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Red de Revistas Científicas de América Latina y el Caribe, España y Portugal
Rev. Int. Contam. Ambie. 29 (3) 165-178, 2013
ELEMENTOS MAYORITARIOS, MINORITARIOS Y TRAZA EN MUESTRAS DE SEDIMENTOS
DEL MEDIO Y BAJO RÍO ORINOCO, VENEZUELA
Abrahan MORA
1*
, Juan A. ALFONSO
1
, Juan Carlos BAQUERO
2
, Helga HANDT
1
y Yaneth VÁSQUEZ
1
1
Centro de Oceanología y Estudios Antárticos. Instituto Venezolano de Investigaciones Científcas, Venezuela
2
Universidad Politécnica de Madrid, España
*
Autor responsable: amora@ivic.gob.ve
(Recibido junio 2012, aceptado junio 2013)
Palabras clave: geoquímica, sedimentos, contaminación, Orinoco
RESUMEN
Se determinaron las concentraciones de elementos mayoritarios (Fe y Al), minoritarios
(Na, K, Ca, Mg, Mn y Zn) y traza (Cr, Cu, Pb y Cd) en muestras de sedimentos de fondo
de los ríos Caura,Apure y Orinoco con la fnalidad de verifcar la existencia de abundan
-
cias geogénicas y antrópicas de ciertos elementos en estas muestras de sedimentos. Las
muestras fueron sometidas a digestión ácida con agua regia para luego ser analizadas por
espectrofotometría de absorción atómica. Los sedimentos del río Caura presentaron los
valores más bajos de elementos minoritarios y traza posiblemente debido a la presencia
de arcillas e hidróxidos que poseen una baja capacidad de intercambio catiónico (caolinita
y gibbsita) y a los bajos valores de pH del río Caura. Las muestras de sedimentos de los
ríos Apure y Orinoco presentaron valores altos de elementos mayoritarios, minoritarios
y traza probablemente debido a la presencia de minerales como oxihidróxidos de Fe y
arcillas que son producto de un estado de meteorización intermedia, las cuales tienen la
capacidad de ocluir y adsorber elementos minoritarios y traza. Las altas concentraciones
de los elementos estudiados en las muestras de sedimentos, aguas abajo del río Orinoco,
pueden indicar un incremento en la tasa de sedimentación del material fno aportado por
el río Apure, a medida que se incrementa la distancia de la con±uencia Apure-Orinoco.
Los sedimentos del río Orinoco mostraron una abundancia atípica de Fe, Zn, Cr y Pb hacia
las adyacencias de la zona industrial Matanzas, probablemente debido a las descargas
procedentes de industrias siderúrgicas y a la sedimentación de partículas de mineral de
hierro derivadas de las industrias mineras.
Key words: geochemistry, sediments, pollution, Orinoco
ABSTRACT
The concentrations of major (Fe and Al), minor (Na, K, Ca, Mg, Mn and Zn) and
trace (Cr, Cu, Pb and Cd) elements were determined in samples of bottom sediments
o² the Caura, Apure and Orinoco rivers in order to veri²y the existence o² geogenic or
anthropogenic abundance of several elements in these sediments. The samples were
subjected to acid digestion with aqua regia and then analyzed by atomic absorption
spectrometry. The sediment samples of the Caura River showed the lowest values of
minor and trace elements probably due to the presence o² clays and hydroxides that
A. Mora
et al.
166
have a low cation exchange capacity (kaolinite and gibbsite) and the low pH values
showed by the Caura River. The sediment samples of the Apure and Orinoco rivers
showed high concentrations of major, minor and trace elements probably due to the
presence of minerals such as Fe-oxyhydroxides and clays produced by an intermediate
weathering stage, which have the capacity to occlude and adsorb minor and trace ele-
ments. The enhancement of the element content in the sediment samples downstream
the Orinoco River can indicate an increase in the sedimentation rate of ±ne-grained
material supplied by the Apure River as the distance from the Apure-Orinoco con²u
-
ence increases. The Orinoco River sediments showed an atypical abundance of Fe, Zn,
Cr and Pb to the vicinity of the Matanzas industrial zone. This fact can be due to the
wastewater coming from steel industries and the sedimentation of particles derived
from iron ore mining industries.
INTRODUCCIÓN
El río Orinoco ocupa el tercer lugar en términos de
descarga de agua hacia los océanos (1.1 × 10
12
m
3
/año),
siendo solamente superado por los ríos Amazonas
(6.3 × 10
12
m
3
/año) y Zaire (1.3 × 10
12
m
3
/año)
(Milliman y Meade 1983). La cuenca del Orinoco
abarca una super±cie de 990000 km
2
y puede ser
dividida en tres regiones geológicas: Los Andes,
Los Llanos y el Escudo de Guayana. En el Escudo
de Guayana, el proceso de meteorización química
excede la tasa en la cual los procesos de transporte
remueven el material meteorizado (Edmond
et al.
1995, Mora
et al.
2010a), promoviendo así la forma-
ción de sedimentos, compuestos principalmente por
cuarzo, caolinita, gibbsita y arkosa, y suelos pobres
en elementos como Na, K, Ca y Mg (Lewellen 1990,
Johnsson
et al.
1991). En los Andes, la geomorfología
de la región conlleva a que las tasas de meteorización
física sean superiores a las tasas de meteorización
química (Dupré
et al
. 2003). Por este motivo, los ríos
provenientes de los Andes transportan sedimentos
jóvenes, conformados principalmente por cloritas e
illitas (Guyot
et al.
2007). Sin embargo, gran parte de
estos sedimentos son acumulados en los Llanos, en
donde son sometidos a una constante meteorización
química producida por las lluvias y por los sucesivos
cambios en el canal principal de los ríos (Mora
et al.
2010b). Por consiguiente, la madurez química de los
sedimentos se incrementa a través de su paso por los
Llanos (Johnsson
et al.
1991, Stallard
et al.
1991,
Guyot
et al.
2007), resultando en arcillas que son
producto de una meteorización intensa (caolinita y
gibbsita) e intermedia (esmectitas). Dadas estas con-
diciones, los sedimentos del río Orinoco se encuen-
tran compuestos por cuarzoarenitas y diferentes tipos
de arcillas, cuya composición química y mineralógica
es dependiente de la intensidad de meteorización a
la cual fue expuesto este sedimento.
Aunque la composición química y mineralógica
de las partículas suspendidas y sedimentos de fondo
del Orinoco y sus tributarios ha sido estudiada por
diversos autores (Lewellen 1990, Johnsson
et al.
1991, Stallard
et al.
1991), pocos trabajos hacen
referencia a los elementos traza en los sedimentos de
estos ríos (Yanes 1997, Salazar 2007). Debido a que
las partículas suspendidas de ríos y zonas costeras
contienen arcillas y oxihidróxidos de Fe y Mn, estos
sedimentos tienden a acumular elementos traza. Por
supuesto, esta acumulación puede ser de carácter
geogénico (elementos traza contenidos en la roca
que se meteoriza) o antrópico (Márquez
et al.
2000,
Martínez y Senior 2001). Antes de la desembocadura
del río Orinoco en el Océano Atlántico se encuentra
la ciudad de Puerto Ordaz, en la cual están estableci-
das las principales industrias siderúrgicas y mineras
de Venezuela, especí±camente en la zona industrial
Matanzas. Estas industrias, productoras de acero y
mineral de hierro, pueden causar alteraciones en la
composición química de los sedimentos del río Ori-
noco, ya que la mayoría de los e²uentes industriales
son vertidos directa o indirectamente en dicho río. Por
este motivo, el objetivo de este trabajo es estudiar la
geoquímica de elementos mayoritarios, minoritarios
y traza en los sedimentos de fondo del río Orinoco,
veri±cando en estos sedimentos los enriquecimientos
geogénicos producidos por el aporte de dos de sus
grandes tributarios (ríos Caura y Apure) y los aportes
antrópicos producidos por las actividades industriales
que se desarrollan en la zona industrial Matanzas.
MATERIALES Y MÉTODOS
Colecta de muestras
Se tomaron muestras de sedimento de fondo en
nueve sitios distribuidos en seis sectores localiza-
dos entre los ríos Apure (proveniente de los Andes
ELEMENTOS EN SEDIMENTOS DEL RÍO ORINOCO, VENEZUELA
167
y Llanos venezolanos), Caura (proveniente del
Escudo de Guayana) y Orinoco durante el mes de
febrero de 2008, período en el cual el río Orinoco
y sus tributarios presentan los menores valores de
caudal y profundidad (Mora
et al.
2009). Durante
este período se hace ideal la toma de sedimentos de
fondo debido a que la disminución de la velocidad
de las aguas de los ríos promueve la sedimentación
del material suspendido, el cual tiende a depositar-
se en los sedimentos de fondo de dichos ríos. Los
sectores 1 y 2 correspondieron a los ríos Apure y
Caura, respectivamente. En ambos ríos se tomaron
muestras de sedimento en un solo sitio, los cuales
fueron escogidos a aproximadamente 10 km aguas
arriba de la conFuencia con el río Orinoco, evitando
así la inFuencia que pudo tener el Orinoco durante
los períodos de inundación. Igualmente, se tomaron
muestras de sedimento en el río Orinoco en cuatro
sectores. El sector 3 correspondió al río Orinoco antes
de la conFuencia con el ríoApure, el sector 4 corres
-
pondió al río Orinoco después de la conFuencia con el
río Apure y antes de la conFuencia con el río Caura,
el sector 5 correspondió al Orinoco después de la con-
Fuencia con el río Caura y antes de la zona industrial
Matanzas y el sector 6 correspondió al río Orinoco
después de su paso por la zona industrial Matanzas.
Esta metodología de muestreo basada en transectos
permite caracterizar químicamente los sedimentos
de estos ríos, veri±car los aportes geogénicos de los
ríos Apure y Caura al río Orinoco y comprobar la
inFuencia de la zona industrial Matanzas sobre los
sedimentos de dicho río. Debido a la heterogeneidad
química existente a lo ancho del río Orinoco durante
gran parte de su recorrido (Lewis y Saunders 1984),
se establecieron dos sitios de muestreo a lo ancho
de cada sector del Orinoco para poder así evaluar
posibles diferencias entre ambas márgenes (margen
izquierda y margen derecha). La
fgura 1
muestra la
ubicación de cada uno de los sectores escogidos para
la toma de muestras. Igualmente, el
cuadro I
indica
la codi±cación y las coordenadas geográ±cas de los
nueve sitios de muestreo seleccionados. En el sector
5 se tomaron muestras de sedimentos solamente en
el centro del río debido a que la gran profundidad de
ambas márgenes impidió la toma de sedimentos en
los dos sitios correspondientes.
En cada uno de los sitios seleccionados se reco-
lectaron tres muestras de sedimentos utilizando una
draga Van-Veen con capacidad de 2 litros, siguiendo
los criterios descritos en las directrices para la colecta
de sedimentos de la Agencia de Protección Ambiental
de Ohio (Ohio-EPA 2001). Una vez colectadas las
muestras, estas fueron transferidas a bolsas plásticas
prelavadas con agua destilada, las cuales se coloca-
ron en cajas con hielo para su posterior traslado al
laboratorio.
Tratamiento y análisis de muestras
En el laboratorio, las muestras de sedimentos
fueron secadas a 40 ºC en platos de polietileno.
0 100 200 300
ESCUDO DE
GUAYANA
12°N
10°N
8°N
6°N
4°N
2°N
75°O
73°O
71°O
69°O
67°O
65°O
63°O
61°O
59°O
km
N
M A R
C A R I B E
B R A S I L
C O L O M B I
A
75°O
73°O
71°O
69°O
67°O
65°O
63°O
61°O
59°O
1
2
3
4
5
6
Río Apure
V E N E Z U E L A
Límites Geográficos
Sectores de Muestreo
Zona Industrial Matanzas
2°N
4°N
6°N
8°N
10°N
12°N
Fig. 1.
Ubicación de los sectores de muestreo de sedimentos de fondo en los ríos Apure, Caura
y Orinoco
A. Mora
et al.
168
Seguidamente se disgregaron utilizando un mortero
de porcelana y se tomó una muestra representati-
va por el método del cuarteo. Después, se realizó
una extracción parcial utilizando agua regia con
la fnalidad de determinar la concentración de los
elementos adsorbidos en las muestras de sedimentos
de los ríos estudiados. Este procedimiento consistió
en tomar 5 g de cada muestra, los cuales fueron
sometidos a digestión con reFujo usando 9 mL de
HCl y 3 mL de HNO
3
. Estas mezclas se calentaron
a 80 ºC hasta obtener 2 mL de solución, evitando la
ebullición y con esto la pérdida de ciertos elementos
como Pb y Cd. Seguidamente se agregaron 2 mL
de HNO
3
y se procedió al fltrado utilizando papel
fltro Whatman 42. El fltrado se retuvo en balones
aforados, los cuales fueron completados a 50 mL
con agua desionizada. Los análisis de las muestras
sometidas a extracción parcial con agua regia son
más indicativos de contaminación ambiental, ya
que este procedimiento extrae los elementos que se
encuentran adsorbidos en las arcillas y disuelve los
carbonatos y oxihidróxidos de Mn y ±e (Adánez
et
al.
2009, Martínez
et al.
2002). Se determinaron los
elementos Na, K, Ca, Mg, Al, Fe, Mn, Zn, Cu, Cr,
Pb y Cd por espectrofotometría de absorción atómi-
ca (llama), utilizando un espectrofotómetro marca
GBC Avanta modelo 908G con lámpara de deuterio
para la corrección de la absorbancia no atómica. Para
la determinación de los elementos Na, K, Ca, Mg y
Al se agregó CsCl tanto a muestras como a patrones
(2000 mg/L de Cs) con la fnalidad de evitar la ioni
-
zación del analito. Los elementos Ca, Mg y Al fueron
determinados por la llama de óxido nitroso-acetileno,
mientras que los elementos restantes fueron medidos
usando la llama de aire-acetileno.
Análisis estadísticos
Con el objeto de comparar los valores de con-
centración media de elementos en las muestras de
sedimentos, se utilizó la
t
de student. Se utilizó el
programa Statistica 5.0 para obtener coefcientes de
correlaciones de Spearman entre los elementos es-
tudiados y para generar los diagramas de dispersión
utilizados en el cálculo de los factores de enrique-
cimiento normalizados. Las correlaciones fueron
consideradas signifcativas para un valor de
p
< 0.05.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Concentración de elementos mayoritarios, mino-
ritarios y traza
El
cuadro II
presenta las concentraciones pro-
medio y las desviaciones estándar de elementos
determinados en los sedimentos de fondo de los ríos
Caura, Apure y Orinoco. En los ríos Apure y Orinoco,
las concentraciones de estos elementos decrecieron
en el orden: ±e>Al>Mg>Ca>K>Mn>Zn>Na>Cr≥P
b≥Cu>Cd, mientras que las muestras de sedimentos
del río Caura mostraron tres variantes importantes
con respecto al patrón anterior: i) No se evidenciaron
di²erencias signifcativas entre las concentraciones de
Fe y Al. Este hecho podría deberse a una abundancia
natural de gibbsita -Al(OH)
3
- en los sedimentos del
río Caura (Lewellen 1990), la cual es producida por
un proceso completo de meteorización química de
silicatos en el Escudo de Guayana. ii) No existieron
di²erencias signifcativas entre las concentraciones de
Mg, K y Ca. Esto podría deberse a que la cuenca del
Caura está compuesta principalmente por feldespatos
potásicos y plagioclasas pobres en Ca (albita y oligo-
clasa), mientras que en los Andes (cuenca de los ríos
Apure y Orinoco) se pueden observar diferentes tipos
de carbonatos ricos en Ca y Mg, como las calcitas y
las dolomitas (González de Juana
et al.
1980). iii) La
concentración de Pb ²ue signifcativamente superior a
la concentración de Cr en las muestras de sedimentos
del río Caura.
CUADRO I
. UBICACIÓN, CODIFICACIÓN Y COORDENADAS GEOGRÁFICAS DE
LOS SITIOS DE MUESTREO DE SEDIMENTOS DE FONDO EN LOS
RÍOS APURE, CAURA Y ORINOCO
Sectores
Río
Margen
Sitio
Latitud
Longitud
Sector 1
Apure
Centro
APU
7º39´20´´N
66º27´49´´O
Sector 2
Caura
Centro
CAU
7º34´47´´N
64º57´07´´O
Sector 3
Orinoco
Derecha
OR1
7º35´52´´N
66º25´16´´O
Sector 3
Orinoco
Izquierda
OR2
7º34´53´´N
66º25´16´´O
Sector 4
Orinoco
Derecha
OR3
7º38´47´´N
64º55´03´´O
Sector 4
Orinoco
Izquierda
OR4
7º40´13´´N
64º54´29´´O
Sector 5
Orinoco
Centro
OR(S5)
8º16´35´´N
62º54´21´´O
Sector 6
Orinoco
Derecha
MAT1
8º20´54´´N
62º43´31´´O
Sector 6
Orinoco
Izquierda
MAT2
8º22´52´´N
62º43´57´´O
ELEMENTOS EN SEDIMENTOS DEL RÍO ORINOCO, VENEZUELA
169
Estos resultados también indican que las con-
centraciones de elementos minoritarios y traza en
los sedimentos del río Orinoco y sus tributarios
son inferiores a las encontradas en los sedimentos
de ríos urbanos latinoamericanos y europeos y en
sedimentos de zonas marino costeras impactadas
por industrias mineras y fundiciones (Shumilin
et
al
. 2011, Shumilin
et al
. 2013). Por ejemplo, los
sedimentos tomados a lo largo del río Almendares
en La Habana (Cuba), presentan valores de Cd (entre
<1 y 4.8 mg/kg), Cu (entre 32.9 y 420.8 mg/kg) y Pb
(entre 38.7 y 217.5 mg/kg) muy superiores a los
encontrados en los sedimentos del Orinoco y sus
tributarios, mientras que las concentraciones de
Zn (entre 69.9 y 527.2 mg/kg) solamente fueron
superiores en algunas estaciones cercanas a los focos
de contaminación (Lima-Cazorla
et al
. 2005). Los
sedimentos del río Manzanares (España), presentaron
concentraciones de Cu (entre 11 y 347 mg/kg), Pb
(entre 42 y 371 mg/kg) y Cr (entre 18 y 126 mg/kg)
superiores a las encontradas en los sedimentos del
Orinoco, mientras que las concentraciones de Zn en
los sedimentos del Manzanares fueron superiores
solamente en las estaciones ubicadas después de la
ciudad de Madrid (591 mg/kg), en donde vertidos
ilegales y aguas no tratadas son incorporadas al
canal principal de este río (De Miguel
et al
. 2005).
Comparando estos resultados con la norma para la
protección y el manejo de sedimentos acuáticos del
Ministerio del Ambiente de Ontario (Persaud
et al
.
2003), se observa que los valores reportados para
los elementos Cr, Cu, Pb y Cd en los sedimentos del
Orinoco y sus tributarios son inferiores a los valores
correspondientes al nivel de bajo efecto (NBE), el
cual se deFne como la concentración a partir de la
cual comienzan a observarse efectos adversos en los
organismos bentónicos. Sin embargo, los sedimentos
del Orinoco después de la zona industrial Matanzas
presentan concentraciones de Mn, Zn y Fe ligera-
mente superiores a este nivel, indicando la posible
existencia de algún foco de contaminación que puede
estar afectando esta zona, el cual debe ser identiFcado
y controlado según las recomendaciones de la norma
anteriormente señalada.
La
fgura 2
muestra las concentraciones prome-
dio y las desviaciones estándar (barras de error) de
los elementos Mg, Ca, K y Na en los sedimentos de
los ríos estudiados. Comúnmente las arcillas tienden
a Fjar cationes como el Mg
2+
, Ca
2+
, K
+
y Na
+
, y el
contenido de estos elementos depende de la capaci-
dad de intercambio catiónico de las arcillas (Mana-
han 2007). La
fgura 2
muestra que el Mg y el Ca
fueron los elementos minoritarios más abundantes
CUADRO II.
VALORES DE CONCENTRACIÓN PROMEDIO DE LOS ELEMENTOS DETERMINADOS EN LOS SEDIMENTOS DE FONDO DE LOS RÍOS CAU-
RA, APURE Y ORINOCO
Elemento
CAU
APU
OR1
OR2
OR3
OR4
OR(S5)
MAT1
MAT2
Na(mg/kg)
31.3 ± 3.1
46.3 ± 2.5
31.0 ± 1.3
40.0 ± 0.9
43.3 ±
3.9
48.2 ± 2.9
53.2 ± 0.6
43.3 ±
0.6
53.9 ± 3.9
K(mg/kg)
339
± 72
539
±47
245
± 45
476
±41
490
± 94
656
±74
708
± 27
607 ± 93
796
± 69
Ca(mg/kg)
300
± 115
1056
± 21
437
± 70
877
± 51
799
± 211
1063
±45
1318
± 38
844
±130
1328
± 129
Mg(mg/kg)
519
± 90
1802
±44
954
±208
1731
± 63
1680
± 302
2208 ± 52
2136
± 57
1927 ± 226
2488
±175
Al (%)
0.69 ± 0.15
0.53 ± 0.01 0.39 ± 0.08
0.70 ± 0.05
0.66±
0.14
0.81± 0.04
0.95± 0.04
0.75 ± 0.13
1.18 ± 0.10
Fe (%)
0.71 ± 0.14
1.42± 0.02
1.40±
0.16
2.10 ± 0.06
1.82 ± 0.27
2.29 ± 0.17
2.54± 0.02
2.50±
0.40
3.06 ± 0.13
Mn(mg/kg)
123
± 32
178
± 4
192
± 30
277
± 12
323
± 53
344
±31
321
± 9
239 ± 36
492
± 31
Zn(mg/kg)
48.8 ± 8.0
85.0 ± 2.2
72.1 ± 11.6
112
± 3.5
110
± 18
125
± 4.3
133
± 10
135 ± 17
157
± 14
Cr(mg/kg)
4.5 ± 0.7
8.5 ± 1.0
6.2 ± 1.3
8.7 ± 1.0
7.6 ± 1.1 10.9 ± 0.9
13.0 ± 0.1
11.9 ± 1.3
14.0 ± 1.3
Cu(mg/kg)
1.15 ± 0.44
6.60 ± 0.16 3.37 ± 0.92
7.17 ± 0.29
7.12±
1.48
8.73± 0.74
9.44± 0.03
7.45±
0.88
12.3 ± 0.9
Pb(mg/kg)
6.22 ± 0.55
6.20± 0.34
4.90±
0.66
8.60 ± 0.82
7.70 ± 0.92
8.81 ± 0.39
10.4 ± 0.5
9.71 ± 1.60 12.8 ± 0.7
Cd(mg/kg)
0.05 ± 0.01
0.18 ± 0.03 0.08 ± 0.03
0.08 ± 0.02
0.11 ± 0.01
0.14± 0.02
0.29 ± 0.03
0.14±
0.03
0.20 ± 0.02
A. Mora
et al.
170
en todas las muestras de sedimentos estudiadas (a
excepción de las muestras del río Caura). Este hecho
puede deberse a que las arcillas tienden a enlazar a
los cationes divalentes con mayor energía que los
monovalentes. El Na presentó los menores valores
de concentración debido a que por su alta movilidad
tiene menor capacidad de ser adsorbido las por arci-
llas (Viers
et al.
2009). Los sedimentos del río Caura
presentaron las menores concentraciones de estos
elementos, lo cual es atribuible a que las arcillas
presentes en sus sedimentos (caolinita y gibbsita)
tienen baja capacidad de intercambio catiónico (Ca-
sanova 2005), una menor energía de enlace con estos
elementos (Daqing
et al.
1998) y a que el río Caura
posee las aguas más ácidas (valores de pH entre 5.23
y 6.36) de los tres ríos estudiados (Lewis
et al.
1987,
Mora
et al.
2010a, Mora 2011), reduciendo aún más
la capacidad que poseen las arcillas para adsorber
cationes. La
fgura 2
también muestra que existe
un incremento de las concentraciones de Na, K,
Ca y Mg en los sedimentos colectados en los sitios
del río Orinoco ubicados hacia la margen izquierda
(OR2, OR4 y MAT2), hecho atribuible a una mayor
sedimentación del material fno hacia esta margen
del río, debido a que los tributarios provenientes
de las zonas andinas, que poseen arcillas 2:1 con-
tenidas en los sólidos suspendidos (SS) (Lewellen
1990), desembocan en el Orinoco hacia la margen
izquierda, mientras que los tributarios del Orinoco
procedentes del Escudo de Guayana, pobres en SS,
desembocan hacia la margen derecha (Meade
et al.
1990). Igualmente, el aumento de la concentración
de estos cuatro elementos aguas abajo del río Ori-
noco podría indicar que existe un aumento en las
tasas de sedimentación de los SS aportados por el río
Apure a medida que se incrementa la distancia de la
zona de conFuencia Apure-Orinoco. Es importante
resaltar que estudios mineralógicos realizados en los
sedimentos de los ríos Apure, Caura y Orinoco no
detectaron la presencia de carbonatos. Esto puede
ser debido a que el índice de saturación de calcita de
estos ríos es menor a 0 (ISC < 0) debido a los bajos
valores de pH y a las bajas concentraciones de Ca y
HCO
3
-
presentadas por los tres ríos, lo cual indica
que no existe tendencia hacia la precipitación de
calcita en ninguno de estos sistemas (Mora 2011).
La
fgura 3
muestra los promedios de las con-
centraciones de los elementos Fe, Al, Mn y Zn en
las muestras de sedimentos de los ríos estudiados.
Investigaciones realizadas en diversos ríos muestran
que cantidades considerables de Fe y Mn pueden estar
contenidas en los SS y en los sedimentos riverinos en
±orma de óxidos y oxihidróxidos metálicos (Viers
et
al.
2009), y que el contenido de ambos elementos en
la fase disuelta y particulada puede variar de acuerdo
al pH y a las condiciones redox del sistema (Brick y
Moore 1996, Shiller 1997). Al igual que el incremen-
to observado en los elementos Na, K, Ca y Mg, en la
0
10
20
30
40
50
60
CAU
APU
OR
1OR2
OR
3OR4 OR(S5) MAT1
MAT2
Concentración (mg/Kg)
Sitios de muestreo
Na
0
150
300
450
600
750
900
CAU
APU
OR1
OR2
OR3
OR4
OR(S5) MAT1 MAT2
Concentración (mg/Kg)
Sitios de muestreo
K
0
250
500
750
1000
1250
1500
CAU
APU
OR
1OR2
OR
3OR4
OR(S5) MAT1 MAT2
Concentración (mg/Kg)
Sitios de muestreo
Ca
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
CAU
APU
OR1
OR2
OR3
OR4
OR(S5) MAT1 MAT2
Concentración (mg/Kg)
Sitios de muestreo
Mg
Fig. 2.
Valores de concentración promedio de los elementos Mg, Ca, K y Na en los sedimentos de fondo de los ríos Apure, Caura y
Orinoco
ELEMENTOS EN SEDIMENTOS DEL RÍO ORINOCO, VENEZUELA
171
fgura 3
se nota un incremento en las concentraciones
de Al, Fe y Zn en los sedimentos tomados después
de la confuencia Apure-Orinoco, el cual pudiera
deberse a un aumento en la tasa de sedimentación.
No obstante, los sitios que mostraron los valores
promedio más altos de Mn fueron los ubicados hacia
la margen izquierda del río Orinoco (OR2, OR4 y
MAT2), fenómeno que puede estar relacionado con
la Formación y precipitación de oxihidróxidos de Mn
hacia esta margen del Orinoco como consecuencia
del aporte de aguas alcalinas por parte del río Apure
y otros tributarios del Orinoco procedentes de los
Andes, los cuales incrementan los valores de pH en
el Orinoco y promueven la formación y precipitación
de oxihidróxidos de Mn hacia la margen izquierda
de este río (Mora
et al.
2010c).
Las concentraciones de Cr, Cu, Pb y Cd poseen
el mismo patrón espacial mostrado por los demás
elementos determinados (
Fig. 4
), con mayores va-
lores de concentración en las muestras colectadas
hacia los sitios más alejados de la confuenciaApure-
Orinoco, hecho producido por la sedimentación de
material ±no. Como se ha expuesto a lo largo del
texto, estos elementos traza (Cr, Cu, Pb y Cd) se
pueden encontrar adsorbidos en la super±cie de
las arcillas, Formar oxihidróxidos metálicos o estar
ocluidos en la red cristalina de oxihidróxidos de ²e
y Mn. A pesar de que se observó un incremento de
Cd en los sedimentos aguas abajo de la confuencia
Apure-Orinoco, producto de un aumento en la sedi-
mentación de partículas de grano ±no, el contenido
de Cd en las muestras de sedimentos del sector 5 es
superior al mostrado en los demás sitios muestreados.
Este hecho podría ser explicado tomando en cuenta
los estudios realizados por Laxen (1985), los cuales
indican que el Cd posee cierta a±nidad para Formar
complejos con los compuestos húmicos adsorbidos
sobre oxihidróxidos de ²e. En la confuencia Caura-
Orinoco (antes del sector 5), gran cantidad de sustan-
cias húmicas aportadas por el río Caura (río de aguas
negras) pueden ser adsorbidas por los oxihidróxidos
de Fe contenidos en los SS transportados por el
río Orinoco, propiciando que el Cd disuelto forme
complejos con estos compuestos húmicos adsorbidos
sobre los SS, los cuales a su vez tienden a sedimentar
después de la confuencia Caura-Orinoco (sector 5).
Un hecho interesante es que los sedimentos del
río Caura presentaron las concentraciones más bajas
de los elementos traza determinados. Debido a que
no existen grandes diFerencias de concentraciones de
elementos traza en la fase disuelta entre los ríos Caura
y Apure (Mora
et al.
2010a, Mora
et al.
2010b), es
evidente que una menor cantidad de elementos traza
en las muestras de sedimentos del Caura indica una
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
CAU
APU
OR1
OR2
OR3
OR4
OR(S5) MAT1 MAT2
Concentración (%)
Sitios de muestreo
Fe
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
CAU
APU
OR
1OR2
OR
3OR4
OR(S5) MAT1
MAT2
Concentración (%)
Sitios de muestreo
Al
0
100
200
300
400
500
600
CAU
APU
OR1
OR2
OR3
OR4
OR(S5) MAT1
MAT2
Concentración (mg/Kg)
Sitios de muestreo
Mn
0
30
60
90
120
150
180
CAU
APU
OR
1OR2
OR
3OR4
OR(S5) MAT1
MAT2
Concentración (mg/Kg)
Sitios de muestreo
Zn
Fig. 3.
Valores de concentración promedio de los elementos Fe, Al, Mn y Zn en los sedimentos de fondo de los ríos Apure, Caura y
Orinoco
A. Mora
et al.
172
mayor lixiviación de estos elementos, producto de
la intensa meteorización química de rocas y suelos
en el Escudo de Guayana, y probablemente una
menor cantidad de estos elementos en las rocas que
constituyen las unidades litológicas de esta cuenca
en comparación con la zona Andina. En efecto, el
contenido de elementos traza en las rocas de una zona
de edad precámbrica muy meteorizada, conformada
mayormente por granitos (Escudo de Guayana) debe
ser menor que en las rocas de una zona tectónica-
mente activa (zona andina) que posee intrusiones
ígneas en secuencias carbonáticas, las cuales están
asociadas con la acumulación de minerales metálicos
(Vásquez
et al.
2009).
Relaciones entre elementos mayoritarios, mino-
ritarios y traza
El
cuadro III
muestra los coefcientes de corre
-
lación de Spearman entre los distintos elementos
determinados en los sedimentos de los ríos Orinoco,
Caura y Apure. Debido a que los sedimentos colecta-
dos en los sitios MAT1 y MAT2 pudieran presentar
un enriquecimiento de algunos elementos producto
de las descargas de eFuentes de la zona industrial
Matanzas, los resultados de ambos sitios no fueron
incluidos en los análisis estadísticos. Los valores más
altos de correlaciones positivas muy signifcativas
se observaron entre los elementos minoritarios Na,
K, Ca y Mg. Igualmente, los elementos Cu, Cr y
Cd presentaron sus valores de correlación más altos
con el Na, K, Ca y Mg, lo cual puede indicar que
estos elementos traza se encuentran principalmente
adsorbidos en la superfcie de las arcillas junto con
los elementos minoritarios. La pobre relación encon-
trada entre el Al y los elementos minoritarios y traza
puede ser atribuida a que gran parte del Al extraído
de las muestras de sedimentos se encuentra en forma
de gibbsita Al(OH)
3
, mineral que presenta una baja
capacidad de adsorción catiónica sobre su superfcie
(Daqing et al. 1998).
Otros elementos como el Pb y el Zn presentaron
correlaciones positivas altamente signifcativas con
el ±e y el Mn, elementos que exhiben una alta sensi
-
bilidad a los cambios redox. Estudios realizados en
grandes ríos han demostrado que los óxidos de Mn
tienden a ocluir Zn durante el cambio de condiciones
redox en el sistema hídrico (Brick y Moore 1996,
Shiller 1997). De igual manera, estudios realizados
en ambientes marinos revelan que los oxihidróxidos
de Fe-Mn pueden incorporar Pb durante los proce-
sos de precipitación (±rank 2002). Estos ²enómenos
y las relaciones positivas altamente signifcativas
encontradas entre dichos elementos, sugieren que el
Pb y el Zn pudieran encontrarse mayoritariamente
ocluidos en los oxihidróxidos de ±e-Mn contenidos
en los sedimentos de fondo, debido a que los procesos
0
2
4
6
8
10
12
14
16
CAU
APU
OR1
OR2
OR3
OR4
OR(S5) MAT1
MAT2
Concentración (mg/Kg)
Sitios de muestreo
Cr
0
3
6
9
12
15
CAU
APU
OR
1OR2
OR
3OR4 OR(S5) MAT1
MAT2
Concentración (mg/Kg)
Sitios de muestreo
Cu
0
3
6
9
12
15
CAU
APU
OR1
OR2
OR3
OR4
OR(S5) MAT1
MAT2
Concentración (mg/Kg)
Sitios de muestreo
Pb
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
CAU
APU
OR
1OR2
OR
3OR4
OR(S5) MAT1
MAT2
Concentración (mg/Kg)
Sitios de muestreo
Cd
Fig. 4.
Valores de concentración promedio de los elementos Cr, Cu, Pb y Cd en los sedimentos de fondo de los ríos Apure, Caura y
Orinoco
ELEMENTOS EN SEDIMENTOS DEL RÍO ORINOCO, VENEZUELA
173
de oclusión de Zn por oxihidróxidos de Mn durante
los cambios de condiciones redox también han sido
reportados para los ríos Apure y Orinoco (Mora et
al. 2010b, Mora 2011).
Factores de enriquecimiento normalizados (FEN)
Con el objeto de calcular los factores de enrique-
cimiento normalizados (FEN) para los elementos
minoritarios y traza en los sedimentos de los ríos
Apure y Orinoco, se calcularon los niveles base
(NB) utilizando Al como referencia. Los FEN fue-
ron calculados siguiendo la metodología utilizada
por Marmolejo-Rodríguez
et al
. (2007), usando la
siguiente expresión:
FEN = [Me]
S
/ [Me]
NB
donde [Me]
S
representa la concentración del ele-
mento en una muestra dada y [Me]
NB
representa la
concentración del elemento que debería tener esa
misma muestra de acuerdo a su concentración de Al.
Los valores de [Me]
NB
fueron calculados a través de
las ecuaciones:
[Me]
NB
= a[Al] + b
las cuales fueron obtenidas realizando diagramas de
dispersión utilizando las concentraciones de Mn, Ca,
Cd, Zn, Cr, Cu, Pb, y Fe versus las concentraciones
de Al en cada una de las muestras de sedimentos
analizadas (
Fig. 5
). En estos diagramas las líneas
discontinuas representan un intervalo de confanza
del 95% para todos los datos. Cuando los valores
de concentración de las tres réplicas se encuentran
por arriba de estas líneas, podría existir un enri
-
quecimiento del elemento en ese sitio en particular
(Alfonso
et al.
2006), ya sea por causas naturales o
antrópicas. Cabe resaltar que no se calcularon los
FEN para las muestras de sedimentos del río Caura
ni se incluyeron estas muestras en los diagramas de
dispersión, ya que estos sedimentos presentan una
abundancia natural de Al (
Fig. 3
) como consecuen-
cia de la presencia de una considerable cantidad de
gibbsita en los sedimentos del Caura. Esta abun-
dancia natural de Al distorsiona el comportamiento
de la curva de dispersión y no permite verifcar el
enriquecimiento de otros elementos en los sedimen-
tos de los ríos Apure y Orinoco.
El
cuadro IV
indica que no existe un enriqueci
-
miento signifcativo para ninguno de los elementos
estudiados en los sedimentos de los ríos Apure y
Orinoco debido a que los FEN son menores que 2
para todos los casos. Estos bajos valores de FEN en
los sedimentos podrían ser consecuencia del dragado
constante de sedimentos en el río Orinoco, el cual es
necesario para poder mantener el canal de navegación
que garantiza el Fujo continuo de embarcaciones
cargadas con bauxita y mineral de hierro. Dada esta
circunstancia, es di±ícil verifcar un enriquecimiento
en los sedimentos producido por causas geogénicas
o antrópicas, ya que los sedimentos de fondo más
superfciales, en los cuales se van acumulando los
elementos traza a través del tiempo, son tomados del
lecho del río constantemente. Sin embargo, debido a
que el proceso de dragado de sedimentos en el Orino-
co se realiza entre largos períodos de tiempo, valores
de FEN superiores a 1 podrían indicar una tendencia
hacia el enriquecimiento o una abundancia atípica de
ciertos elementos en algunos sitios. La
fgura 5a
y
el
cuadro IV
indican que existe una abundancia de
CUADRO III
. COEFICIENTES DE CORRELACIONES DE SPEARMAN ENTRE LOS ELEMENTOS
DETERMINADOS EN LOS SEDIMENTOS DE FONDO DE LOS RÍOS CAURA, APURE
Y ORINOCO
Elemento
Mn
Cu
Cd
Pb
Fe
Zn
Cr
Al
Na
K
Ca
Mn
1
Cu
0.79
1
Cd
0.22
0.64
1
Pb
0.75
0.85
0.35
1
Fe
0.89
0.90
0.47
0.83
1
Zn
0.84
0.93
0.55
0.83
0.93
1
Cr
0.64
0.90
0.74
0.71
0.82
0.84
1
Al
0.51
0.66
0.25
0.80
0.67
0.67
0.61
1
Na
0.48
0.87
0.81
0.68
0.69
0.77
0.85
0.56
1
K
0.53
0.90
0.76
0.75
0.71
0.81
0.88
0.70
0.93
1
Ca
0.52
0.88
0.82
0.64
0.68
0.74
0.88
0.52
0.92
0.92
1
Mg
0.64
0.93
0.72
0.74
0.78
0.85
0.91
0.58
0.93
0.94
0.92
1 ≤ | r | ≥ 0.64;
p
< 0.001
0.63 ≤ | r | ≥ 0.52;
p
< 0.01
A. Mora
et al.
174
Fig. 5.
Diagramas de dispersión de las concentraciones de Mn (a), Ca (b), Cd (c), Zn (d), Cr (e), Cu (f), Pb (g)
y Fe (h) versus las concentraciones de Al en las muestras de sedimentos de los ríos Apure y Orinoco
0.2
0.2
1.4
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
h)
OR2 y OR3
APU
OR(S5)
MAT1
MAT1
APU
MAT1
MAT1
1.4
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
0.02
0.06
0.10
0.14
0.18
0.22
0.26
0.30
0.34
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
40
60
80
100
120
140
160
180
0.
20
.4
0.
60
.8
1.
01
.2
1.4
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
0
2
4
6
8
10
12
14
0.
40
.6
0.
81
.0
1.
21
.4
3
5
7
9
11
13
15
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.0
1.4
1.8
2.2
2.6
3.0
3.4
0.
20
.4
0.
60
.8
1.
01
.2
1.4
Mn (mg/Kg)
Al (%)
Al (%)
Cd (mg/Kg)
Zn (mg/Kg)
Al (%)
Cr (mg/Kg)
Al (%)
Al (%)
Cu (mg/Kg)
Pb (mg/Kg)
Fe (%)
Al (%)
Al (%)
Al (%)
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
0.2
0.
40
.6
0.
81
.0
1.
21
.4
Ca (mg/Kg)
APU
Mn = 379.3 [Al] + 22.1
Ca = 1006 [Al] + 243
Cd = 0.161 [Al] + 0.029
Zn = 108.4 [Al] + 35.4
Cr = 10.27 [Al] + 2.37
Cu = 10.29 [Al] + 0.05
Pb = 9.93 [Al] + 1.15
Fe = 2.30 [Al] + 0.40
r
2
= 0.73
r
2
= 0.72
r
2
= 0.89
r
2
= 0.38
r
2
= 0.82
r
2
= 0.94
r
2
= 0.90
r
2
= 0.92
ELEMENTOS EN SEDIMENTOS DEL RÍO ORINOCO, VENEZUELA
175
Mn en los sedimentos de los sitios OR2 y OR3, la
cual pudiera estar relacionada con los procesos de
formación de oxihidróxidos de Mn hacia la margen
izquierda del río Orinoco. Las muestras de sedimen-
tos del río Apure presentaron FEN superiores a 1 para
los elementos Ca, Cd y Cu, lo cual podría indicar una
mayor riqueza de dichos elementos en las unidades
litológicas que componen la región Andina. Por
ejemplo, el Cu generalmente se asocia a intrusiones
silíceas dentro de rocas carbonáticas (Escalante
et
al.
2010), el Cd se encuentra asociado a la minera-
lización de piritas en los Andes (Elbaz-Poulichet
et
al.
1999), mientras que la abundancia de Ca proba-
blemente se debe a una saturación de este elemento
en las arcillas presentes en los sedimentos, como
resultado de los elevados valores de pH y las altas
concentraciones de Ca disuelto en las aguas del río
Apure (Mora
et al
. 2010b). Las muestras tomadas en
el sitio OR(S5) mostraron valores de FEN superiores
a 1 para el Cd, fenómeno que podría estar asociado
a la adsorción de Cd sobre los compuestos húmicos
adsorbidos, como fue ampliamente discutido en la
sección anterior.
Un hecho interesante es que las muestras tomadas
en el sitio MAT1, el cual corresponde a las adya-
cencias de la zona industrial Matanzas, presentaron
valores de FEN superiores a 1 para los elementos
Fe, Zn, Cr y Pb (
cuadro IV
y
Figs. 5d, 5e, 5g
y
5h
).
Además de las industrias siderúrgicas productoras
de acero que se encuentran en la zona industrial, las
cuales pueden introducir al río partículas tecnogéni-
cas de Fe tales como oxihidróxidos y ferroaleaciones,
a unas escasas centenas de metros de distancia del
sitio MAT1 se encuentra la principal industria minera
exportadora de mineral de hierro de Venezuela (Fe
-
rrominera Orinoco). Esta industria explota el mineral
de hierro al sur del Estado Bolívar y lo traslada en
trenes, para el posterior llenado de buques de carga
que cruzan el río Orinoco rumbo al Océano Atlántico.
Durante los procesos de descarga de trenes y carga de
buques con mineral de hierro, se desprende una gran
cantidad de partículas de este mineral, las cuales po-
drían depositarse en los sedimentos del sitio MAT1.
Este hecho, sumado a las descargas procedentes de las
siderúrgicas localizadas en la zona industrial, podría
explicar la abundancia atípica de Fe, Zn, Cr y Pb en
los sedimentos del sitio MAT1.
Estudios recientes llevados a cabo en ríos que se
encuentran cercanos a siderúrgicas productoras de
hierro, acero y ferroaleaciones han reportado altas
concentraciones de Cr en los sedimentos de estos ríos
(Milovanovic 2007, Gosar y Miler 2011). Igualmen-
te, estudios realizados tanto en ríos como en zonas
marinas costeras adyacentes a importantes complejos
industriales han detectado un enriquecimiento de
Zn, Pb y Cr en los sedimentos super±ciales de estos
sistemas acuáticos (Rendina
et al.
2001, Martínez
et
al.
2002). Dado que ciertas partículas geogénicas y
tecnogénicas de hierro tales como óxidos de hierro
y ferroaleaciones tienden a adsorber y a ocluir Zn,
Pb y Cr (Gosar y Miler 2011), las partículas ferrosas
emitidas por las siderúrgicas localizadas en la zona
industrial Matanzas y por la empresa Ferrominera
Orinoco pudieran adsorber u ocluir Zn, Pb y Cr, los
cuales también pueden ser generados por otras em-
presas que se encuentran localizadas en este complejo
industrial, incrementando así las concentraciones de
estos elementos en los sedimentos de este sector del
río Orinoco adyacente a la zona industrial.
CONCLUSIONES
Los sedimentos del río Caura presentaron con-
centraciones bajas de Na, K, Ca y Mg debido a la
intensa meteorización química en la cuenca, a los
bajos valores de pH que poseen las aguas del río
y a la baja capacidad de intercambio catiónico que
presentan los hidróxidos y las arcillas contenidas
en estos sedimentos (gibbsita y caolinita). Los se-
CUADRO IV
. FACTORES DE ENRIQUECIMIENTO NORMALIZADOS PARA LOS ELEMENTOS ESTU-
DIADOS EN LOS SEDIMENTOS DE LOS RÍOS APURE Y ORINOCO
Fe
Pb
Zn
Cr
Cu
Cd
Ca
Mn
APU
0.88
0.97
0.92
1.09
1.21
1.54
1.44
0.80
OR1
1.07
0.97
0.92
0.96
0.82
0.82
0.73
1.13
OR2
1.04
1.07
1.01
0.91
0.99
0.54
0.97
1.32
OR3
0.95
1.02
1.03
0.84
1.05
0.85
0.92
1.20
OR4
1.00
0.95
1.01
1.02
1.04
0.87
1.04
1.04
OR(S5)
0.93
0.93
0.98
1.01
0.94
1.31
1.03
0.82
MAT1
1.17
1.13
1.16
1.19
0.96
0.92
0.88
0.78
MAT2
0.98
0.99
0.96
0.96
1.01
0.93
0.95
1.05
A. Mora
et al.
176
dimentos de los ríos Apure y Orinoco presentaron
mayores concentraciones de Na, K, Ca y Mg debido
a la presencia de arcillas que poseen una alta capa-
cidad de adsorción de elementos sobre su superfcie
(esmectitas y vermiculitas).
Las concentraciones de elementos traza fueron
superiores en los sedimentos de los ríos Apure y
Orinoco, probablemente debido a que dichos sedi-
mentos provienen de una zona tectónicamente activa
que posee intrusiones ígneas en rocas derivadas de
un ambiente de sedimentación marina.
Aunque no se observó un enriquecimiento sig-
nifcativo para ninguno de los elementos traza en
los sedimentos estudiados, posiblemente debido al
dragado de sedimentos en el río Orinoco, los sedi-
mentos colectados hacia las adyacencias de la zona
industrial Matanzas mostraron una tendencia hacia
el enriquecimiento en los elementos Fe, Zn, Cr y Pb.
Esta tendencia indica que es necesario llevar a cabo
planes de manejo para los residuos procedentes de la
zona industrial, ya que los elementos tóxicos emitidos
por las industrias suelen acumularse en los SS y sedi-
mentos de lagunas de inundación y zonas adyacentes
a asentamientos indígenas. Al no ser dragadas estas
lagunas con Frecuencia, los elementos tóxicos pueden
causar daños en la biota y en las comunidades que
utilizan exclusivamente los recursos oFrecidos por el
Orinoco para su sustento.
AGRADECIMIENTOS
Los autores agradecen a Daniel Pisapia y Jorge
Medina por su colaboración durante las actividades
de recolección de muestras.
REFERENCIAS
Adánez P., García A. y Locutura J. (2009). La geoquímica
en los sedimentos de la llanura de inundación del Man-
zanares como medio para evaluar el impacto ambiental.
Bol. Geol. Min. 120, 69-80.
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