Diagnóstico ambiental de suelos contaminados por actividades mineras y evaluación de técnicas de estabilización para su recuperación

[ES]La contaminación del suelo implica un grave deterioro de la calidad del mismo y entraña igualmente un gran riesgo para otros compartimentos ambientales y para la salud humana. Las actividades susceptibles de contaminar el suelo son muy diversas, entre éstas destacan las industrias extractivas, p...

Descripción completa

Detalles Bibliográficos
Autor: Otones Migueláñez, Virginia
Tipo de recurso: tesis doctoral
Fecha de publicación:2014
País:España
Institución:Universidad de Salamanca (USAL)
Repositorio:GREDOS. Repositorio Institucional de la Universidad de Salamanca
OAI Identifier:oai:gredos.usal.es:10366/127842
Acceso en línea:http://hdl.handle.net/10366/127842
Access Level:acceso abierto
Palabra clave:Tesis y disertaciones académicas
Universidad de Salamanca (España)
Tesis Doctoral
Academic dissertations
Contaminación
Actividades mineras
Conservación de suelos
2511.06 Conservación de Suelos
3308 Ingeniería y Tecnología del Medio Ambiente
2506 Geología
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Murciego Murciego, Ascensión
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description [ES]La contaminación del suelo implica un grave deterioro de la calidad del mismo y entraña igualmente un gran riesgo para otros compartimentos ambientales y para la salud humana. Las actividades susceptibles de contaminar el suelo son muy diversas, entre éstas destacan las industrias extractivas, particularmente la minería metálica, que es foco de emisión de la mayoría de los elementos tóxicos considerados más problemáticos. Resulta prioritario en Europa y en nuestro país la evaluación y recuperación de las áreas afectadas por este tipo de actividad, especialmente de aquellas donde se localizan emplazamientos mineros históricos. En este estudio se realiza la caracterización ambiental de suelos afectados por antiguas explotaciones mineras ubicadas en las comunidades de Castilla y León y Extremadura (Barruecopardo, Terrubias, San Antonio y Clara), particularmente de explotaciones de volframio con arsenopirita (FeAsS), de estibina (Sb2S3) y de galena (PbS), que son focos emisores de elementos tóxicos como arsénico, antimonio y plomo. Asimismo, se establecen posibles tratamientos de estabilización para su recuperación basados en la revegetación con especies fitoestabilizadoras y en la aplicación de agentes enmendantes. Para el diagnóstico ambiental de los suelos se ha efectuado el estudio de la distribución horizontal y vertical de los elementos tóxicos presentes en el entorno cercano de los focos de contaminación persistentes en las áreas mineras consideradas, determinado su contenido total, móvil y movilizable. Dicha caracterización permite establecer el impacto de las antiguas actividades mineras en la calidad ambiental de los suelos, así como los riesgos actuales y eventuales de transferencia de los elementos tóxicos a otros puntos del ecosistema. Se ha efectuado igualmente el estudio de la vegetación característica presente en las zonas contempladas con el fin de detectar plantas con propiedades adecuadas para ser utilizadas en estrategias de fitoestabilización de los suelos contaminados y con el fin de establecer los riesgos de transferencia de los elementos tóxicos a niveles superiores de la cadena trófica. Para ello, se ha determinado el contenido de éstos en las diferentes partes de las plantas (raíz y tejidos aéreos) y se han establecido los correspondientes factores de bioacumulación (FB) y de translocación (FT). Finalmente, se ha evaluado a nivel de laboratorio la aplicación de diferentes (oxihidr)óxidos de hierro y aluminio (goethita, ferrihidrita y óxido de aluminio amorfo) como enmendantes para estabilizar los suelos mineros. El estudio realizado ha revelado el importante nivel de contaminación existente en las diferentes áreas mineras consideradas, encontrándose concentraciones totales de los elementos tóxicos presentes en cada caso (As, Sb y Pb) muy superiores a los niveles críticos por encima de los cuales la toxicidad por los mismos es posible (20-50, 5-10 y 100-400 mg kg-1, respectivamente). Así, en la capa superior de los suelos las concentraciones totales de As alcanzan valores comprendidos en el rango 70-5.330 mg kg-1 en las áreas mineras contaminadas por este elemento (Barrecopardo, Terrubias y Clara), las de Sb oscilan en el rango 14-3.190 mg kg-1 en las áreas impactadas por la explotación de depósitos de estibina (San Antonio y Clara) y las de Pb varían entre 755 y 10.660 mg kg -1 en la afectada por la explotación de un depósito de galena (Clara). De forma general, las concentraciones de los elementos tóxicos, salvo en los terrenos de cultivo, disminuyen con la profundidad. Sus contenidos móviles, aunque suponen una pequeña fracción de los totales (≤ 2.5%), llegan a presentar valores muy elevados (hasta 12, 27 y 8 mg kg-1 de As, Sb y Pb, respectivamente) en las áreas más contaminadas por ellos. Dichos niveles solubles suponen un elevado riesgo de dispersión de estos elementos tóxicos a otros compartimentos ambientales, poniendo de manifiesto la necesidad de adoptar medidas para su control. Los elementos tóxicos muestran una importante distribución en la fracción residual de los suelos, sobre todo el Sb que alcanza proporciones en esta fracción ≥ 84%, mientras que en el caso del As y del Pb éstas oscilan dentro de los rangos 30-95% y 18-46%, respectivamente. La presencia de estos dos elementos en la fracción reducible alcanza igualmente altas proporciones (2-65% y 15-71%, respectivamente), evidenciando los riesgos de una movilización adicional de los mismos bajo cambios ambientales que conlleven una evolución hacia condiciones reductoras. La vegetación presente en las áreas mineras estudiadas desarrolla, de forma general, tolerancia al As y al Pb por medio de una estrategia excluyente, presentando concentraciones muy bajas de dichos elementos en las raíces y tejidos aéreos o bajas concentraciones en estos últimos, aunque sus concentraciones en las raíces sean elevadas. Entre las plantas excluyentes, destacan las especies Agrostis castellana (Boiss. & Reut.), Scirpus holoschoenus L., Centaurea jacea L. y Eryngium campestre L. y la especie Dactylis glomerata L. por su gran potencial para ser usadas en técnicas de fitoestabilización de suelos contaminados con As y Pb, respectivamente. Con respecto al Sb, entre la vegetación de estas áreas, existen tanto plantas excluyentes como con propiedades acumuladoras. Entre las primeras, la especie Daphne gnidium L. presenta características apropiadas para su aplicación en estrategias de fitoestabilización de suelos contaminados con este elemento. Dichas plantas son capaces de acumular a nivel de las raíces concentraciones relativamente elevadas de los elementos tóxicos indicados, con una reducida tanslocación a sus tejidos aéreos. De los tratamientos enmendantes evaluados, los basados en el uso de ferrihidrita u óxido de aluminio amorfo han evidenciado su capacidad para reducir de forma importante la movilidad de los diferentes elementos tóxicos en los suelos de las áreas mineras objeto de estudio, poniendo de manifiesto el potencial de estos tratamientos para su aplicación en la estabilización de suelos mineros.
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Resulta prioritario en Europa y en nuestro país la evaluación y recuperación de las áreas afectadas por este tipo de actividad, especialmente de aquellas donde se localizan emplazamientos mineros históricos. En este estudio se realiza la caracterización ambiental de suelos afectados por antiguas explotaciones mineras ubicadas en las comunidades de Castilla y León y Extremadura (Barruecopardo, Terrubias, San Antonio y Clara), particularmente de explotaciones de volframio con arsenopirita (FeAsS), de estibina (Sb2S3) y de galena (PbS), que son focos emisores de elementos tóxicos como arsénico, antimonio y plomo. Asimismo, se establecen posibles tratamientos de estabilización para su recuperación basados en la revegetación con especies fitoestabilizadoras y en la aplicación de agentes enmendantes. Para el diagnóstico ambiental de los suelos se ha efectuado el estudio de la distribución horizontal y vertical de los elementos tóxicos presentes en el entorno cercano de los focos de contaminación persistentes en las áreas mineras consideradas, determinado su contenido total, móvil y movilizable. Dicha caracterización permite establecer el impacto de las antiguas actividades mineras en la calidad ambiental de los suelos, así como los riesgos actuales y eventuales de transferencia de los elementos tóxicos a otros puntos del ecosistema. Se ha efectuado igualmente el estudio de la vegetación característica presente en las zonas contempladas con el fin de detectar plantas con propiedades adecuadas para ser utilizadas en estrategias de fitoestabilización de los suelos contaminados y con el fin de establecer los riesgos de transferencia de los elementos tóxicos a niveles superiores de la cadena trófica. Para ello, se ha determinado el contenido de éstos en las diferentes partes de las plantas (raíz y tejidos aéreos) y se han establecido los correspondientes factores de bioacumulación (FB) y de translocación (FT). Finalmente, se ha evaluado a nivel de laboratorio la aplicación de diferentes (oxihidr)óxidos de hierro y aluminio (goethita, ferrihidrita y óxido de aluminio amorfo) como enmendantes para estabilizar los suelos mineros. El estudio realizado ha revelado el importante nivel de contaminación existente en las diferentes áreas mineras consideradas, encontrándose concentraciones totales de los elementos tóxicos presentes en cada caso (As, Sb y Pb) muy superiores a los niveles críticos por encima de los cuales la toxicidad por los mismos es posible (20-50, 5-10 y 100-400 mg kg-1, respectivamente). Así, en la capa superior de los suelos las concentraciones totales de As alcanzan valores comprendidos en el rango 70-5.330 mg kg-1 en las áreas mineras contaminadas por este elemento (Barrecopardo, Terrubias y Clara), las de Sb oscilan en el rango 14-3.190 mg kg-1 en las áreas impactadas por la explotación de depósitos de estibina (San Antonio y Clara) y las de Pb varían entre 755 y 10.660 mg kg -1 en la afectada por la explotación de un depósito de galena (Clara). De forma general, las concentraciones de los elementos tóxicos, salvo en los terrenos de cultivo, disminuyen con la profundidad. Sus contenidos móviles, aunque suponen una pequeña fracción de los totales (≤ 2.5%), llegan a presentar valores muy elevados (hasta 12, 27 y 8 mg kg-1 de As, Sb y Pb, respectivamente) en las áreas más contaminadas por ellos. Dichos niveles solubles suponen un elevado riesgo de dispersión de estos elementos tóxicos a otros compartimentos ambientales, poniendo de manifiesto la necesidad de adoptar medidas para su control. Los elementos tóxicos muestran una importante distribución en la fracción residual de los suelos, sobre todo el Sb que alcanza proporciones en esta fracción ≥ 84%, mientras que en el caso del As y del Pb éstas oscilan dentro de los rangos 30-95% y 18-46%, respectivamente. La presencia de estos dos elementos en la fracción reducible alcanza igualmente altas proporciones (2-65% y 15-71%, respectivamente), evidenciando los riesgos de una movilización adicional de los mismos bajo cambios ambientales que conlleven una evolución hacia condiciones reductoras. La vegetación presente en las áreas mineras estudiadas desarrolla, de forma general, tolerancia al As y al Pb por medio de una estrategia excluyente, presentando concentraciones muy bajas de dichos elementos en las raíces y tejidos aéreos o bajas concentraciones en estos últimos, aunque sus concentraciones en las raíces sean elevadas. Entre las plantas excluyentes, destacan las especies Agrostis castellana (Boiss. & Reut.), Scirpus holoschoenus L., Centaurea jacea L. y Eryngium campestre L. y la especie Dactylis glomerata L. por su gran potencial para ser usadas en técnicas de fitoestabilización de suelos contaminados con As y Pb, respectivamente. Con respecto al Sb, entre la vegetación de estas áreas, existen tanto plantas excluyentes como con propiedades acumuladoras. Entre las primeras, la especie Daphne gnidium L. presenta características apropiadas para su aplicación en estrategias de fitoestabilización de suelos contaminados con este elemento. 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