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Estudio interdisciplinario sobre contaminación

Para remediar al Matanza-Riachuelo

11. Octubre 2007 - 14:21
Desde hace diez años, un equipo interdisciplinario coordinado por la profesora Alicia Fabrizio de Iorio, Profesora Asociada a cargo de la Cátedra de Química Analítica de la Facultad de Agronomía de la Universidad de Buenos Aires (FAUBA), y conformado por esta cátedra y las de Manejo y Conservación de Suelos de FAUBA, de Higiene y Sanidad de la Facultad de Farmacia y Bioquímica de la UBA; el Museo de Ciencias Naturales Bernardino Rivadavia y la Comisión Nacional de Energía Atómica, realiza un seguimiento integral del proceso de contaminación en la cuenca Matanza-Riachuelo. Sus resultados son de vital importancia para la recuperación ecológica y social de una de las cuencas más pobladas y contaminadas del mundo.
 
Problemas complejos requieren soluciones complejas. Así lo entendieron quienes, en 1997, decidieron integrar múltiples aspectos de la ciencia, desarrollando metodologías y estrategias de análisis, aplicables a ambientes acuáticos con problemas de contaminación de origen mixto (agropecuario, urbano e industrial). Hoy, sus resultados aportan elementos para diseñar estrategias sustentables y efectivas de control.

Considerada una de las más densamente pobladas y contaminadas del mundo, la cuenca del Matanza-Riachuelo reúne distintos tipos de contaminación. Mientras en su cuenca alta predomina la actividad agropecuaria, en la media y baja tiende a incrementarse la densidad poblacional e industrial. Los principales contaminantes provienen de modelos confinados de producción animal, plantas elaboradoras de productos lácteos, prácticas agrícolas, efluentes cloacales y domésticos, basurales a cielo abierto, aguas pluviales contaminadas, y actividades industriales que vierten aguas residuales al río o a sus afluentes. Los últimos 14 kilómetros de este río conforman el Riachuelo, que desemboca en el estuario del Río de la Plata, que a su vez constituye la principal fuente de agua de bebida para la ciudad de Buenos Aires y gran parte del Conurbano. Por lo tanto, el conocimiento de la calidad ambiental resulta uno de los aspectos cruciales para proponer cualquier medida de remediación pertinente.

El Riachuelo, a la altura del Museo Quinquela Martín, en La Boca. Riachuelo, km 5,5, entre los puentes Uriburu (Bº Nueva Pompeya, Av. Sáenz, Capital -Valentín Alsina, Pdo. de Lanús) y Victorino de La Plaza (Bº Barracas, Av. Vélez Sarsfield, Capital - Piñeiro, Pdo. de Avellaneda). Se observa un meandro con mucha acumulación de residuos y contaminantes y un asentamiento.

Actualmente, el Gobierno Nacional coordina un Plan Integral para la cuenca del Río Matanza-Riachuelo, que prevé realizar labores de saneamiento destinadas a minimizar los efectos de la contaminación sobre la población. Teniendo en cuenta que el desarrollo de estas labores implicará necesariamente la movilización temporaria o permanente de los sedimentos que han acumulado tóxicos desde hace décadas, resulta necesario conocer cómo impactará sobre el sistema dicha movilización y cuáles serán las mejores posibilidades de remediación biológica para la recuperación de las riberas.

Con ese objetivo, este grupo interdisciplinario inició un estudio integral y sistemático orientado a observar en detalle las concentraciones y la movilidad de los contaminantes orgánicos e inorgánicos presentes en la cuenca, como consecuencia de modificaciones en las características físicas, químicas e hidrológicas del sistema. Durante estos diez años de trabajo, se ha logrado generar la extracción y análisis sincrónico de las muestras,coordinar espacial y temporalmente los resultados obtenidos por las distintas disciplinas, y analizar en forma conjunta la disponibilidad de contaminantes en el ambiente, su potencial genotoxicidad, la presencia de microorganismos y las estrategias de tolerancia de las plantas, entre otros parámetros, identificando contaminantes de "alto riesgo" para la población.

El estado de la contaminación

En la Cuenca Alta, se evaluó la influencia que ejerce un establecimiento de producción ganadera intensiva (feedlot), en la calidad de agua del Arroyo Morales cercano a sus nacientes. A partir del análisis de los datos obtenidos, fue posible clasificar a este feedlot como una fuente potencial de polución. El índice de calidad de agua indicó polución elevada aguas abajo de la descarga del feedlot. Como consecuencia, se observó una disminución significativa de la abundancia de zooplancton , manteniéndose la estructura de dominancia de crustáceos. El Arroyo Cañuelas mostró características similares al Arroyo Morales (antes del feedlot) y el Arroyo Rodríguez fue semejante al Arroyo Morales después del feedlot.

En la Cuenca Media, las nacientes del Río Matanza reciben la polución proveniente del Arroyo Rodríguez. La calidad de sus aguas empeoró aguas abajo, llegando a observarse anoxia (falta de oxígeno) e incrementándose los niveles de materia orgánica, sólidos suspendidos (zinc, níquel y cobre). La cantidad de hierro y cobre complejados resultó mayor que la de sus iones libres en todos los ambientes estudiados. La solubilidad del Fe está controlada por los complejos, dada la baja solubilidad de sus sales y la alta estabilidad de sus uniones con la materia orgánica.

En la Cuenca Baja se observaron anoxia y elevados valores de amonio, sólidos suspendidos, materia orgánica, conductividad y cloruro. A lo largo del cauce principal, disminuyó la abundancia de zooplancton y aumentó la proporción de rotíferos en las muestras con mayor contaminación, dado por el bajo nivel de O2 (oxígeno). Una tendencia similar se observó en el crecimiento de algas en agua filtrada. (ver "Índice de calidad…")

Los resultados obtenidos muestran que los sedimentos del Riachuelo son un importante sumidero de metales pesados y que todavía siguen teniendo capacidad de adsorberlos. Y también que la remoción de esos sumideros o su oxigenación, tendiente a incrementar las tasas de descomposición de materia orgánica, podría implicar un alto riesgo ambiental al promover la liberación de metales pesados al medio y su potencial oxidación hacia formas de mayor movilidad y elevada toxicidad.

Luego de caracterizar la materia orgánica de los sedimentos del cauce en diferentes ambientes de la cuenca del Río Matanza, se observaron las variaciones en las proporciones entre ácidos húmicos y fúlvicos. En la zona de mayor contaminación orgánica, bajo un estado de reducción, se encontró una significativa cantidad de sustancias de alto peso molecular, asociadas a metales pesados. En las nacientes del Arroyo Morales, las condiciones oxidantes en el río permiten un mejor reciclado de la materia orgánica sedimentaria. La mezcla de materia orgánica, producto de la sedimentación in situ, conjuntamente con la anoxia en el sistema pueden modificar afinidades por los metales.

Se estudió la distribución de hierro, zinc, níquel, cobre y plomo en ácidos húmicos y fúlvicos de los sedimentos del cauce, pertenecientes a dos ambientes de la cuenca del Río Matanza con diferente acumulación y uso de la tierra. El níquel se acumula preferentemente en los ácidos fúlvicos llegando a concentraciones superiores a la que presentan otros metales más afines por esta fracción orgánica, posiblemente este comportamiento esté determinado por la solubilidad del sulfuro de níquel. Aunque el factor de enriquecimiento del hierro, es bajo en los distintos sitios, los altos niveles observados en el material húmico están relacionados con la concentración de este metal en el sedimento. El contenido de plomo está más asociado a las variaciones de los sulfuros volatilizables por ácido, lo que muestra su mayor variabilidad. Se observa una acumulación preferencial de cobre frente al plomo, dado que el primer metal es más afín por la materia orgánica. En el cauce principal, en la zona de la cuenca media, los valores de zinc y cobre de la fracción soluble fueron más importantes que en los otros sitios, lo que se encuentra relacionado con la contaminación del lugar.

También, se evaluaron los efectos de una fuente de contaminación orgánica sobre la dinámica de fósforo en el sistema sedimento-agua, del Arroyo Morales. Los resultados muestran que el aumento de materia orgánica en el sedimento conduce a un grado de mayor anoxia y al aumento de la concentración de fósforo orgánico en el sedimento. Bajo estas condiciones aumenta la liberación de fósforo desde el sedimento a la columna de agua. El fósforo liberado proviene de la fracción unida al hierro y de la fracción orgánica.

 

El factor sorpresa

Como "curiosos sistemáticos", los investigadores no han perdido la capacidad de asombro en su constante búsqueda de "lo inesperado". En este sentido, la Prof. Alicia Fabrizio de Iorio comenta que el estudio de la dinámica de los contaminantes en el Riachuelo les generó una importante reflexión porque es completamente diferente a la de cualquier otro río de llanura. "Las precipitaciones en un río menos degradado normalmente producen una dilución de los contaminantes, un incremento en los niveles de oxígeno disuelto y una mejora general de las condiciones del curso. Sin embargo en el Riachuelo, donde una gran proporción de los metales pesados se encuentran inmovilizados como compuestos insolubles en el sedimento anóxico, las lluvias producen la remoción de los metales precipitados con los sulfuros, con el consiguiente aumento de la contaminación".

Alicia Fabrizio de Iorio, Profesora Asociada a cargo de la Cátedra de Química Analítica de la FAUBA, coordinó las tareas de la investigación, desarrollada tanto en el laboratorio como en distintos puntos del Riachuelo. Para cada uno de los relevamientos, realizados a bordo de lanchas de la Prefectura Naval, las tareas requirieron de una preparación previa, antes de iniciar la navegación del contaminado curso de agua. La foto está tomada en La Boca.

Durante las cuatro campañas realizadas entre 2005-2006 en el Riachuelo, se observó que la concentración de metales pesados se asocia con el estado de anoxia del sistema y por ende con la concentración de sulfuro presente. La liberación de los metales está controlada por el efecto de la lluvia, siendo mayor en los períodos de abundantes precipitaciones. En los sólidos en suspensión y en los sedimentos del fondo del cauce, se presenta como metal mayoritario el cromo; en este último ambiente la concentración supera 4000 mg.L-1. La constante de partición de los metales indica que el cromo es el metal más afín a los sólidos en suspensión en el Riachuelo. Este patrón de comportamiento se modifica llegando al Río de la Plata, siendo allí el níquel el que presenta mayor afinidad a pesar de no superar los niveles guías de calidad propuestos para este metal.

"También -continúa Iorio- nos sorprendió encontrar plomo libre en la cuenca alta (sin formar complejos con la materia orgánica), por su elevada toxicidad para los organismos acuáticos y la potencial modificación de la capacidad metabólica del sistema".

En el estudio en cuestión, se aplicó un procedimiento de fraccionamiento secuencial para particionar los metales pesados en sedimentos de la cuenca. Si bien hubo una considerable variación en la proporción de los metales pesados ligados a las diferentes fracciones, el patrón de distribución del plomo fue similar para los cuatro sitios de muestreo. La fracción materia orgánica/sulfuros fue la principal fase depositaria de plomo. La especiación de cobre mostró un porcentaje relativamente alto en las fracciones carbonatos y materia orgánica/sulfuros. Una alta proporción de zinc se encontró ligada a los óxidos de hierro y manganeso. El cadmio fue sólo detectado en los sedimentos del Arroyo Cañuelas principalmente en las fracciones: intercambiable y carbonatos, indicando la alta movilidad potencial de este elemento.

Con respecto a los suelos, se encontraron mayores concentraciones de metales pesados en las áreas aledañas al cauce del río (ver "Los suelos de la…"). Por otra parte, el uso de la tierra no expresó la fragilidad de la cuenca, generando vulnerabilidades moderadas a ligeras (ver "Fragilidad de las tierras…").

En cuanto al análisis de comportamientos y procesos, las plantas acuáticas estudiadas mostraron una alta tolerancia a altos niveles de metales en sedimentos. En tanto, la adición de materia orgánica exógena a suelos contaminados con cromo se perfila como una alternativa a corto plazo y de bajo costo, para su estabilización y reutilización en áreas marginales, debido a que ha disminuido la disponibilidad del metal (ver: "Comportamiento y…").

 

¿La contaminación es irreversible?

Luego de un análisis tan minucioso y detallado por problema, surge casi inevitablemente la pregunta: ¿puede remediarse la contaminación? A lo que los especialistas responden que -como punto de partida-, se debería obligar a las empresas a que cesen en el vertido de efluentes al curso fluvial, o que previamente realicen un completo y adecuado tratamiento de los mismos. Paralelamente, deberían instrumentarse procedimientos para remediar la cuenca. Precisamente, este equipo interdisciplinario evaluó estrategias de fitorremediación y biorremediación, valiéndose de plantas y bacterias nativas de la cuenca. Son estrategias de bajo costo, ambientalmente amigables, pero requieren instrumentarse en el mediano y largo plazo. Actualmente, se encuentran evaluando potenciales fitoproductos, generados durante la remediación, que posean un valor económico y contribuyan a garantizar la sustentabilidad de los procedimientos.

Existe un amplio abanico de tecnologías disponibles que han sido evaluadas en distintas partes del mundo. Desde procedimientos de alto costo que garantizan drásticos cambios en el ambiente, hasta aquellos de instrumentación simple, pero que requieren de períodos de tiempo prolongados para producir resultados satisfactorios. Si bien parecería que remediar solamente requiere tomar una simple decisión, solamente al profundizar en el estudio se puede apreciar la elevada complejidad ambiental, social y económica del problema.

Índice de calidad de aguas

El índice de calidad de aguas en la cuenca varió entre polución elevada a líquido cloacal crudo cerca de la desembocadura en el Río de la Plata. El número de bacterias mesófilas aerobias facultativas detectado en distintos sitios de la cuenca osciló entre 2,5 x 103 y 2,2 x 106 unidades formadoras de colonias por mililitro. Estos valores pueden considerarse entre normales y elevados para las aguas de este tipo de ríos. Los valores para bacterias coliformes totales en las mismas muestras fluctuaron entre 7 x 102 y 1,5 x 107 por 100 ml. En un alto porcentaje de muestras se detectó Escherichia coli. En las aguas del Riachuelo se determinó la presencia de especies de los géneros Pseudomonas, Alcalígenes y Acinetobacter con capacidad para biodegradar compuestos orgánicos como fenol, orto, para y meta cresol y clorofenoles. Se enfocó la búsqueda hacia especies bacterianas degradadoras rápidas, que pudieran tener utilidad en procesos de tratamiento de aguas residuales de origen industrial. En numerosas muestras de agua y lodo extraídas en los distintos puntos de muestreo ubicados en la cuenca, se determinó la genotoxicidad mediante el ensayo de Ames. Los resultados obtenidos no mostraron un efecto mutagénico significativo en la mayoría de las muestras, aun cuando los datos químicos establecían la presencia de genotóxicos. Esta dificultad en la detección fue estudiada con sales de metales como el cromo, y pudo determinarse la influencia de material no tóxico, como las partículas en suspensión, en la detección de actividad mutagénica en la compleja mezcla de contaminantes presente en aguas y lodos del Matanza-Riachuelo.

Los suelos de la cuenca

En la zona alta de la cuenca del Arroyo Morales se analizó la materia orgánica del suelo en distintas posiciones del relieve de un establecimiento de cría de bovino. En la media loma y en el bajo hay carboxilatos involucrados en la formación de quelatos y sales con iones metálicos.

Asimismo se estudiaron las concentraciones totales de níquel, cromo, plomo y cadmio de los horizontes superficiales de cuatro suelos ubicados en el plano aluvial del Arroyo Morales. Los valores totales de níquel y cromo encontrados en estos suelos mostraron una tendencia a aumentar con el contenido creciente de arcilla. En el caso del plomo los altos valores hallados en superficie, podrían indicar la presencia de deposiciones atmosféricas. Las concentraciones de cadmio fueron muy bajas. Para todos los metales estudiados, las concentraciones totales fueron más elevadas en el suelo aledaño al arroyo, viéndose el mismo influenciado por la escorrentía superficial y las aguas del cauce.

 

Fragilidad de las tierras a los procesos de degradación

El análisis con sonda de neutrones mostró que las posiciones bajas serían las primeras en generar escurrimientos, seguidas de las medias lomas y las lomas en último término, ante la ocurrencia de lluvias importantes. Los resultados obtenidos del comportamiento hidrológico de una subcuenca del Arroyo Morales indican que cada evento de lluvia extraordinario condiciona al siguiente, afectando la rugosidad del cauce natural. La fragilidad de dicha cuenca a los procesos de degradación física alcanza valores moderados a severos (expresados como tasa de cambio anual en la densidad aparente) en los distintos geoambientes presentes. El uso de la tierra no expresa esa fragilidad, generando vulnerabilidades moderadas a ligeras. En relación a la degradación química de los suelos por acidificación, la subcuenca bajo estudio presenta valores de fragilidad nulos a ligeros (expresados como tasa de cambio anual en el pH).

Comportamientos y procesos

Lo que sigue es una descripción somera de los resultados obtenidos en este ítem:

  • En las nacientes del Arroyo Morales se establecen en su cauce parches de vegetación emergente dominados por Schoenoplectus californicus. Se estudió en laboratorio su resistencia al stress hídrico y su comportamiento ante el agregado de elevadas concentraciones de zinc, indicando que esta especie puede ser utilizada como indicador de la contaminación.
     
  • Los estudios de fitorremediación realizados con plantas acuáticas arraigadas (Schoenoplectus californicus y S. americanus) mostraron una alta tolerancia de estas plantas a altos niveles de metales (zinc y/o plomo) en sedimento. Las elevadas concentraciones absorbidas fueron acumuladas principalmente raíces y rizomas. En general, S. californicus mostró una baja traslocación de metales a los tallos, mientras que S. americanus traslocó zinc manteniendo concentraciones semejantes a las encontradas en los rizomas. A pesar de este diferente patrón de distribución de metal en la planta, en S. californicus no se observó disminución de la biomasa aérea.
     
  • Los estudios ultraestructurales realizados con microscopía electrónica de transmisión no mostraron evidencias de daño subcelular en hojas de Sagittaria monteviensis, pero sí en las raíces de Eichhornia crassipes, plantas con diferente hábito de vida pero provenientes del sitio con mayor contaminación analizado en el Riachuelo. En estas plantas los daños observados son compatibles con una elevada exposición a metales (plasmólisis, vacuolización excesiva, condensación de cromatina, etc.), aunque la característica mixta de la contaminación no permite considerar que los metales sean la única causa de este deterioro. No se ha encontrado evidencia de daño por metales en las hojas de Sagittaria montevidensis provenientes del sitio con mayor nivel de contaminación analizado en el Riachuelo.
     
  • El estudio de la acumulación de plomo en las raíces de Lolium perenne L y de Impatiens sultanii Hook condujo a proponer la rizofiltración como tecnología aplicable a la remoción del plomo de aguas y efluentes contaminados.
     
  • Se evaluó el potencial de fitoextracción de gramíneas cultivadas sobre suelos con altas concentraciones de plomo. Las plantas estudiadas fueron excluidoras del metal pesado, aunque el potencial de fitoextracción para Pennisetum clandestinum fue alto.
     
  • En un equipo de simulación fue posible estudiar el flujo de fósforo desde sedimentos anóxicos de la cuenca, bajo condiciones ambientales controladas. En este trabajo es posible observar que la liberación de fósforo desde sedimentos anóxicos, está íntimamente relacionada con el potencial redox, la calidad de la materia orgánica, la concentración de hierro y la formación de sulfuro en el sistema.
     
  • La adición de materia orgánica exógena a suelos derivados de sedimentos dragados contaminados con cromo ha producido una redistribución del metal entre las fases geoquímicas del suelo y una disminución de la biodisponibilidad, lo cual puede constituir una alternativa a corto plazo y de bajo costo para la estabilización y reutilización de suelos contaminados en áreas marginales.
     
  • Se investigó el efecto del agregado de material orgánico sobre la reducción de cromo hexavalente, en un suelo a diferentes niveles de concentración del metal. La adición de materia orgánica favoreció la reducción de cromo (VI) a cromo (III) en el suelo. El suelo tratado con turba de Sphagnum mostró la más baja concentración de cromo (VI) consistentemente con una reducción en la fitoxicidad de cromo (VI).
     
  • A partir de la utilización de simuladores de lluvia y microparcelas de escurrimiento se estudió la dinámica de metales pesados en aguas de escorrentía. Los resultados obtenidos destacan la conveniencia de considerar a la cobertura superficial y a la aplicación de enmiendas orgánicas, como elementos que inciden favorablemente en el control del desprendimiento de partículas bajo la erosión laminar. El mayor aporte de metales está representado por el sedimento producto del escurrimiento y no por la concentración del elemento disuelto en las aguas de escorrentía. Para todos los metales estudiados, el tratamiento con lombricompuesto produjo una marcada disminución en sus concentraciones disueltas en las aguas de escorrentía presumiblemente debido a la acción de los componentes orgánicos aportados por la enmienda que atrapan a los metales en la fracción particulada.

En la zona de mayor contaminación se buscó un aprovechamiento de los lodos a través del vermicompostaje. Este tratamiento desarrolló una enmienda con propiedades de fertilidad óptimas para una futura producción de plantas ornamentales.

Un río que aún vive

Los investigadores se reconfortan por el interés y la alegría que manifiestan muchos habitantes cuando los ven realizar su trabajo en el río. Los chicos que se acercan quieren conocer qué tan contaminado está, cuánto tiempo puede tardarse en "limpiarlo". Muchos se sorprenden cuando les comentan que extraen organismos vivos y otros sorprenden a los investigadores cuando les muestran tortugas de río tomando tranquilamente "baños de sol" en las márgenes del Riachuelo.

También los investigadores se asombran cuando en una de las últimas campañas de muestreo, mientras recorrían en lancha el Riachuelo, veían simultáneamente el trabajo de las palas que extraían desechos flotantes del curso y las descargas de camiones volcadores en basureros clandestinos asentados en las márgenes.

 

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