procesos geolÓgicos y contaminaciÓn de … · acueducto a la red de distribución. liberación...
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PROCESOS GEOLÓGICOS Y CONTAMINACIÓN
DE AGUAS SUBTERRÁNEAS EN MÉXICO
Dra. Ma. Aurora Armienta H
Instituto de Geofísica, UNAM
Co-Chair for Geosciences
International Medical Geology
Association (IMGA)
Modif. Sellinus et al., IUGS, 2005
Elevación rápida de niveles de
especies tóxicas hasta llegar a
concentraciones peligrosas para la
salud.
Fuentes de
abastecimiento:
para causar un daño a la salud
si se está expuesto por
periodos prolongados.
Incremento a lo largo
del tiempo hasta
alcanzar
concentraciones
suficientes
PRINCIPALES FUENTES DE LOS IONES EN AGUAS NATURALES
Especie Química Fuentes Comunes
Na+
Halita (NaCl), aerosol marino, fuentes
termales, salmueras, algunos silicatos
(plagioclasa NaAlSi3O8, nefelina
NaAlSiO4)
La mayoría del Na se origina por
intercambio iónico:
2 Na-arcilla + Ca2+
Ca-arcilla + Na+
Cl- Halita, aerosol marino, fuentes termales,
salmueras
K+ Feldespato de
potasio (KAlSi3O8),
mica (KAl2(AlSi3)O10(OH)2
Ca2+
Calcita (CaCO3), aragonita (CaCO3),
dolomita (CaMg(CO3)2), yeso
(CaSO4.2H2O), anhidrita (CaSO4), fluorita
(CaF2), plagioclasa (anortita, CaAl2Si2O8),
piroxeno (diópsido, CaMgSi2O6), anfibol
(NaCa2(Mg,Fe,Al)Si8O22(OH)2).
SO42-
Pirita (FeS2), yeso (CaSO4.2H2O), anhidrita
(CaSO4), fuentes geotérmicas, gases
volcánicos.
Mg2+
Dolomita (CaMg(CO3)2), silicatos como
olivino ((Mg,Fe)2SiO4), piroxeno
(diópsida, CaMgSi2O6, anfibol
(NaCa2(Mg,Fe,Al)Si8O22(OH)2), mica
(K(Mg,Fe)3(AlSi3)O10(OH)2).
HCO3- y CO3
2- CO2 atmosférico:
H2O + CO2 H2CO3 H+ + HCO3
-
0.03% de CO2 en la atmósfera
PCO2 = 0.0003 atm en la atmósfera
PCO2 = 0.003 a 0.03 atm en suelos.
Reducción de sulfatos:
SO42-
+ 2CH2O H2S + 2HCO3
-
Calcita, dolomita
Más del 60% del abastecimiento del agua potable
proviene de acuíferos
Intrusión Salina
Nitratos
Coliformes
As, F, Fe, Mn, Cr
Compuestos orgánicos
Alrededor de 20 millones de
personas expuestas a
concentraciones de As >
0.05mg/L
Dosis letal 1.5 mg/kg de
peso (As2O3)
Rocas Igneas Rango (ppm)Ultrabásicas 0.3-16
Basaltos, gabros 0.06-113
Andesitas, dacitas 0.5-5.8
Graníticas 0.2-13.8
Volcánicas silícicas 0.2-12.2
Rocas Sedimentarias Rango (ppm)
Calizas 0.1-20
Lutitas/arcillas (zona costera) 4.0-25
Lutitas/arcillas (mar adentro) 3.0-490
Areniscas 0.6-120
Fosforitas 0.4-188
Carbón 0-2000
Rocas Metamórficas Rango (ppm)
Cuarcita 2.2-7.6
Pizarras/filitas 0.5-143
Esquistos/gneis 0-18.5
Welch et al., 1988, Onishi, 1969; Kumar et al., 2002
Se han reportado más de 240
minerales de arsénico como:
Mimetita
Arsenopirita
Escorodita
Tenantita
Nombre Composición
Arsénico As
Arsenopirita FeAsS
Rejalgar AsS
Oropimento As2S3
Enargita Cu3AsS4
Alemontita AsSb
Adamita Zn2(OH)(AsO4)
Mimetita Pb5(AsO4,PO4)3Cl
Lolingita FeAs2
Proustita Ag3AsS3
Tenantita (Cu,Fe) 12As4S13
Cobaltita CoAsS
Arsenolita As2O3
Escorodita FeAsO4.2H2O
En México:
Ojuela
legrandita
conicalcita
Arsenopirita
FeAsS
Adamita
Escorodita
CaCu[OH/AsO4]
Zn2(AsO4)(OH)
FeAsO4.2H2O
Zn2(AsO4)(OH).H2O
México
Más de 400años de minería
Uno de los 10 principales países
mineros (2014)Ag (1º), oro, plomo, zinc, cobre,
bismuto, fluorita, cadmio, molibdeno.
4.9%PIB, 337 mil 598 empleos (2013)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
07/0
5/1
990
31/0
1/1
993
28/1
0/1
995
24/0
7/1
998
19/0
4/2
001
14/0
1/2
004
10/1
0/2
006
06/0
7/2
009
01/0
4/2
012
27/1
2/2
014
22/0
9/2
017
mg
/L
Muhi
Zim 5
Detzaní
Potable
PRESENCIA DE ARSÉNICO EN AGUA SUBTERRÁNEA Y POTABLE
EVOLUCIÓN DE LA CONCENTRACIÓN DE As EN DISTINTOS POZOS EN ZIMAPÁN, HIDALGO
Pb, Zn, Ag
Depósitos de
alta
temperatura
en carbonatos.
Más
abundantes:
esfalerita,
galena, pirita,
pirrotita,
calcopirita,
arsenopirita,
tetrahedrita-
tenantita,
sulfosales de
Pb y Sb
PRESENCIA DE ARSÉNICO EN YACIMIENTOS MINERALES
FeS2 + 7/2 O2 + H2O Fe2+
+ 2SO42-
+ 2H+
Fe2+
+ ¼ O2 + H+
Fe3+
+ ½ H2O
FeS2 + 14Fe3+
+ 8H2O 15Fe2+
+ 2SO42-
+ 16H+
4FeAsS + 13O2 + 6H2O 4Fe2+
+ 4SO42-
+ 4H2AsO4 - + 4H
+
FeAsS + 13Fe3+
+ 8H2O 14Fe2+
+ SO42-
+ 14H+ +
H2AsO4(aq)
OXIDACIÓN
mineral metal composición
Tenantita Cobre (Cu, Fe)12 As4 S13
Adamita Zinc Zn2 (AsO4 )(OH)
Arsenopirita Hierro FeAsS
Lolingita Hierro FeAs2
Mimetita Plomo PbS(AsO4 )3Cl
Olivinita Cobre Cu2(ASO4 )OH
Escorodita Hierro FeAsO4 .2H2O
Hidalgoita Plomo PbAl3 (AsO4)(SO4)(OH)6
PRESENCIA DE ARSÉNICO EN LA MINERALOGÍA LOCAL
R2 = 0.7642
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08
As (mg/L)
SO
4 (
mg
/L)
0
200
400
600
800
1000
1200
As (
mg
/kg
)
Tamaulipas
Tamaulipas*
Trancas
Soyatal
Soyatal*
Cueva/10
Las Espinas
Las Espinas*
Oxidación de Arsenopirita
2FeAsS +6.5O2 + 3H2O = 2Fe2+ +2SO42- +
2HAsO42- + 4H+
Disolución de Escorodita
FeAsO4.2H2O + xH2O = FeO(OH).xH2O + H3AsO4
Armienta M.A., G. Villaseñor, R. Rodriguez, L.K. Ongley, H. Mango et al., 2001
Zimapán, Hgo.
Instalación de una planta de tratamiento para el agua del pozo más productivo y otras más pequeñas en otros dos pozos
12 de 15 pozos As>0.025 mg/L
San Ramón
Hasta 20 veces la norma
Posible Fuente:
mineralización
(Leal-Ascencio y Gelover-Santiago,
2006)
Contaminación aguas superficiales (0.059-0.4 mg/L), suelos (5300 mg/kg), aguas subterráneas (6.765 mg/L)
Incremento en daño al DNA (Pb y As en suelos)
Castro-Larragoitia et al., 1997; Yáñez et al., 2003; Razo et al., 2004
Oxidación de los sulfuros de los jales mineros, oxidación de arsenopirita, disolución de sulfuros del acuífero en un medio anaerobio de elevada alcalinidad
Sta. Ma. De la Paz,
S.L.P.
Los Humeros:
Pozos
Geotérmicos
de producción:
0.5 a 162 mg/l
a mayor
profundidad.
www.geotermia.org.mx
Asociación Geotérmica Mexicana
González-Partida et al., 2001;
Birkle y Bunduschuh, 2009
Los fluidos geotérmicos pueden estar enriquecidos en arsénico
Los Altos de Jalisco.
Rocas Volcánicas.
As de 0.0147 a 0.102
mg/L
F hasta 17.77 mg/L
Mayoría con T mayores a
30oC. Hurtado-Jiménez y Gardea-Torresdey,
2004, 2009.
As: hasta 0.718 mg/L
Efectos en salud,
1958.
As(V)
Controversia
sobre la Fuente
de As
Cebrián et al., 1994; Del Razo et
al., 1990; Molina, 2004; Ortega-
Guerrero, 2004;Gutierrez-
Ojeda,2009
Antropogénica: insecticidas.
Varias hipótesis.
Naturales:
Procesos Magmáticos que originaron un
sistema hidrotermal
Arcillas
Evaporación
Desorción
Oxidación de Sulfuros
Comarca Lagunera.- Afectaciones a la Salud
• Enfermedades vasculares periféricas
• Queratosis
• Cáncer de piel
• Cambios en la pigmentación cutánea
• Problemas Gastrointestinales
• Daño Citogenético
(Cebrián et al., 1994; Gonsebatt et al., 1997)
Población rural expuesta
As PROBLEMA
Parcialmente
Resuelto.
Acueducto a la red
de distribución.
Liberación
potencial de
tuberías
Instalación de filtros caseros
Mantenimiento
Además: 3.7 mg/L de fluoruro
en el agua subterránea (Del
Razo et al., 1993)
Guadiana
Meoqui, Delicias
0.45 mg/L
Hermosillo,
Caborca,
Etchojoa
0.305 mg/L
0.167 mg/L
Máximos en la zona de
rocas volcánicas
Procesos Magmáticos
Extracción intensiva
Alarcón-Herrera et a., 2001, Wyatt et
al., 1998, Piñón-Miramontes et al.,
2003; Ruiz-González & Mahlknecht,
2006, Mahlknecht et al., 2008
San Diego de
Alcalá 0.344
mg/L
Hermosillo, Sonora: Correlación
positiva entre As en el agua y As en
la orina (Wyatt et al., 1998)
Niveles de As han disminuido por
dilución con agua no contaminada,
pero todavía subsisten problemas en
algunas áreas
Rocas volcánicas y
sedimentos lacustres
Correlación de As y F en el
agua subterránea
Presencia de As en el
N y NO de México
As hasta 0.12 mg/L.
Oxidación de sulfuros (Mahlknecht et al., 2004)
Disolución de riolitas e ignimbritas en acuífero
fracturado (Ortega-Guerrero, 2009)
Acuífero de la
Independencia
LUGAR Conc. Máxima de
As (mg/L)
Origen Afectaciones a la
Salud
Biomarcadores Referencias
Comarca Lagunera
(Durango, Coahuila,
Chihuahua)
0.8 mg/L Geogénico (procesos
hidrotermales,
evaporación, oxidación
de minerales de As)
Sí (Enfermedad de
Bowen,
hipopigmentación,
hiperpigmentación,
queratosis,
enfermedad de pies
negros), diabetes,
efectos genotóxicos,
efectos cognitivos,
incidencia de cáncer
Sí Ortiz et al., 1963, González-
Hita et al., 1991, Cebrián et
al., 1994, Albores et al., 1979,
Cebrián et al., 1983, Rosas et
al., 1999, Del Razo et al.,
1990, Molina 2004, Rosales-
Castillo et al., 2004,
Coronado-González et al.,
2007, Rosado et al., 2007,
Méndez-Gómez et al., 2008,
Del Razo et al., 2011,
Camacho et al., 2011
Sonora 0.305 (Hermosillo)
Geogénico No reportadas Sí (orina)
Relación entre F
y As en agua y
orina
Wyatt et al., 1996, 1998, Meza
et al., 2004
Zimapán, Hgo. 1.1 mg/L Geogénico y
antropogénico (jales y
fundidoras)
Sí,
hipopigmentación,
hiperpigmentación,
queratosis,
hipertensión, diabetes,
incremento riesgo
cardiovascular
Sí (cabello),
orina, sangre
Armienta et al., 1993, 1997,
2001, Sracek et al., 2007
Gómez-Arroyo et al.,
1997,Ongley et al., 2001, 2003
Del Razo et al., 2011, 2014
Baja California Sur 0.41 mg/L Residuos mineros ¿ Carrillo-Chávez et al., 2000
Río Verde, SLP 0.050 Geogénico No detectadas Planer-Friedrich et al., 2001
Villa De la Paz. SLP 11930 mg/kg
(Suelo)
0.265 mg/L (aljibe)
5.9 mg/L (canales)
Jales mineros
Residuos mineros,
geogénico?
Daño al ADN Sí orina Yáñez et al., 2003
Razo et al., 2004
Acoculco, Puebla 0.206 mg/L Geogénico (zona geotérmica)
No reportadas Quinto et al., 1995
Valle de Guadiana (Durango)
0.167 mg/L Geogénico No reportadas Alarcón et al., 2001
Acámbaro, Guanajuato
1.006 ppm Antropogénico ¿ Gutierrez et al., 1996
Los Azufres, Michoacán
24 mg/L Geogénico (hidrotermal)
No reportados Birkle et al., 1998
Morales, SLP 1396 ppm (suelo)2625 ppm (polvo)1.45 g/m3
(aire)
Antropogénico (fundidora)
No reportados Sí orina y cabello
Díaz-Barriga et al., 1993
Uriangato, Gto. ¿ No reportados Zaire et al., 2004
LUGAR Conc. Máxima de As (mg/L)
Origen Afectaciones a la Salud
Biomarcadores Referencias
Flúor
Topacio
Haluros: NaF, KF, CaF2
Haluros con fluoroaniones:Na[BF4], K [BF4 ], Na3 [ AlF6 ]
Fosfatos: Apatita Ca5(PO4)3(F,OH,Cl)
Silicatos: Topacio
Al2F2 [SiO4]
Muscovita
KAl2(OH,F)2[AlSi3O10]
Flogopita
KMg3(OH,F)2[AlSi3O10]
Riolitas
Granitos
Gases volcánicos
México 1.50 mg/L (DOF, 2000)
EUA 4.0 mg/L (USEPA, 2002)
OMS 1.50 mg/L (OMS, 2006)
Tomar en cuenta el volumen de agua y otras fuentes de
consumo
Normatividad Agua PotableMinerales en los Acuíferos
Fluorita
Apatita
Hornblenda, micas
F- reemplaza parte
de los OH-
Especies en el Agua
F-
HF a pH < 3.5
Complejos con Al 3+ , Fe3+
CaF2 pKs = 10.5
Topacio
FLÚOR
Mayor prevalencia de fluorosis:
Aguascalientes, Sonora, Zacatecas,
San Luis Potosí, Baja California y
Durango
Riolitas, SLP
(3.7 mg/L)
Granitos,
Hermosillo
(7.59mg/L),
Flujo regional,
alta T
(Carrillo-Rivera et
al., 1996;
Valenzuela-
Vásquez et al.,
2006)
Aguascalientes:
Fluoruro hasta 4 mg/L, interacción con
rocas ígneas (Rodríguez et al., 1997)
Fluorosis dental (Trejo-Vázquez et al.,
2002)
Fluoruro en Aguas Subterráneas
Estado ConcentraciónF- (mg/L )
Aguascalientes 0.94-3.52
Durango 10.27-11.98
Guanajuato 0.5-12.18
San Luis Potosí 0.74-4.16
Michoacán 16.0-17.0
Zacatecas 0.84-7.30
Jalisco 1.12-5.32
Lugar Concentración Efectos a la Salud Referencia
Chihuahua,
comunidades rurales
3.74 mg/L Fluorosis dental Rodríguez-Dozal et al.,
2005
San Luis Potosí y
Aguascalientes
5.8 mg/L (SLP),
Aguascalientes hasta 4.5
mg/L
Fluorosis
Dosis de exposición
riesgosa
Grimaldo et al., 1995;
Díaz-Barriga, 2000;
Trejo-Vázquez y Bonilla-
Petriciolet, 2001
Durango y SLP,
comunidades rurales
5.3 mg/L, 9.4 mg/L Coeficiente intelectual Rocha Amador et al.,
2007
Valle del Guadina, Dgo. Hasta 5.67 mg/L Fluorosis dental,
incremento en fracturas
óseas
Ortiz et al., 1998;
Alarcón-Herrera et al.,
2001
Chihuahua, Villa
Ahumada
5.3 mg/L Fluorosis dental,
decremento estatura,
niveles de hormona T3 y
ácido úrico en
adolescentes
Ruiz Payan et al., 2006
Revisión distribución y origen: Arsénico y flúor en las aguas subterráneas de México.M.A. Armienta, N. Segovia, Arsenic and fluoride in the groundwater of Mexico, Environmental Geochemistry and Health , Vol. 30, pp 345-353, 2008.
Arsénico y flúor en el agua subterránea
México es el segundo productor mundial de fluorita y llegó a ser el cuarto de arsénico
ALGUNAS REFLEXIONES
• Cuantificación correcta de los niveles de contaminación y su
distribución
• Identificación del origen de los contaminantes
• Determinación de la mobilización en el ambiente
• Evaluación del Riesgo
• Propuesta de alternativas
International Medical Geology Association
Focus: Education and Research on Medical Geology worldwide facilitating
interactions between biomedical and geoscience researchers to address human and animal health problems caused by geologic materials or geologicprocesses.
Members: More than 300 from 50 countries and 24 formal chaptersworldwide.
International Conferences: • 7th MEDGEO 2017 in Moscow, Russia.
• 8th MEDGEO 2019 in Guiyang, China.
• Refereed journal articles, Keynote speeches and special sessions at various
international medical and geological conferences
Communication: Website, Newsletter, E-News, Facebook,Flyers/Posters
Education: Short Courses, Webinars, Books, etc.
www.medicalgeology.org
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