Geoquímica de sedimentos y suelos de Chile (XIV Congreso Geológico Chileno, 2015)

Catastro de estudios de geoquímica ambiental de suelos y sedimentos de Chile

Tapia, J.1, Mulet, J.2, Poblete, N.3, Rodríguez, C.3

1 Departamento de Ingeniería en Minas, Universidad de Antofagasta
2 Grupo de Geología Ambiental, Sociedad Geológica de Chile
3 PSG Chile SpA, Eleodoro Flores 804, Santiago, Chile

Resumen. Este estudio presenta una compilación sobre la información geoquímica de suelos y sedimentos de 14 estudios realizados en Chile. Éstos se han enfocado en caracterizar las fuentes de contaminación (o enriquecimiento), para así estimar su carácter natural y/o antropogénico. Para este catastro se tomaron 3 elementos cobre, cinc y arsénico, los que han sido mayormente caracterizados en el ámbito ambiental.

Palabras Claves: Geoquímica ambiental, Suelos, Sedimentos, Estadística, Chile.

Introducción

Figura 1. Mapa de distribución de las diferentes matrices elementales estudiadas en geoquímica ambiental en Chile.En Chile, estudios públicos relacionados con geoquímica ambiental han sido desarrollados por científicos de diversas áreas de las ciencias, mas con una reducida participación de geólogos.
Este trabajo presenta un catastro resumido que reúne información pública de geoquímica ambiental de suelos y sedimentos de Chile, con el fin de comparar la distribución de As, Cu y Zn a lo largo de Chile. La mayoría de los estudios ambientales compilados aquí fueron llevados a cabo por científicos asociados al área de la agronomía, química y/o biología, con una baja participación (<10%) de geólogos.

Metodología

Se compilaron 47 publicaciones de geoquímica ambiental en Chile, de las cuales se seleccionaron para este estudio las que presentaran concentraciones elementales en las matrices suelo y/o sedimento y que además tuvieran coordenadas, ya sea explícitamente o implícitamente a través de mapas (14 trabajos seleccionados; (Agriquem, 2009; Aguilar et al., 2011; De Gregori et al., 2003; Ginocchio et al., 2004; Hermanns and Biester, 2013; Narváez et al., 2007; Oyarzún et al., 2006; Oyarzun et al., 2004; Palma-Fleming et al., 2012; Parra et al., 2014; Ramirez et al., 2005; Romero et al., 2003; Segura et al., 2006; Tume et al., 2007).

Los datos numéricos y cualitativos fueron traspasados a tablas de datos y en el caso de las coordenadas implícitas, el mapa de muestreo fue georeferenciado (QGIS) para obtener los valores en sistema WGS 84 19S.

Los datos compilados fueron tratados estadísticamente a través de Calc (LibreOffice) y Gnumeric. Para la estadística, los valores bajo el límite de detección (LD) fueron considerados como el LD/2 (en caso que el valor del LD estuviese indicado en el estudio, en caso contrario, el valor no se tomó en consideración). Para el estudio particular de Agriquem (2009) realizado en la ciudad de Arica, los 442 datos se consideraron como un solo punto (si se consideraban todos estos valores, la estadística a escala país se enmascaraba). Para este resumen, se seleccionaron los elementos que presentaran mayor cantidad de datos en diferentes coordenadas. Los índices estadísticos determinados corresponden a: promedio, desviación estándar, mediana, desviación media absoluta (MAD), máximo, mínimo, curtosis, coeficiente de asimetría, primer y tercer cuartil (Q1 y Q3, respectivamente).

Los mapas de distribución en QGIS se realizaron a través del método quiebres naturales debido a que representó más claramente las distribuciones elementales.

Resultados y discusión

Zonas y elementos

A través de esta compilación se determinó que las zonas de Chile más estudiadas desde el punto de vista ambiental son las cuencas de las regiones de Antofagasta (río Loa), de Coquimbo (ríos Elqui, Limarí), Metropolitana, de Valparaíso, del Libertador Bernardo O’Higgins (ríos Mapocho, Aconcagua, Cachapoal) y Los Ríos (río Cruces). Además de estas cuencas, se han estudiado también suelos y sedimentos en zonas como Arica, Chañaral y Puchuncaví, (Fig. 1).

En relación a los elementos químicos de estudio, se determinó que el elemento más estudiado en suelos y sedimentos de Chile con objeto ambiental es cobre (Cu), seguido por cinc (Zn) y arsénico (As). Por este motivo, los resultados que se presentan en este trabajo se relacionan a estos tres elementos.

Arsénico, cobre y cinc

Figura 2. Boxplots que muestran las concentraciones de: (a) As, (b) Cu, (c) Zn en suelos + sedimentos (T), suelos (su) y sedimentos (sed) de los trabajo ambientales compilados en Chile.En la figura 2 se muestran las concentraciones de As, Cu y Zn en las matrices suelo + sedimento (T), suelo (su) y sedimento (sed) a través de boxplots. En general se observa que para estos tres elementos la mayor concentración media se presenta en los sedimentos, los suelos, salvo Zn, presentan medias menores. También se puede observar que los tres elementos muestran amplia variabilidad de los valores (Tabla 1).
Con respecto a la distribución espacial de estos elementos, se determinó que las concentraciones más elevadas de As (T) se presentan en la zona cordillerana y costera de la cuenca del río Loa y en la zona cordillerana de la cuenca del río Elqui (ríos Turbio y Toro; Fig. 3).

Tabla 1. Indicadores estadísticos obtenidos para As, Cu y Zn en suelos + sedimentos (T), suelos (su) y sedimentos (sed) de los trabajos de geoquímica ambiental compilados en este estudio.
AsT Assu Assed CuT Cusu Cused ZnT Znsu Znsed
n 154 40 114 305 149 156 171 34 137
Prom 221 36 285 717 377 1041 667 209 780
Devest. 920 35 1063 1831 591 2455 1641 192 1814
Máx. 11000 202 11000 24900 4087 24900 14765 1016 17765
Mín. 0.3 0.3 3.0 1.0 1.0 7.2 0.6 41.6 0.6
Med. 31 26 44 208 179 256 158 162 158
MAD 284 23 350 790 329 1151 773 125 903
Curt. 126 12 93 106 19 60 38 9 30
C. Asim. 10.7 2.9 9.3 8.9 4.0 6.9 5.6 2.7 5.0
Q1 12 19 12 90 100 70 90 99 90
Q3 137 45 250 680 404 1262 539 237 707

La distribución espacial de Cu se caracteriza por presentar las mayores concentraciones en la Bahía de Chañaral, en la zona cordillerana de las cuencas de los ríos Elqui, Mapocho y Coya, y puntualmente, en un suelo agrícola de la zona central de Chile (Fig. 4).

La distribución espacial de Zn se caracteriza por presentar las mayores concentraciones en la zona cordillerana de la cuenca del río Elqui (Fig. 5).

Figura 3. Distribución de As (T) en sedimentos y suelos de Chile.Figura 4. Distribución de Cu (T) en sedimentos y suelos de Chile.Figura 5. Distribución de Zn (T) en sedimentos y suelos de Chile.

Referencias

  1. Agriquem, 2009. Análisis químico de suelos de la ciudad de Arica. pp. 179.
  2. Aguilar, R., Hormazábal, C., Gaete, H., Neaman, A., 2011. Spatial distribution of copper, organic matter and pH in agricultural soils affected by mining activities. J. Soil Sci. Plant Nutr. 11, 125–145.
  3. De Gregori, I., Fuentes, E., Rojas, M., Pinochet, H., Potin-Gautier, M., 2003. Monitoring of copper, arsenic and antimony levels in agricultural soils impacted and non-impacted by mining activities, from three regions in Chile. J. Environ. Monit. JEM 5, 287–295.
  4. Ginocchio, R., Carvallo, G., Toro, I., Bustamante, E., Silva, Y., Sepúlveda, N., 2004. Micro-spatial variation of soil metal pollution and plant recruitment near a copper smelter in Central Chile. Environ. Pollut. 127, 343–352. doi:10.1016/j.envpol.2003.08.020
  5. Hermanns, Y.-M., Biester, H., 2013. Anthropogenic mercury signals in lake sediments from southernmost Patagonia, Chile. Sci. Total Environ. 445–446, 126–135. doi:10.1016/j.scitotenv.2012.12.034
  6. Narváez, J., Richter, P., Toral, M.I., 2007. Preliminary physical chemical characterization of river waters and sediments affected by copper mining activity in central Chile: application of multivariate analysis. J. Chil. Chem. Soc. 52, 1261–1265. doi:10.4067/S0717-97072007000300016
  7. Oyarzun, R., Lillo, J., Higueras, P., Oyarzún, J., Maturana, H., 2004. Strong arsenic enrichment in sediments from the Elqui watershed, Northern Chile: industrial (gold mining at El Indio–Tambo district) vs. geologic processes. J. Geochem. Explor. 84, 53–64. doi:10.1016/j.gexplo.2004.03.002
  8. Oyarzún, R., Lillo, J., Oyarzún, J., Higueras, P., Maturana, H., 2006. Strong Metal Anomalies in Stream Sediments from Semiarid Watersheds in Northern Chile: When Geological and Structural Analyses Contribute to Understanding Environmental Disturbances. Int. Geol. Rev. 48, 1133–1144.
  9. Palma-Fleming, H., Quiroz, E., Campillay, C., Figueroa, M., Varas, A., Velásquez, D., Jara, B., Palma-Larrea, X., 2012. Temporal and spatial trends of total aliphatic hydrocarbons of diesel range and trace elements in sediments and mussels of the Corral Bay area, Valdivia, Southern Central Chile. J. Chil. Chem. Soc. 57, 1074–1082.
  10. Parra, S., Bravo, M.A., Quiroz, W., Moreno, T., Karanasiou, A., Font, O., Vidal, V., Cereceda, F., 2014. Distribution of trace elements in particle size fractions for contaminated soils by a copper smelting from different zones of the Puchuncaví Valley (Chile). Chemosphere 111, 513–521. doi:10.1016/j.chemosphere.2014.03.127
  11. Ramirez, M., Massolo, S., Frache, R., Correa, J.A., 2005. Metal speciation and environmental impact on sandy beaches due to El Salvador copper mine, Chile. Mar. Pollut. Bull. 50, 62–72. doi:10.1016/j.marpolbul.2004.08.010
  12. Romero, L., Alonso, H., Campano, P., Fanfani, L., Cidu, R., Dadea, C., Keegan, T., Thornton, I., Farago, M., 2003. Arsenic enrichment in waters and sediments of the Rio Loa (Second Region, Chile). Appl. Geochem., Arsenic Geochemistry-selected papers from the 10th Water-Rock Interaction Symposium, Villasimius, Italy, 10-15 June 2001 18, 1399–1416. doi:10.1016/S0883-2927(03)00059-3
  13. Segura, R., Arancibia, V., Zúñiga, M.C., Pastén, P., 2006. Distribution of copper, zinc, lead and cadmium concentrations in stream sediments from the Mapocho River in Santiago, Chile. J. Geochem. Explor. 91, 71–80. doi:10.1016/j.gexplo.2006.03.003
  14. Tume, P., Bech, J., Sepulveda, B., Tume, L., Bech, J., 2007. Concentrations of heavy metals in urban soils of Talcahuano (Chile): a preliminary study. Environ. Monit. Assess. 140, 91–98. doi:10.1007/s10661-007-9850

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