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Detección de metales pesados en vegetación nativa, con
espectroscopia de absorción atómica, radiometría de campo e
imágenes Worldview 3, en entornos cercanos a relaves mineros.
Planta Bella Vista, V Región Chile.
Autores:
Idania Briceño, Paulina Vidal, Patricia Oliva,
Waldo Pérez
Protocolos y Librerías espectrales en Espectroscopía de Campo:
de las buenas prácticas a una mayor utilidad de los datos
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Introducción
Uno de los principales problemas ambientales derivados dela producción minera es la contaminación por metalespesados de los recursos suelos y vegetación. Las altasconcentraciones de metales pesados pueden influirnegativamente en el crecimiento de las plantas, y si estosterminan en cultivos agrícolas o en áreas de pastoreo,plantean una seria amenaza para la salud. Hang et al., 2016demostraron la capacidad de asimilar metales pesados quetienen diferentes cultivos vegetales en función del tipo dehortaliza e.g las hortalizas de hoja> hortalizas de tallo /hortalizas de raíz / hortalizas solanáceas> legumbres.
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Objetivo
Este estudio tiene por objetivo estimar las concentraciones de
metales pesados en vegetación que se localiza en un entorno
de tranque de relave, a través del uso combinado de
espectroscopia de absorción atómica, radiometría de campo e
imágenes Worldview3 e imágenes hiperespectrales.
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Ubicación del área
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•Se recolectaron 48 muestras de vegetación nativa representativa del bosque mediterráneo de Chile, Litre (Lithraea caustica). A partir de un muestreo aleatorio estratificado:
• sobre el área de colapso (suelos);
•a las distancias de 200; 400 y 1000 metros del colapso del tranque vegetación
•Se determinó las concentraciones de metales pesados en vegetación con EAA.
•Se tomaron 31 firmas espectrales de la vegetación in situ con radiómetro de campo AvaSpec-2048, en áreas con influencia directa del colapso y en áreas distanciadas del colapso.
•Las firmas espectrales de todos los puntos muestreados en el área de estudio se tomaron con el sensor hiperespectral aerotransportado HySPEX VNIR-1600, las escenas se capturaron el mismo día del paso de la revisita WorldView 3, con nula nubosidad entre las 11:00 y 14:30h.
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Recolección de muestras espectrales
• Planificación
• Identificación de las coberturas o especies a muestrear
• Reconocimiento de las especies que muestren daño en su
estructura.
• Geoposicionamiento de las muestras con GPS geodésico.
• Se identifican las muestras,
• Se toma una fotografía panorámica de la cobertura
muestreada, coordenada UTM WGS84-H19.
• Se tomaron 3 firmas espectrales por especie (validación de
datos).
• Se capturaron 11 escenas hiperespectrales
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Diseño muestral
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Recolección de muestras de vegetación
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Recolección de muestras de vegetación
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Planificación del vuelo para capturar imágenes hiperespectrales
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Equipos
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Captura de imágenes
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Procesamiento de imágenes
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Mosaico hiperespectral
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Recolección de firmas espectrales
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Recolección de firmas espectrales
• Las firmas espectrales obtenidas, se guardan en formato .txt
Rojo: espino
Verde: Peumo
Azul: Quillay
Amarillo: Litre
Fuente: Roig, 2010.
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METAL PESADO CONCENTRACIÓN (mg/m3)
Arsénico 12
Cadmio 1,4
Cobalto 40
Cobre 63
Plomo 70
Zinc 200
Límites máximos permisibles según normativa ambiental
canadiense. http://www.ccme.ca
Cu (mg/kg) Mn (mg/kg) Fe (mg/kg) Zn (mg/kg) Pb (mg/m3) Cd (mg/m3) Co (mg/kg)
MINIMO 9.64 1.96 73.67 6 7.75 0.25 1.23
MAXIMO 47.16 193.01 110.1 212.49 90.46 4.52 3.98
MEDIA 20.72 90.28 284.1 22.66 18.16 0.88 2.11
σ 8.68 40.19 211.07 32.61 12.95 0.9 0.5
Resultados de laboratorio:
espectroscopia de absorción atómica (Muestras de vegetación)
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• 𝑁𝐷𝑅𝐸 =ρ𝑟𝑒𝑑−ρ𝑁𝐼𝑅
ρ𝑟𝑒𝑑+ρ𝑁𝐼𝑅
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• 𝑅𝐷𝑉𝐼 =ρ𝑁𝐼𝑅−ρ𝑅𝐸𝐷
ρ𝑁𝐼𝑅+ρ𝑅𝐸𝐷
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• 𝑀𝑆𝑅 =ρ𝑁𝐼𝑅−ρ𝑅𝐸𝐷 −1
ρ𝑁𝐼𝑅+ρ𝑅𝐸𝐷 +1
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Se analizaron las firmas
espectrales de las muestras que
tenían mayor contenido de
metales pesados, y se contrastó
con aquellas ubicadas a más de
1000m del área de colapso.
Aunque no se pudo detectar cual
es el metal que tiene mayor
influencia, si se puede observar
el cambios significativos en la
vegetación sobre el área de
colapso.
Firmas espectrales imágenes hiperespectrales
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Línea roja es la Firma
promedio del litre
alejada de la influencia
de los metales pesados,
tomados en otra comuna.
Es la firma promedio del
Litre en las cercanías del
tranque de relave
Firmas espectrales radiómetro de campo
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• Los diferentes índices aplicados demuestran que la vegetación presente
en el área de estudio, muestra síntomas de estrés, situación que se
confirma con las firmas espectrales tomadas. Sin embargo, estas
muestras se tomaron en estación de verano, que en la región se
caracteriza por ser cálidos y secos y los resultados pueden estar
relacionados con las características climáticas del área.
• Por esta razón, recomendamos hacer análisis dendrocronológicos que nos
permitan analizar los patrones de cambio de la vegetación a partir del
terremoto de 2.010,y así poder establecer la secuencia de afectación de los
metales pesados en la vegetación analizada.
• A partir de EAA se pudo determinar los metales presentes en la
vegetación, con niveles por encima de lo que establece la norma
canadiense.
• Recomendamos extraer firmas espectrales específicas que nos permitan
determinar los espectros de absorción y de emisión de los metales
presentes en la vegetación.
Conclusiones y Recomendaciones
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¡Gracias!
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