceden de una amplia variedad de fuentes, tanto naturales como artificiales:

• Las fuentes naturales se corresponden con minerales ricos en metales procedentes de la roca madre o de volcanes.
• Las fuentes antrópicas o artificiales se corresponden con los yacimientos mineros, las industrias y las fuentes de energía y todo aquello relacionado con su transporte.

Varios metales pesados son esenciales para el correcto funcionamiento del ecosistema. Metales como el hierro, el cobre, el zinc, y el molibdeno son necesarios para plantas y animales ya que forman parte de las enzimas y otras proteínas. Por ejemplo, la hemocianina, proteína del plasma sanguíneo encargada del intercambio gaseoso en crustáceos, moluscos y arácnidos, contiene cobre. Especialmente en el mar, pero también en agua dulce, el hierro actúa como limitante de la producción primaria, mientras que el molibdeno actúa como limitante en la tasa de fijación del nitrógeno. Estos metales deben estar presentes en la naturaleza a bajas concentraciones pero si se encuentran en concentraciones más altas, aunque sean ligeramente, pueden ser tóxicos. Otros metales pesados como el arsénico, el cadmio, el plomo y el mercurio simplemente son tóxicos y no son requeridos en actividades biológicas.

La contaminación ambiental con metales pesados aparece cuando la extracción y el uso de estos se intensifica. El desarrollo urbano también ha contribuido a la entrada de metales pesados en el medio, pues para urbanizar es necesario transformar el suelo y la roca madre que hay debajo. Además, las aguas residuales sin tratar, el lixiviado de vertederos o el abandono de residuos en el medio ambiente también son una fuente de contaminación de metales pesados.

La actividad industrial y minera es responsable de la liberación al medio de plomo, mercurio, cadmio, arsénico y cromo, perjudiciales tanto para la salud humana como para el resto de seres vivos.

Gran parte del plomo se libera del reciclado de baterías y de restos industriales como soldaduras, metales, recubrimientos de cables, etc. El plomo contamina el agua por medio de sales solubles en agua que sobre todo se generan en la industria de la pintura y pirotecnia, en la fabricación de alfarerías con esmaltado, en técnicas de fototermografía y de coloración de vidrios, en la producción de químicos como el tetraetilo de plomo (antidetonante en gasolinas) y en la industria minera entre otros.

El mercurio tiene la característica especial de que en estado ambiental se encuentra en estado líquido. Sin embargo, este no es tan tóxico como sus vapores y derivados. Algunos compuestos de mercurio proceden de las fábricas de cloruro de polivinilo (PVC) y otros compuestos clorados, pinturas y pesticidas fungicidas, detonadores de explosivos y plásticos, por actividades mineras como en la extracción de cinabrio (mineral de sulfuro de mercurio), de oro y plata y por las refinerías de petróleo.

Una pequeña parte de la contaminación de las aguas con mercurio procede de la actividad biológica. Algunas bacterias anaerobias que viven en los fondos de lagos son capaces de transformar el mercurio y otros derivados inorgánicos en compuestos orgánicos de mercurio por procesos de metilación (adición de grupos -CH3).

Otro metal especialmente tóxico es el cadmio, el cual tiende a formar compuestos acuosos. Los compuestos de cadmio más usados en la industria son los complejos de haluros, el cianuro y la amina. El cadmio contamina el agua sobre todo por los vertidos de aguas residuales sin tratar de industrias como las del acabado de metales, la electrónica, las aleaciones de hierro y la producción de hierro y zinc, la fabricación de pigmentos (pinturas y colorantes), de baterías (cadmio, níquel), de estabilizadores plásticos, de fungicidas, de tratamientos como la electrodeposición y su uso en reactores nucleares.

Algunos derivados del cadmio se emplean como catalizadores y sus sales de ácidos orgánicos (laurato, estearato o el benzoato de cadmio) se usan como estabilizadores de luz y temperatura en plásticos. Estos estabilizadores pueden contaminar los alimentos si se almacenan en plásticos que los contienen.

Los cianuros, procedentes de la industria galvánica, de las refinerías y de la limpieza de metales se vierten a las aguas residuales, contaminando los ecosistemas acuáticos. Otros metales como el arsénico, el cobre y el cromo son muy utilizados como conservantes de la madera y las cenizas del carbón contienen trazas de muchos metales pesados.

En general los metales pesados, excepto el arsénico, el molibdeno y el selenio, son poco solubles en aguas alcalinas (pH > 7) y pueden unirse a partículas orgánicas. De este modo, los metales pueden aparecer en concentraciones tóxicas muy elevadas en aguas que aparentemente son puras, prístinas y claras, como las aguas oligotróficas de un río en la montaña. Las concentraciones de metales pesados pueden ser especialmente altas en aguas blandas que fluyen por zonas con minerales de sulfuro o residuos de minería.

Los metales pesados son poderosos agentes que tienen efectos significativos en los ecosistemas dulceacuícolas. Estos metales se encuentran típicamente en bajas concentraciones, en partes por millón (ppm) o partes por billón (ppb), por lo que son difíciles y caros de detectar.

Existen algunos bioindicadores como los macroinvertebrados acuáticos que pueden acumular metales pesados en su exoesqueleto, incluso durante semanas y meses. Por ejemplo, las larvas de plecóptero son buenos bioindicadores de la concentración media de metales como el cadmio y el molibdeno en arroyos de montaña afectados por las liberaciones de aguas residuales mineras.

A pesar de que los metales se encuentren en bajas concentraciones, tienen una serie de consecuencias en los ecosistemas, las cuales vamos a explicar a continuación.

Efectos letales y subletales en los organismos

Los efectos de los metales pesados pueden clasificarse en agudos o en crónicos. Los efectos agudos ocurren en un corto periodo de tiempo y normalmente acaban matando o dañando severamente a los organismos. Los efectos subletales típicos son la disminución en la tasa de crecimiento y cambios en el comportamiento o en el desarrollo.

Por otro lado, los efectos crónicos son aquellos que se producen a largo plazo. Muchos metales son:

• Carcinogénicos: producen cáncer.
• Teratogénicos: tienen efectos negativos en el desarrollo.
• Mutagénicos: dañan el ADN.
• Neurotóxicos: afectan negativamente a las funciones neuronales y cognitivas.
• Disruptores endocrinos: actúan como o interfieren con las hormonas.
• Incluso pueden dañar el sistema inmunológico de los organismos.

Bioacumulación

Los metales pesados también tienen efectos indirectos en los seres vivos pues se bioacumulan en los organismos y se mueven por las redes tróficas. Muchos de los metales, como los compuestos orgánicos del mercurio, son lipofílicos, es decir, son más solubles en grasas que en el agua, y por tanto tienden a acumularse en el tejido graso del animal. Aunque muchos metales se encuentran en bajas concentraciones, del orden de partes por trillón (ppt), pueden o no ser tóxicos directamente para los seres vivos, sin embargo, debido a la bioacumulación, estos se pueden acumular en niveles muy tóxicos en los organismos.

Biomagnificación

La biomagnificación es el proceso por el que los metales lipofílicos ascienden en la cadena trófica, desde la presa al predador. Por ejemplo, el fitoplancton al filtrar el agua acumula en su cuerpo los metales lipofílicos, y por tanto la concentración de metales pasará a ser mayor en el organismo que en el agua. Cuando el zooplancton consume el fitoplancton, una porción de esos metales se transfiere a las grasas del zooplancton, aumentando a su vez su concentración respecto a la del fitoplancton. Este proceso continúa hacia la cima de la cadena trófica. Una regla muy común dice que cada nivel trófico es capaz de acumular hasta diez veces más de toxicidad que el nivel trófico anterior.

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