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FRACCIONES GEOQUÍMICAS DE Cd, Cu y Pb EN SEDIMENTOS COSTEROS
SUPERFICIALES DE ZONAS OSTRÍCOLAS DEL ESTADO DE SONORA, MÉXICO
Leticia GARCÍA-RICO
1
, María Sonia SOTO-CRUZ
1
, Martín E. JARA-MARINI
1
y
Agustín GÓMEZ-ÁLVAREZ
2
1
Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo, A.C., Apartado Postal 1735, Hermosillo 83000 Sonora,
México. Correo electrónico: lgarciar@cascabel.ciad.mx
2
Universidad de Sonora, Departamento de Ingeniería Química y Metalurgia. Rosales y Niños Héroes, Hermosillo,
Sonora, México
(Recibido julio 2003, aceptado junio 2004)
Palabras claves: fracciones geoquímicas, metales, sedimento, áreas ostrícolas, Golfo de California
RESUMEN
El objetivo del presente estudio fue determinar la distribución de Cd, Cu y Pb en cinco
fracciones geoquímicas de sedimentos costeros superficiales procedentes de las zonas
ostrícolas de Puerto Peñasco, Caborca, Hermosillo y Guaymas, Sonora, México. El análi-
sis químico de Cd, Cu y Pb se llevó a cabo utilizando el método de extracción secuencial
y por espectrofotometría de absorción atómica por llama. Las concentraciones de Cd y Pb
se incrementaron de norte a sur, las de Cu fueron semejantes en Puerto Peñasco, Caborca
y Hermosillo y en Guaymas la relación de Cu fue de 2:1 con respecto al resto de las zonas.
En la fracción de metal intercambiable se presentaron los valores menores de Cd, cobre y
Pb (< LD, 0.08, 0.13 μg/g, respectivamente) y en la fracción residual de la zona ostrícola de
Guaymas se detectaron los mayores niveles de cadmio 5.62, cobre 14.85 y plomo 46.55 μg/g.
La fracción de óxidos/hidróxidos de hierro y manganeso resultó la de mayor significancia
(p < 0.05) debido a que en ésta se detectaron los mayores niveles de metales no residuales,
lo que indica que los sedimentos evaluados pudieron estar unidos a óxidos e hidróxidos
de hierro y manganeso por su carácter de excelentes secuestradores de metales.
Key words: geochemical fractions, metals, sediment, oyster areas, Gulf of California
ABSTRACT
The aim of this study was to determine Cd, Cu, and Pb distribution in
five geochemical
fractions of sediments localizaed in Puerto Peñasco, Caborca, Hermosillo, and Guaymas,
Sonora, México. The chemical analyses of Cd, Cu, and Pb were done by sequential extrac-
tion method and flame atomic absorption spectroscopy. Cd and Pb concentrations in-
creased from north to south, the concentrations of Cu in Puerto Peñasco, Caborca and
Hermosillo were similar and Cu in Guaymas was higher 2:1. The exchangeable metal frac-
tion showed the lower values of Cd, Cu, and Pb (< LD, 0.08, 0.13 μg/g, respectively)
and
the residual fraction had the highest levels of Cd 5.62, Cu 14.85, and Pb 46.55 μg/g in the
oyster zone of Guaymas. The iron-manganese oxides and hydroxides fraction resulted the
most important; in this fraction the highest levels of non residual metals were detected,
which indicated that evaluated sediments could be related with iron-manganese oxides
and hydroxides.
Rev. Int. Contam. Ambient. 20 (4) 159-167, 2004
L. García-Rico
et al.
160
INTRODUCCIÓN
En los sistemas marinos los metales pesados son fija-
dos al sedimento por procesos como adsorción y
coprecipitación por hidróxidos y óxidos de hierro y
manganeso, adsorción en arcillas minerales, precipita-
ción con materia orgánica, reacciones hidrolíticas tan-
to de iones como de complejos disueltos y por otros
mecanismos naturales relacionados con las caracte-
rísticas fisicoquímicas de los sedimentos (Bruder-
Hubscher
et al.
2002, Sutherland y Tack 2002).
Los sedimentos marinos actúan como integradores
y concentradores de metales (De Gregori
et al.
1996,
González
et al
. 1998). Dependiendo de la forma quí-
mica y física de los metales, estos pueden movilizarse
y ser transportados a través de las membranas bioló-
gicas de las diferentes especies marinas (De Gregori
et al.
1996, Kong
et al.
1998). Por esta razón, además
de monitorear los cambios en concentración de meta-
les pesados en sedimentos, es importante determinar
la fracción no residual.
Los metales que se ubican en la fracción no resi-
dual son aquellos que se encuentran unidos a materia-
les que son componentes comunes del sedimento, como
minerales de arcillas, óxidos e hidróxidos de hierro y
manganeso y materia orgánica (Everaarts y SaralaDevi
1996, Ramos
et al.
1999). Desde el punto de vista
toxicológico los metales no residuales son importan-
tes, ya que sólo especies metálicas reactivas se
relacionan con su bioacumulación y toxicidad en los
sistemas acuáticos (Sutherland y Tack 2002). Meta-
les a nivel traza como cadmio (Cd), cobre (Cu) y plo-
mo (Pb) producen un gran espectro de efectos tóxi-
cos, especialmente en la etapa larvaria (Everaarts y
SaralaDevi 1996, Villar
et al.
2000). En cambio, la
fracción residual está compuesta principalmente de los
minerales primarios y secundarios, que poseen meta-
les dentro de su estructura cristalina. El metal en esta
fracción se considera inerte y no se encuentra dispo-
nible para los organismos de los ecosistemas marinos
(Tessier
et al.
1979).
En estudios previos (García-Rico
et al
. 2001, 2003)
realizados en agua, sedimento y ostión de los sistemas
costeros de los principales centros ostrícolas del esta-
do de Sonora se determinaron los niveles de un grupo
de metales. En términos ecotoxicológicos algunas
muestras puntuales de ostión presentaron concentra-
ciones de Cd (1.4 μg/g) mayores al
límite de toleran-
cia (1μg/g) establecido en la Norma Oficial Mexicana
NOM-031-SSA1-1993. En sedimento algunas mues-
tras puntuales presentaron concentraciones de Cd (2.51
μg/g) y Cu (27 μg/g) superiores o cercanas a los
nive-
les naturales o basales reportados para zonas no con-
taminadas. Además, al comparar los resultados ante-
riores con los criterios de toxicidad para metales en
sedimentos, citados por Ramos
et al.
(1999), se ob-
servó que el Cd fue el único metal encontrado por
arriba del nivel más bajo con efecto observable (LEL).
El estado de Sonora cuenta con un marco geológico
muy complejo, con una gran diversidad litológica, con
edades que van del Precámbrico al Reciente. Los aflo-
ramientos que predominan son las rocas ígneas
intrusivas del tipo ácido intermedio (granito-grano-
diorita), seguido por las rocas sedimentarias de origen
continental y marino. Los sedimentos más recientes
están conformados por aluviones, distribuidos sobre la
porción oeste del estado denominada Llanura
Sonorense. La llanura costera sonorense, localizada
en la porción occidental del estado, limita al este con
la Sierra Madre Occidental, al oeste con el Golfo de
California y al sur con Ciudad Obregón. Se caracteri-
za por grandes extensiones de planicie interrumpidas
por lomeríos y sierras aisladas como Seri, El Viejo, La
Gloria y El Pinacate (Consejo de Recursos Minerales
1992).
Las actividades económicas más importantes de-
sarrolladas en el estado de Sonora son la minería (que
ocupa los primeros lugares en la extracción de pro-
ductos metálicos como cobre, oro, hierro, plata, zinc y
plomo), la agricultura tecnificada, la ganadería intensi-
va de bovino y porcino, la pesca (captura y enlatado
de sardina y captura y cultivo de camarón de exporta-
ción), la industria maquiladora (electrónica, textil, me-
tal-mecánica y plásticos) y el turismo.
La actividad ostrícola en el estado de Sonora po-
see especial importancia al constituirse entre los prin-
cipales productores de ostión en el ámbito nacional,
debido a la capacidad de adaptación de este organis-
mo y la aceptación del producto en el mercado nacio-
nal. Las costas sonorenses, comprendidas dentro de
un litoral de 1,250 km, se caracterizan por una gran
diversidad de especies marinas y por la elevada pro-
ducción de camarón y moluscos como el ostión de
cultivo
Crassostrea gigas.
Por lo anterior, son nece-
sarios la generación de conocimientos sobre los as-
pectos que fortalezcan la producción.
En 1998 y 1999, una mortandad alta de ostión afec-
tó a las zonas ostrícolas del noroeste de México. Este
fenómeno se observó durante los eventos climatológi-
cos de “El Niño” y “La Niña” en el Golfo de California
(García-Rico
et al
. 2003) que pueden tener la capaci-
dad de modificar las condiciones fisicoquímicas, la
concentración y la especiación de los metales. Falta
claridad en las relaciones causales de estos fenóme-
nos naturales sobre la mortalidad del ostión y, espe-
cialmente, respecto a las interacciones fundamentales
que controlan la movilidad de metales en sedimento y
su consecuente
bioacumulación en este organismo. En
caso de presentarse variaciones físicas y químicas
como cambios en el pH, salinidad, condiciones de óxi-
METALES EN SEDIMENTOS MARINOS DEL ESTADO DE SONORA
161
do-reducción, presencia de agentes complejantes, en-
tre otros, los metales pueden pasar a la columna de
agua en formas disponibles provocando efectos tóxi-
cos a la biota. El propósito del presente estudio fue
determinar la concentración de Cd, Cu y Pb en las
fracciones geoquímicas de los sedimentos de las zo-
nas ostrícolas del estado de Sonora con el objeto de
generar información sobre niveles de referencia de
metales biodisponibles, su distribución e interacción en
los sedimentos y en el ostión.
MATERIALES Y MÉTODOS
Área de estudio
Se localiza en las regiones norte y centro del esta-
do de Sonora, México, entre los 26° 16’ y 32° 28’ N y
los 108° 35’ y 115° 04’ O (
Fig. 1
). El estudio se realizó
en siete zonas ostrícolas localizadas en los municipios
de Puerto Peñasco (Morúa, La Pinta, Almejas),
Caborca (Bahía Salinas, Los Tanques), Hermosillo (La
Cruz) y Guaymas (Bacochibampo). Las localidades
costeras de mayor concentración poblacional cerca-
nas a los centros ostrícolas son Guaymas (130,329
habitantes), Puerto Peñasco (31,167 habitantes), po-
blado Miguel Alemán (22,505 habitantes) y Caborca
(69,516 habitantes). El clima predominante en la lla-
nura costera es seco árido y las lluvias se concentran
en el verano (317 mm).
Como fuentes de contaminación en los esteros
Morúa, La Pinta y Almejas se encuentran la ciudad de
Puerto Peñasco, las áreas turísticas (que reciben anual-
mente alrededor de1.7 millones de turistas), los cam-
pamentos de las sociedades cooperativas y la pesca
por embarcaciones menores. En Bahía Salinas y Los
Tanques se consideran como fuentes de contaminación
las zonas ejidales dedicadas a la agricultura no
tecnificada (cultivo de algodón, cártamo, aceituna y
semilla de girasol), pesca y acuacultura y al acopio de
ganado, al igual que la ciudad de Caborca . En el estero
La Cruz se pueden considerar factores de contamina-
ción a los campamentos ostrícolas, los poblados de Kino
Viejo (3,100 habitantes) y Kino Nuevo (1,800
habitantes), residencias turísticas (aproximadamente
250 casas), embarcaciones menores y la zona agrícola
tecnificada
(a 23 km del área ostrícola) dedicada al
cultivo y a la exportación de uva de mesa, sandía,
calabaza, melón, entre otros productos agrícolas. Las
posibles fuentes de contaminación en Bahía de
Bacochibampo son la ciudad y el puerto de Guaymas,
la zona residencial y la turística (970,882 turistas), los
dos centros educativos y de investigación, los
campamentos pesqueros y un varadero de embar-
caciones menores. En la agricultura y ganadería
sonorense los plaguicidas a base de metales más
utilizados son fungicidas como oxicloruro de cobre e
hidróxido de cobre y fertilizantes como sulfato de zinc,
sulfato ferroso, sulfato de manganeso y quelatos de
zinc, de manganeso y de hierro.
Muestreo
Cada zona ostrícola se muestreó en el periodo com-
prendido de febrero a agosto de 1999, se obtuvieron
26 muestras de Puerto Peñasco, 18 de Caborca, 14 de
Hermosillo y 13 de Guaymas, lo que dió un total de 71
muestras de sedimento costero superficial (0 a 5 cm).
La selección del número de muestras por municipio se
realizó con base en la cantidad de cooperativas
ostrícolas y en cuanto a los sitios de muestreo, se con-
sideró su proximidad a posibles fuentes de contamina-
ción. Durante la marea baja se recolectaron manual-
mente muestras de 1 kg utilizando una cuchara de
polietileno (previamente lavada con ácido nítrico). Para
asegurar la representatividad de las muestras, se re-
colectaron varias porciones de sedimento en cada es-
tación de muestreo a una distancia de un metro. Se
almacenaron las muestras en recipientes de polietileno
y se transportaron en hielera al laboratorio. Posterior-
mente, se secaron a 55°C por 24 h.
Extracción secuencial y cuantificación de Cd, Cu
y Pb
La extracción de metales se realizó de acuerdo con
el método modificado de extracción secuencial de
E U A
SONORA
Nogales
Hermosillo
3. Almejas
4. Bahía Salina
5. Los Tanques
6. La Cruz
7. Bacochibampo
4
5
P. Peñasco
Caborca
6
7
7
G
o
l
f
o
de
C
a
l
i
f
o
r
ni
a
Estaciones de Muestreo
1
2
3
B. Kino
MÉXICO
115°15’
32°30’
26°20’
108°30’
Fig. 1
. Localización de la zona de estudio y estaciones de muestreo
Estaciones de
muestreo:
1. Morua
2. La Pinta
3. Almeja
4. Bahía Salina
5. Los Tanques
6. La Cruz
7. Bacochibampo
L. García-Rico
et al.
162
Tessier
et al.
(1979), obteniendo 5 fracciones: inter-
cambiable, ligada a carbonatos, ligada a óxidos de hie-
rro (Fe) y manganeso (Mn), ligada a materia orgánica
y sulfuros, y residual. Debido a las bajas concentra-
ciones de los tres metales detectadas previamente en
los sedimentos de estudio, fue necesario incrementar
el peso de la muestra, sin modificar el volumen de las
soluciones extractantes. El procedimiento de extrac-
ción se resume a continuación. Fracción intercambia-
ble: a 3 g de sedimento seco se le adicionaron 10 mL
de una solución de cloruro de magnesio (MgCl
2
) (pH
7), agitando a 75 rpm durante 10 min a temperatura
ambiente. Fracción de carbonatos: al residuo de la frac-
ción anterior se le agregaron 10 mL de acetato de sodio
(CH
3
COONa) 1M (pH 5), agitando a 75 rpm durante
5 h a temperatura ambiente. Fracción de óxidos de Fe
y Mn: al residuo de la fracción anterior se le añadieron
10 mL de hidroxilamina acidificada (NH
2
OH
.
HCl)
0.04M, agitando a 75 rpm durante 6 h a 96 °C. Frac-
ción de materia orgánica y sulfuros: al residuo de la
fracción anterior se le aplicaron 10 mL de peróxido de
hidrógeno (H
2
O
2
) (pH 2), agitando a 75 rpm durante 5
h a 85 °C. Al precipitado se le adicionaron 10 mL de
acetato de amonio 3.2M (CH
3
COOHNH
4
), agitando
a 75 rpm durante 5 h a temperatura ambiente. Una
vez concluido el tiempo de extracción en cada una de
las fracciones, se procedió a centrifugar, filtrar y cuanti-
ficar el contenido de cada metal.
La determinación de la fracción residual se realizó
por medio del método de Littau (1996). Se empleó el
sistema de digestión por microondas en dos etapas para
lo cual se pesó 0.5 g del residuo de la fracción de mate-
ria orgánica y sulfuros. En la primera etapa se adicio-
naron 2 mL de ácido fluorhídrico (HF), 2 mL de ácido
nítrico (HNO
3
) y 0.5 mL de ácido clorhídrico (HCl) y
se digirió por 10 y 15 min al 100 y 95 % de poder, res-
pectivamente. En la segunda etapa se agregaron 12.6
mL de ácido bórico (H
3
BO
3
) al 4 % v/v y se digirió por
10 y 20 min al 100 y 90 % de poder, respectivamente.
La solución se transfirió a un matraz volumétrico de 50
mL, se aforó con agua bidestilada y se procedió a la
cuantificación de metales.
La cuantificación de Cd, Cu y Pb en las cinco frac-
ciones se realizó por medio de espectrofotometría de
absorción atómica por llama, igualando matrices en
cada caso. La determinación de la concentración total
de metales se efectuó sumando la concentración ob-
tenida en cada una de las fracciones no residual y re-
sidual. Aquellas muestras que presentaron valores no
detectables (< LD) al analizárseles por llama, también
resultaron negativas por horno de grafito.
Los análisis se llevaron a cabo por duplicado inclu-
yendo un blanco reactivo. La exactitud se determinó a
través de un estándar certificado (sedimento de es-
tuario SRM-1646a) con excepción de Cd, para el cual
se adicionó una concentración conocida del mismo
analito. Los porcentajes de recuperación fueron: 90.8 %
para Cd, 103.4 % para Cu y 95.7 % para Pb, mientras
que para materia orgánica y carbonatos fue de 97.4 y
88.9 %. Los límites de detección (LD) (μg/g) de cada
metal por fracción fueron los siguientes. Fracción
intercambiable: Cd 0.05, Cu 0.02, Pb 0.05; fracción de
carbonatos: Cd 0.04, Cu 0.05, Pb 0.03; fracción de
óxidos de Fe y Mn: Cd 0.03, Cu 0.01, Pb 0.01; fracción
de materia orgánica y sulfuros: Cd 0.04 , Cu 0.01, Pb
0.02; fracción residual: Cd 0.05, Cu 0.01, Pb 0.02. Todo
el material utilizado durante el estudio se lavó con una
solución de Pierce 20 % v/v, agua bidestilada, HNO
3
20% v/v y nuevamente con agua bidestilada (García-
Rico
et al.
2001).
El contenido de materia orgánica se determinó por
oxidación con dicromato de potasio y titulación con
sulfato ferroso (Gaudette
et al.
1974) y la detección
de carbonatos se hizo por titulación ácida (AOAC
1990).
Análisis estadístico
Se realizaron un análisis de varianza lineal y una prue-
ba de comparación de medias de Fisher de diferencia
mínima significativa (á = 0.05) (NCSS 1996). Para el
análisis estadístico se utilizaron los valores del LD en
los casos en los que las muestras presentaron valores
no detectables.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Las características físicas y químicas de los sedi-
mentos de estudio se presentan en la
tabla
I
. Los se-
dimentos de las cuatro zonas se caracterizan por un
alto porcentaje de arena (86 al 100%), con bajo conte-
nido de materia orgánica y carbonatos, con excepción
de los sedimentos de la zona de Guaymas en donde la
concentración de carbonatos fue del 44.6%. De acuer-
do con la coloración (café a gris) de los sedimentos de
dichas zonas se deduce que estos se encuentran en un
ambiente oxidante a ligeramente reducido, ausentes
de ácido sulfhídrico. Sólo en Caborca y en Guaymas
se observaron afluentes naturales durante la época de
lluvia, para el resto de las zonas no se observó ningún
tipo de descarga hacia las áreas de cultivo.
Garbarino
et al.
(1995) clasifica a los sedimentos
de acuerdo con su contenido de metales en: no conta-
minados (Cu < 25, Pb < 40 μg/g), moderadamente con-
taminados (Cu 25-50, Pb 40-60 μg/g) y muy contami-
nados (Cd > 6, Cu > 50, Pb > 60 μg/g). Al comparar la
concentración promedio de metales detectada en el
presente estudio (
Tabla II
) con la clasificación de
Garbarino
et al.
(1995), se observa que los niveles de
Cu corresponden a sedimentos no contaminados, mien-
METALES EN SEDIMENTOS MARINOS DEL ESTADO DE SONORA
163
tras que el Pb resultó ligeramente mayor (46.55 μg/g)
únicamente en el municipio de Guaymas. En esta cla-
sificación no se incluyen valores de referencia para
Cd en sedimentos no contaminados y moderadamente
contaminados, sin embargo dado que el intervalo de-
tectado fue de 2.57 a 5.67 μg/g (
Tabla II
) es evidente
que los sedimentos de estudio no se encuentran muy
contaminados. Al comparar la concentración total de
metales entre zonas (
Tabla II
), se observa que los
niveles de Cd y Pb se incrementan de norte a sur. Los
niveles de Cu en Puerto Peñasco, Caborca y
Hermosillo fueron semejantes, aunque ligeramente
mayores en Puerto Peñasco. En los sedimentos pro-
cedentes de Guaymas la relación de Cu respecto al
resto de las zonas fue del orden de 2:1. La mayor con-
centración total de Cd (5.62 μg/g), Cu (14.85 μg/g) y
Pb (46.55 μg/g) se detectó en la zona ostrícola del
municipio de Guaymas.
Páez-Osuna y Osuna-López (1990, 1992) señalan
una asociación directa entre las concentraciones ele-
vadas de Cd y las descargas de aguas residuales, ade-
más de altos contenidos de sulfuros (escalerita y
wurtzita, pirrotita, calcopirita y galena) en la cuenca
hidrotermal de Guaymas. Según los autores, el Cd es
fijado por el fitoplancton en la columna de agua y de-
positado en el fondo marino, en donde posteriormente
puede ocurrir la degradación del detritus orgánico y
liberarlo. Estos procesos junto con los hidrotermales,
pueden afectar la partición química de los metales. La
actividad hidrotermal en el Valle de Guaymas afecta
la cuenca hidrológica de la zona, sin embargo no exis-
te información del contenido de Cd en los pozos cer-
canos al área de estudio (Rodríguez
et al
. 1985, Con-
sejo de Recursos Minerales 1992). Además, de las
dos fallas geológicas identificadas una de ellas atra-
viesa la Bahía de Bacochibampo (Vega
et al
. 2000).
Las concentraciones de metales en la fracción de
metales intercambiables fueron: Cd < LD, Cu 0.08 μg/g
y Pb 0.24 μg/g. En esta fracción se encuentran los
metales libres y/o débilmente unidos a complejos or-
gánicos e inorgánicos del sedimento (Carapeto y
Purchase 2000), los cuales dependiendo de los cam-
bios iónicos del agua pueden ser movilizados con rela-
tiva facilidad.
Toxicológicamente, la fracción intercambiable es
la de mayor importancia debido a que los metales li-
bres pueden ser absorbidos por los organismos mari-
nos y provocar un amplio espectro de efectos tóxicos,
especialmente en la etapa larvaria de especies meno-
Zona
% de Arena
% Materia
% Carbonatos
Orgánica
(> + 63 μm)
± DE
± DE
Puerto
Peñasco
91
1.3 ± 0.3
7.8
±
5.1
Caborca
86
0.9 ± 0.5
4.0
±
4.1
Hermosillo
97
1.0 ± 0.5
7.0
± 10
Guaymas
100
1.4 ± 0.4
44.6
±
4.5
TABLA I
. CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Y QUÍMICAS DE
LOS SEDIMENTOS COSTEROS EN LAS ZONAS
DE ESTUDIO
Fracción
Puerto Peñasco (N=26)
2
Caborca (N=18)
2
Hermosillo (N=14)
2
Guaymas (N=13)
2
Cd–Intercambiable
<0.05
<0.05
<0.05
<0.05
Cd–Carbonatos
0.09 ±
0.03
a
0.09
±
0.03
a
0.09
±
0.03
a
0.11
±
0.04
b
Cd-Óxidos Fe y Mn
0.40 ±
0.23
b
0.25
±
0.21
a
0.34
±
0.36
a
1.29
±
0.38
c
Cd-Materia orgánica
0.08 ±
0.00
a
0.08
±
0.00
a
0.08
±
0.00
a
0.25
±
0.16
b
Cd–Residual
2.00 ±
0.02
a
2.26
±
0.68
ab
2.74
±
0.99
b
4.02
±
1.39
c
Cadmio Total
2.57 ±
0.58
2.68
±
1.09
3.26
±
1.39
5.62
±
1.57
Cu–Intercambiable
0.08 ±
0.00
a
0.08
±
0.00
a
0.08
±
0.00
a
0.17
±
0.00
b
Cu–Carbonatos
0.10 ±
0.03
b
0.08
±
0.00
a
0.08
±
0.00
a
0.12
±
0.05
c
Cu-Óxidos Fe y Mn
0.44 ±
0.28
a
0.30
±
0.27
a
0.50
±
0.59
a
2.16
±
0.44
b
Cu–Materia orgánica
0.24 ±
0.09
a
0.28
±
0.13
ab
0.33
±
0.22
b
0.60
±
0.22
c
Cu–Residual
5.94 ±
5.90
a
5.02
±
2.33
a
5.02
±
1.49
a
11.97
±
2.50
b
Cobre Total
6.71 ±
6.04
5.69
±
2.42
5.93
±
1.63
14.85
±
2.52
Pb–Intercambiable
<0.05
0.27
±
0.09
c
0.13
±
0.06
b
0.23
±
0.08
c
Pb–Carbonatos
1.20 ±
1.62
a
1.00
±
1.72
a
1.67
±
3.10
b
2.83
±
4.27
c
Pb-Óxidos Fe y Mn
3.26 ±
2.46
b
1.94
±
1.66
a
3.47
±
2.20
b
10.58
±
4.35
c
Pb–Materia orgánica
1.56 ±
1.55
b
0.49
±
0.26
a
0.67
±
0.34
a
2.16
±
1.34
c
Pb–Residual
19.47 ±
7.33
a
25.03
±
11.74
b
28.07
± 11.05
bc
31.50
±
9.12
c
Plomo
Total
25.49 ± 7.11
28.46 ± 11.27
33.87 ± 11.15
46.55 ± 9.67
TABLA II.
CONCENTRACIÓN DE Cd, Cu, Y Pb (μg/g ± DESVIACIÓN ESTÁNDAR)
1
EN LAS FRACCIONES
GEOQUÍMICAS DE SEDIMENTOS MARINOS EN LAS ZONAS DE ESTUDIO
1
Medias por fila con letras iguales, no son estadísticamente diferentes (á = 0.05)
2
Número de muestras analizadas
L. García-Rico
et al.
164
res (González
et al.
1998, Carapeto y Purchase 2000).
Soto-Jiménez
et al
. (2001) señalan que la presencia
de metales en la fracción intercambiable se debe a
actividades antrópicas, principalmente de tipo indus-
trial. Con los resultados del presente estudio se corro-
bora que las actividades que se desarrollan alrededor
de las zonas de estudio son de bajo impacto ambiental.
En esta fracción, los niveles de Cu en Guaymas y Pb
en Caborca y Guaymas fueron significativamente
mayores (p < 0.05) al resto de las zonas.
En la fracción de metales ligados a carbonatos, la
concentración de Cd y Cu (0.08 a 0.10 μg/g) fueron
similares en las zonas de Puerto Peñasco, Caborca y
Hermosillo, mientras que para el Pb se observaron pe-
queñas variaciones entre estas zonas (1.00 a 1.67 μg/g).
En la zona de Guaymas se detectaron los mayores
niveles de los tres metales, siendo Pb el elemento con
la mayor concentración (2.83 μg/g), representando el
6 % de la concentración total. El carbonato de calcio
en los sistemas marinos actúa como absorbente de
metales, formando especies lábiles (Villalobos y Leckie
2000). La importancia toxicológica de los metales
ligados a carbonatos radica en que su biodisponibilidad
en los organismos marinos es favorecida por el pH
ácido del sistema digestivo.
Los niveles bajos de metales asociados a carbona-
tos en las tres primeras zonas de estudio fueron acor-
des al reducido contenido de carbonatos en sedimen-
tos (4 a 7.8 %), mientras que en Guaymas los niveles
de carbonatos fueron altos (44.6 %). Bajo ciertas con-
diciones propicias algunos metales asociados a los se-
dimentos (por ejemplo, los unidos a los carbonatos)
pueden ser retornados a las aguas superficiales (fase
acuosa), lo cual puede ser considerado como una fuente
significativa de metales. La disminución del pH con-
duce a la disolución de carbonatos e hidróxidos, libe-
rando los metales por un incremento en la desadsorción
de iones metálicos debido a la competencia con los
iones hidróxidos (Förstner 1979, 1986, Morrison 1986).
En esta fracción resultaron significativamente mayo-
res (p < 0.05) las concentraciones de Cd en Guaymas,
Cu en Puerto Peñasco y Guaymas, así como Pb en
Hermosillo y Guaymas, con respecto al resto de las
zonas, indicando un origen natural común (Consejo de
Recursos Minerales 1992).
Las concentraciones de Cd, Cu y Pb en la fracción
correspondiente a los metales ligados a óxidos de Fe y
Mn, presentaron un comportamiento similar por zona:
concentraciones altas en Puerto Peñasco, ligero des-
censo en Caborca para incrementarse nuevamente en
Hermosillo, alcanzando la mayor concentración de Cd
1.29, Cu 2.16 y Pb 10.58 μg/g en Guaymas, represen-
tando el 23, 15 y 22 % de la concentración total, res-
pectivamente. En esta fracción las concentraciones
de metales se incrementaron respecto a las fraccio-
nes anteriores. Las condiciones oxidantes favorecen
el secuestro de metales por óxidos de Fe y Mn, este
proceso ocurre por coprecipitación y adsorción (Elder
1988, Cidu
et al.
1997), en cambio bajo condiciones
reductoras, los metales se disuelven (Elder 1988, Mat
et al.
1994). Al comparar la concentración de metales
por zona resultaron significativamente mayores (p < 0.05)
Cd en Puerto Peñasco y Guaymas, Cu en Guaymas y
Pb en Puerto Peñasco, Hermosillo y Guaymas. La
distribución de plomo en esta fracción al igual que las
de Cd y Cu puede ocurrir en vías de oxidación/
reducción, donde los óxidos de Fe y Mn actúan como
secuestrantes (Tessier
et al.
1980, Soto-Jiménez
et
al
. 2001).
Los suelos de las zonas de Puerto Peñasco, Caborca
y Hermosillo son depósitos aluviales de talud y eólicos,
predominando arcillas, feldespatos y cuarzos, mien-
tras que los del municipio de Guaymas son de tipo vol-
cánico (andesitas basálticas) lo cual puede estar rela-
cionado con la presencia de sulfuros y óxidos y con
formaciones de tipo ferromagnesiana (Consejo de
Recursos Minerales 1992) que pueden explicar la pre-
sencia
de metales unidos a óxidos de Fe y Mn. Otra
fuente de metales en el municipio de Guaymas es la
existencia de yacimientos minerales de Au, Ag, Cu,
Pb y Mn a menos de 100 km (Consejo de Recursos
Minerales 1992).
Las concentraciones de Cd en la fracción ligada a
la materia orgánica y/o sulfuros, fueron iguales (0.08
μg/g) para las zonas de Puerto Peñasco, Caborca y
Hermosillo, mientras que en Guaymas fue de 0.25 μg/g,
representando aproximadamente el 3 y 5 % de las con-
centraciones totales de los tres primeros y Guaymas,
respectivamente. Los niveles de Cu en las cuatro zonas
tuvieron variaciones de 0.24 a 0.60 μg/g, representando
del 4 al 6 % de la concentración total por zona. El Pb
mostró mayor variación (0.49 a 2.16 μg/g) que el Cu,
estando las mayores concentraciones en Puerto
Peñasco y Guaymas.
Un aspecto importante relacionado con la presen-
cia de metales en la fracción ligada a materia orgáni-
ca y/o sulfuros, es el contenido de materia orgánica.
La concentración de materia orgánica en Caborca y
Hermosillo fue de 0.93 y 1.0 %, respectivamente, mien-
tras que en Puerto Peñasco y Guaymas fue donde se
detectaron los niveles mayores (1.3 y 1.4 %, respecti-
vamente). En esta fracción las concentraciones de
metales por zona, que resultaron significativamente
mayores (p < 0.05) fueron: Cd en Guaymas, Cu en
Hermosillo y Guaymas y Pb en Puerto Peñasco y
Guaymas. Las interacciones de los metales en esta
fracción se dan principalmente a través de com-
plejación con sustancias húmicas que conforman la
materia orgánica y abarcan los ácidos húmicos,
fúlvicos, huminas y ácidos orgánicos (Elder 1988,
METALES EN SEDIMENTOS MARINOS DEL ESTADO DE SONORA
165
Bruder-Hubscher
et al.
2002). Tessier
et al.
(1980)
observaron un orden similar entre Cu y Pb en esta
fracción, indicando formas complejas de metales con
componentes orgánicos.
La fracción residual contiene los metales litógenos
que son inertes y se encuentran dentro de la red cris-
talina de silicatos, por lo que las condiciones ambien-
tales no afectan sus enlaces químicos (Tessier
et al.
1979, Giordano
et al.
1992). En esta fracción se mani-
festaron los mayores niveles de los tres metales, com-
portamiento similar al reportado por Giordano
et al.
(1992). Además, las concentraciones de metales en-
contradas en esta fracción representaron porcentajes
68 % de las concentraciones totales, lo que indica
que menos del 40 % de la concentración de metales
se encuentra distribuida en las primeras cuatro frac-
ciones. Soto-Jiménez
et al
. (2001) y Soto-Jiménez y
Páez-Osuna (2001), describieron las mayores concen-
traciones de Cu y Pb en la fracción residual, en cam-
bio más del 60 % del Cd se detectó en la fracción
intercambiable. Sin embargo, los autores señalan que
los sedimentos de grano fino son fácilmente oxidados
durante el muestreo y extracción de las fracciones
geoquímicas. El mismo comportamiento se observó en
los sedimentos superficiales de la parte centro y sur
del Golfo de California al detectar del 61 al 73 % del
zinc asociado a la fracción residual y el resto a los
óxidos de hierro y manganeso (Páez-Osuna y Osuna
López 1990).
La
figura 2
muestra la distribución de metal resi-
dual y no residual (no litógena). Los porcentajes de los
tres metales en la fracción no litógena variaron del 13
al 34 %, siendo en Puerto Peñasco y Guaymas donde
se detectaron los mayores porcentajes de Cd y Pb. En
Caborca y Hermosillo la distribución de los tres meta-
les fue semejante. La fracción de óxidos/hidróxidos
de Fe y Mn en las cuatro zonas fue la de mayor
relevancia, debido a que aquí se concentraron más del
40 % del total de metales no litógenos. Otra fracción
geoquímica importante fue la ligada a la materia orgá-
nica, correspondiéndole más del 11 % de los metales
no litógenos, sin embargo los complejos formados en
esta última fase son más estables, sobre todo los uni-
dos a ácidos húmicos y fúlvicos. También, se observa
que en algunas zonas los niveles de metales en la frac-
ción de carbonatos y de materia orgánica fueron se-
mejantes, con excepción del Pb el cual en algunos casos
fue mayor en la fracción de carbonatos. Este compor-
tamiento indica que el Pb en los sedimentos tiende a
formar principalmente complejos de carbonatos. Se
sabe que los metales asociados a compuestos lábiles
como los carbonatos representan un riesgo potencial,
ya que cambios ambientales pueden incrementar su
biodisponibilidad. Por ejemplo, una disminución en el
pH puede conducir a la disolución de carbonatos y por
lo tanto contribuir a la liberación de metales (Morrison
1986).
En la fracción no litógena se encuentran los meta-
les libres o ligados por interacciones iónicas, puentes
de hidrógeno y enlaces covalentes (Lee 1975) y se
obtiene de sumar la concentración de metales en las
primeras cuatro fracciones (Mat
et al.
1994). La frac-
ción no litógena resulta potencialmente biodisponible
(Mat
et al.
1994, González
et al.
1998). La movilidad
y el enriquecimiento de los metales en esta fracción
es favorecida por ligeros cambios fisicoquímicos en el
ambiente (De Gregori
et al.
1996) representando un
riesgo potencial para los organismos marinos, espe-
cialmente en la etapa larvaria. Debido a lo anterior, es
importante establecer medidas preventivas para evi-
tar el incremento de metales en esta fracción.
En México no existe regulación sobre niveles de
metales en sedimentos, por lo que los resultados obte-
nidos se compararon con los criterios de toxicidad ci-
tados por Ramos
et al.
(1999). Según esta clasifica-
ción, los niveles de Cu y Pb en la fracción no litógena
de cada zona resultaron muy por debajo de estos cri-
terios (LEL: Cu 16 μg/g, Pb 31μg/g) lo que indica que
los sedimentos de este estudio corresponden a áreas
no contaminadas y el origen de los metales se debe a
condiciones naturales. Sin embargo, las concentracio-
nes de Cd no litógeno en Puerto Peñasco, Caborca y
Hermosillo resultaron muy cercanas al nivel más bajo
con efecto observable (LEL, 0.6 μg/g), mientras que
en Guaymas fue aproximadamente 2.7 veces mayor.
Estos hallazgos concuerdan con los niveles de Cd to-
tal detectados previamente en sedimento y ostión de
las misma zona de estudio (García-Rico
et al.
2001,
2003). En razón de la elevada biodisponibilidad de Cd
en sedimento, se puede asumir que este metal puede
atravesar fácilmente la pared celular de los organis-
mos acuáticos provocando efectos negativos sobre su
desarrollo óptimo. Lo anterior significa un foco de
atención en el cual se deben centrar investigaciones
Fig. 2
. Distribución de metales en la fracción no-residual y
residual, en las zonas de estudio (PP: Puerto Peñasco, C:
Caborca, H: Hermosillo, G: Guaymas)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
PP C
H
G
PP C
H
G
Cd
Cu
Pb
Distribución (%)
PP C
H
G
PP C
H
G
PP C
H
G
PP C
H
G
Residual
Fracción IV
Fracción III
Fracción II
Fracción I
Residual
Residual
Fracción IV
Fracción IV
Fracción III
Fracción III
Fracción II
Fracción II
Fracción I
Fracción I
L. García-Rico
et al.
166
posteriores, ya que las áreas de estudio son importan-
tes productoras de ostión.
La información generada en el presente estudio
constituye el inicio del establecimiento de niveles de
referencia de metales en sedimentos de zonas ostrícolas
del estado de Sonora. Además, el conocimiento de la
distribución e interacción de metales en los sedimen-
tos de esta zona en conjunto con estudios de otros
metales y de mineralogía pueden apoyar al entendi-
miento del proceso de bioacumulación de Cd en ostión
cultivado y el efecto que pueden tener los fenómenos
naturales en su movilización y toxicidad. Con todo lo
anterior, se estará en posibilidad de establecer medi-
das atenuantes a la presencia de metales en los
moluscos, protegiéndose así el desarrollo del cultivo
en la región.
La extracción secuencial resultó una técnica útil,
ya que a diferencia de la estimación de la concentra-
ción total, proporciona información sobre la distribu-
ción de metales en los sedimentos. La fracción de
óxidos/hidróxidos de Fe y Mn y la ligada a materia
orgánica fueron las de mayor relevancia toxicológica
ya que concentraron arriba del 50 y 20 %, respectiva-
mente, del total de metales no litógenos. Los niveles
de Cd, Cu y Pb detectados en este estudio correspon-
dieron a los reportados en áreas de bajo impacto
antrópico, por lo que su origen se debe principalmente
a fuentes naturales. Las concentraciones de Cd no
litógeno en Puerto Peñasco, Caborca y Hermosillo
resultaron muy cercanas al nivel más bajo con efecto
observable, mientras que en Guaymas fue aproxima-
damente 2.7 veces mayor. Dadas las características
de bioacumulación y persistencia de metales en el
ambiente y a la inestabilidad de los complejos metal-
óxidos/hidróxidos de Fe y Mn, es importante estable-
cer medidas precautorias ya que los metales, como
Cd, depositados en esta fracción resultan potencial-
mente tóxicos debido a los cambios en el ambiente.
AGRADECIMIENTOS
Los autores agradecen a SIMAC y a la Dirección
General de Pesca y Acuacultura del estado de Sonora
el apoyo económico brindado para la realización del
presente estudio.
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