Concentraciones naturales de metales en suelos de la III Región de Chile

Abstract

En Chile no existen normas de calidad ambiental para suelos, puesto que para su elaboración es necesario contar con líneas de base que contengan las concentraciones naturales o background que consideren la complejidad y diversidad geológica de los suelos del país. Según los antecedentes, en la zona de estudio, correspondiente a las comunas de Copiapó, Tierra Amarilla, Chañaral y Diego de Almagro, III Región de Chile; no se han determinado las concentraciones naturales, ni existe una metodología estandarizada para ello. Esto dificulta la identificación de sitios contaminados que pudiesen existir en la zona, teniendo en cuenta que tanto la minería como la agricultura son las principales actividades económicas en la región y que ambas son susceptibles de generar un impacto negativo significativo sobre el suelo. En este estudio se trabajó con una base de datos correspondiente a los valores de concentración de metales (As, Cu, Mn, Fe, Al, Ni, Co, Cd, Pb y Hg) en suelo superficial (0-20 cm). Las muestras fueron recolectadas y analizadas por personal perteneciente al Laboratorio de Química Ambiental del Centro Nacional del Medio Ambiente (CENMA). En total, se recolectaron 441 muestras de suelo distribuidas en 63 sitios donde no existe actividad antropogénica evidente actual, es decir, lugares sin uso de suelo conocido. Se realizó un análisis estadístico univariado, donde se calcularon los parámetros clásicos y robustos que permiten caracterizar la distribución estadística de los datos, la cual se representó mediante diagramas combinados, utilizando previamente sobre la base de datos la transformación matemática Isometric Log-ratio. Luego, utilizando el criterio de clasificación de clases del Box-Plot propuesto por Tukey, J. (1977), se determinó el rango de concentraciones naturales y se identificaron los valores anómalos para cada uno de los elementos. Utilizando el software QGIS versión 2.18.11, se elaboraron mapas geoquímicos que representan la distribución espacial de las concentraciones. Con esto se identificaron las zonas anómalas, correspondientes a aquellos sitios donde la concentración supera los límites establecidos por el rango de concentraciones. Luego, se caracterizaron las zonas xi destacadas, centrándose en las anomalías positivas, utilizando información respecto del tipo de suelo, geología y geomorfología de cada sitio. A partir de las asociaciones químicas resultantes del análisis estadístico multivariado, junto a criterios geológicos correspondientes a la presencia de yacimientos metalíferos en la zona de estudio, se determinó que, posiblemente, los procesos que explican la distribución espacial y la concentración de los metales estudiados son predominantemente geogénicos o naturales, sin descartar fuentes antropogénicas difusas. Se elaboró un mapa geoquímico referencial que representa la concentración de contacto por exposición más probable en el tiempo, utilizando el valor UCL 95% de cada uno de los sitios de muestreo. Se escogió el arsénico como elemento referencial, ya que es considerado un contaminante prioritario debido a su toxicidad; además, fue el elemento que presentó la mayor cantidad anomalías positivas. Finalmente, los resultados de este estudio proporcionan información referencial que podría ser utilizada para la toma de decisiones en materias de salud pública, gestión de ciudades, ordenamiento territorial, protección y manejo de suelos.

There is no environmental regulation about ground quality in Chile, because is necessary to have a baseline for its elaboration which contains the natural concentrations or background including the geological complexity and diversity of the chilean grounds. According to the backgrounds, into the investigation area in Copiapó, Tierra Amarilla, Chañaral y Diego de Almagro commune, III region of Chile, the natural concentrations have not been determined and does not exist a standard methodology for it. This make difficult the identification of contaminated areas what could be exist there, whereas both mining and agriculture industry are the main business activities of the region and both could create a significant negative impact over the ground. In this investigation, we worked with a database with concentration values for metals (As, Cu, Mn, Fe, Al, Ni, Co, Cd, Pb y Hg) at the surface ground. The employers of the environmental chemical laboratory from the National center of environment (CENMA) collected and analyzed the samples. Four hundred and forty-one samples of the ground were recollected from 63 sites where does not exist anthropogenic activity apparently, that is to say, unused known ground sites. An univariate statistical analyze was done, where classic and strong parameters were calculated allowing to characterize the statistical distribution piece of information, which is represented by combined diagrams, previously using the mathematical transformation“ Isometric Log-ratio” over the database. Then using the class classification criteria of Box-plot suggested by Turkey J. (1977), we determinated the natural range of concentration and the abnormal value for each elements. Using the software called QGIS 2.18.11 version, we developed “geo-chemical” maps, which represent the distribution of the spatial concentration. With this, we identified the abnormal areas, corresponding to sites where concentrations exceed the established limits given by the range of concentrations. After this, we characterize the designated areas, putting focus in the positive anomalies, using the information of the kind of ground, geology and geomorphology of each site. xiii Based on the chemical association resulting of the multivariate statistical analyze, at the same time with geological criteria’s, corresponding to the presence of metal deposits in the investigation area, we determined, as a possibility, the processes that explain the spatial distribution and the concentration of the metal elements investigated are predominantly naturals, non-dismissing diffused anthropogenic sources. A reference geochemical map was design representing the most likely exposure contact concentration over time using the 95% UCL value of each of the sampling sites. The Arsenic was chosen as a reference element, since it is considered a priority contaminant due to its toxicity; in addition, it was the element that presented the main number of positive anomalies. Finally, the results of this study provide baseline information that could be used for decision making in public health, city management, land management, soil management and their protection.