Mining associated with mercury contamination in the Chocó, Colombia, and possible phytoremediation strategy with macrophytes
Jorlin Rivas-Jordán* , Helcias José Ayala-Mosquera*
* Grupo de
investigación Biodiversidad y etnodesarrollo en el
Pacífico colombiano, Instituto de Investigaciones Ambientales
del Pacífico (IIAP), Quibdó, Colombia.
Autor correspondencia: jorlinjordan@gmail.com
Recepción: Octubre 23, 2020 Aprobación: Diciembre 15, 2020 Editor asociado: Palacios-Mosquera L
Autor correspondencia: jorlinjordan@gmail.com
Recepción: Octubre 23, 2020 Aprobación: Diciembre 15, 2020 Editor asociado: Palacios-Mosquera L
Resumen
La minería es una actividad que genera bienes a la sociedad, pero a su vez deja nefastas consecuencias en el medio ambiente como la deforestación de los bosques y la contaminación de los suelos, agua y aire. Esta actividad está generando preocupación, por el uso indiscriminado de productos químicos como el mercurio (Hg), que produce problemas ambientales casi irreversibles, porque el Hg se bioacumula y biomagnifica hasta llegar al hombre, causando problemas de salud. El objetivo de este estudio es determinar el papel que juega la minería en la distribución y contaminación de mercurio en el Chocó, Colombia, y el papel que realizan las macrófitas como posibles estrategias biológicas de descontaminación. Se hizo una búsqueda exhaustiva en los distintos buscadores digitales, como Scopus y ScienceDirect. Se concluye que la actividad minera del oro se relaciona directamente con la contaminación de mercurio en el ambiente y que la mejor estrategia para disminuir las concentraciones por metales pesados en ambientes acuáticos es la fitorremediación utilizando macrófitas.
Palabras clave: Contaminación, Ecosistemas, Fitorremediación, Mercurio, Minería.
Abstract
Mining is an activity that generates goods for the community, but at the same time leaves harmful consequences to the environment such as deforestation of forests, pollution of soils, water, and air. This activity is generating concern due to the indiscriminate use of chemicals such as mercury (Hg) which generates almost irreversible environmental problems because Hg is bioaculated, biomagnified, and reaches generating health problems. The objective of this study is to determine the role that mining plays in the distribution and contamination of mercury in the biogeographical Chocó, Colombia, and the possible biological strategies of decontamination. For this study, an exhaustive search was carried out in the different digital search engines mainly Scopus and ScienceDirect. Finally, gold mining activity is directly related to mercury pollution in the environment, and the best strategy to reduce concentrations by heavy metals is phytoremediation.
Keywords: Ecosystems, Mercury, Mining, Pollution, Phytoremediation.
Introducción
Los metales pesados se han convertido en un problema mundial por la facilidad que tienen para contaminar el ambiente (aire, suelo y agua), y a esto se suma su capacidad de bioacumulación y bioconcentración (Beltrán-Pineda y Gómez-Rodríguez 2016). El acelerado aumento de mercurio (Hg) en el medio se debe a factores antrópicos, sobre todo las diversas industrias (Marrugo-Negrete et al. 2017). El Hg es uno de los metales que genera más contaminación y toxicidad en la biosfera (Olivero-Verbel et al. 2015.
La minería artesanal y de pequeña escala (MAPE) es la principal fuente de liberación de Hg en el mundo; se estima que el 37% del mercurio liberado de forma antropogénica proviene de la MAPE (Falagán et al. 2017, Gallo et al. 2021a. La producción de oro en Colombia ha aumentado significativamente debido al aumento del precio de los metales preciosos en los mercados internacionales, incidiendo con el progreso de la minería en Colombia, y, por consiguiente, con el deterioro ambiental, aumentado por el uso de Hg y compuestos químicos (Gallo et al. 2021b).
Las pozas abandonadas por la extracción minera de la subregión de San Juan representan un proceso histórico, porque fueron el resultado de la industrialización minera en Colombia, con la llegada de la Anglo Colombiana Development Company (ACDC) y/o la compañía minera Chocó Pacífico siglo XX (Leal 2009), y el resultado del aprovechamiento minero con retroexcavadoras; estos sitios son susceptibles a altas concentraciones de mercurio en su compartimiento. Los niveles altos de Hg en estos cuerpos de agua remanente de minería se deben sobre todo a la deposición directa en los procesos mineros para hacer amalgama con el oro, separación de metales y por escorrentía, convirtiendo estos sitios en la deposición final del Hg (Gutiérrez-Mosquera et al. 2018, 2021). Debido a esto, las pozas abandonadas por la acción minera en el departamento del Chocó probablemente presentan altas concentraciones de Hg, lo que puede producir un vínculo directo con los habitantes de los sitios cercanos por los bienes y servicios que prestan estos ecosistemas a las comunidades (Salazar-Camacho et al. 2017, Gutiérrez-Mosquera et al. 2018).
Debido a la facilidad con que el Hg pasa de un organismo a otro (biomagnificación), se considera unos de los metales pesados más tóxicos para los ecosistemas, porque altera el equilibrio ecológico de las poblaciones biológicas, en especial las comunidades ícticas (Gracia et al. 2010), que representan una fuente esencial de proteína para el hombre. En los seres humanos al Hg se le atribuye afectaciones como intoxicación masiva, cambios epigenéticos y lesiones a diferentes órganos, como el hígado y riñones (Carranza-López et al. 2019); los más graves ocurren en fetos y recién nacidos que pueden nacer con malformaciones, y/o con la enfermedad de Minamata, caracterizada por trastornos del neurodesarrollo (Gaioli et al. 2012).
Debido a que resulta muy costosa la descontaminación con técnicas físicas como la excavación, fijación y lixiviación de suelos afectados con mercurio y además de contribuir con el deterioro de las zonas tratadas con estos sistemas (LeDuc y Terry 2005), se ha llegado a la utilización de estrategias biológicas, como es el uso de algunas plantas con la capacidad de absorber metales pesados (Olsen et al. 2019).
Teniendo en cuenta lo anterior, el objetivo de este estudio de revisión es determinar el papel que juega la minería en la distribución de mercurio en el departamento del Chocó, Colombia, y una posible alternativa biológica para mitigar el impacto, encaminada a fortalecer las políticas públicas, estrategias de control y mitigación para la reducción de los impactos producido por la actividad minera sobre el medio ambiente y en especial sobre los recursos hídricos.
Desarrollo
Este estudio se realizó gracias a la búsqueda exhaustiva de información disponible en revistas científicas y otras fuentes de información verídicas a nivel local, regional y nacional; se utilizaron como instrumentos de búsqueda las plataformas virtuales Scopus y ScienceDirect; para ambas se realizó un filtro por línea de tiempo (2012-2022) y se utilizaron las mismas palabras clave (mercury, macrophytes, Colombia). Se obtuvo como resultado para Scopus seis artículos científicos y 47 para ScienceDirect. De igual forma, se realizó otra búsqueda con las palabras clave mercury y minery, donde para Scopus se obtuvo un total de nueve artículos para Colombia y ScienceDirect solo mostró dos documentos científicos. Estos artículos sirvieron de base para la realización de la presente investigación.
El mercurio asociado con la minería
La minería artesanal y de pequeña escala (MAPE) es una actividad económica de subsistencia que trae muchos beneficios a las comunidades, empresas y gobierno (Halland et al. 2016, Gallo et al. 2021a). La MAPE ha crecido de tal manera, que según el Banco Mundial (2019) ya es considerada una actividad económica de importancia en todo el mundo; si bien la industria minera es importante para el desarrollo económico, es preocupante el efecto alterno que causa en los sistemas naturales, sobre todo por el uso de metales pesados y en especial el mercurio (Raimann et al. 2014, Hilson 2016, Gerson et al. 2018, Viana 2018). Para la separación del oro los mineros elaboran una amalgama con Hg elemental que se une al oro y una vez formada esta unión se calienta hasta que el Hg se evapora o se separa, dejando solo el oro (Restrepo et al. 2021).
La utilización de Hg en la MAPE y sus afectaciones han sido reportadas por muchos autores (Camizuli et al. 2018, Vargas-Licona y Marrugo-Negrete 2019, Agudelo-Echavarría et al. 2020, Gutiérrez-Mosquera et al. 2020). Según los estudios reportados por el Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA 2018), la MAPE representa aproximadamente el 15% de las emisiones globales totales de Hg y el 80% de las emisiones totales de metales de América del Sur y África. Además, datos reportados por PNUMA (2013) indican que las emisiones de Hg generadas por la minería aurífera a pequeña escala en América Latina se encuentran en un rango entre 128 y 465 t/año, informe que revela lastimosamente, que la minería ilegal a pequeña escala no ha sido controlada en muchos países del mundo (más de 70) (Agudelo-Echavarría et al. 2020) a los que incluimos a Colombia, donde las nuevas políticas buscan potencializar el sector minero (López-Barrera y Barragán-González 2016), convirtiéndose en uno de los países en América del Sur con más producción de oro (Digna 2016). Según los estudios realizados por Díaz-Arriaga (2014) Colombia solo en el 2010 liberó 75 t/año de mercurio, convirtiéndose en el país más contaminante en América Latina y el segundo a nivel mundial después de China (444,5 t/año). El departamento del Chocó es uno de los departamentos con mayor producción de oro, y se ubica como la segunda región que más utiliza mercurio en sus procesos mineros, con 24 t/año de Hg para la extracción de oro (Salazar-Camacho et al. 2021).
El incontrolable crecimiento de la minería ilegal a pequeña escala en Colombia está causando grandes impactos ambientales en muchas de las regiones del país (Betancur-Corredor et al. 2018); las áreas más afectadas por minería son: Antioquia, noroeste de Bolívar y occidente del Chocó (Salazar-Camacho et al. 2017). Es importante mencionar que según Sistema de Información Minero Colombiano (SIMCO) para el año 2020 los departamentos con mayor producción de oro fueron: Antioquia, Chocó y Córdoba (Figura 1). La minería ilegal se ha trasladado al departamento del Chocó trayendo consigo consecuencias perjudiciales para el ambiente, porque a medida que el valor del oro aumenta, la producción del metal en la región crece, llegando al punto que durante el período 2005 y 2008 se producía 2.000 kg/año y entre 2010 y 2012 se extrajeron 25.627 kg/año (Salazar-Camacho et al. 2017). Además, es importante mencionar que el departamento del Chocó es el segundo lugar de Colombia con más producción de oro, al mismo tiempo que presenta los indicadores más bajos de pobreza, violencia y desnutrición (Tubb 2015).
Es importante destacar que el departamento del Chocó alberga la más grande riqueza ecosistémica y biodiversidad de Colombia registrando 4.584 especies de espermatofitas, 793 de aves (Rangel-Ch y Rivera-Díaz 2004), 188 reptiles (Castaño et al. 2004), 139 anfibios, 196 peces de agua dulce (Mojica et al. 2004), 206 mamíferos (Muñoz-Saba y Alberico 2004) y 176 escarabajos (García et al. 2004), haciendo de la minería un factor de amenaza para los ecosistemas y por ende de la riqueza de especies establecida en el departamento, porque muchos lugares donde se realiza minería corresponden a áreas de alta importancia para la biodiversidad, además del uso de Hg que es potencialmente tóxico y ejerce una gran presión en la biota, provocando problemas como la pérdida de biodiversidad, el agotamiento de los recursos de subsistencia y el desarrollo de enfermedades, que al final ponen en riesgo la salud y el sustento de la población humana (Palacios-Torres et al. 2018, Betancur-Corredor et al. 2018).
Impacto ambiental del mercurio en el aire
La extracción de oro artesanal y en pequeña escala (ASGM) es el mayor contribuyente de emisión de mercurio atmosférico en el mundo (37% anual), sobre todo por América del Sur, África subsahariana y el este y sudeste de Asia (PNUMA 2013). PNUMA (2013, 2019) calcula que cada año la ASGM emite directamente a la atmósfera 727 toneladas de mercurio (estimado entre 410 y 1040 t/año). Del mercurio liberado al ambiente utilizado en la MAPE, el 70% es emitido a la atmósfera durante el proceso de amalgama y aproximadamente 30% es vertido a las fuentes hídricas de forma directa o indirecta (Olivero-Verbel et al. 2014).
Para explicar mejor cómo llega el mercurio al aire, es necesario saber que en la actividad minera se utiliza el mercurio para crear amalgama con el oro; para separar los metales se utiliza calor o descomposición térmica (Veiga et al. 2014), donde trazas de mercurio se volatizan y suben a la atmósfera y luego se precipitan a los suelos y fuentes hídricas por medio de la lluvia, contaminando incluso zonas donde no hay actividad minera. Su impacto principal en el aire es relacionado con la intoxicación y afectaciones nocivas que ocurren en el mismo sitio de la descomposición térmica (Ramírez-Morales et al. 2019). Sin embargo, en Colombia existen pocos estudios que evidencien el impacto de la MAPE sobre el aire que respiran las personas de los sitios mineros (Olivero-Verbel et al. 2014) y el departamento del Chocó no es un caso aparte, aunque solo reporta un artículo sobre contaminación mercurial en el aire (Palacios-Torres et al. 2018).
Impacto ambiental del mercurio en el suelo
El Hg puede aparecer de forma natural en el suelo, aunque en concentraciones muy bajas. Se calcula que a nivel mundial los niveles de mercurio en el ambiente de forma natural son de 0,06 µg/g. Pero los últimos años, los niveles de mercurio en los suelos han aumentado significativamente debido a diferentes factores antrópicos; la contaminación mercurial en el ambiente depende en gran medida de la fuente contaminante o de emisión, como es el caso de la minería cinabrio, la metalúrgica (Llanos et al. 2011), la industria química (Miller et al. 2013) y la extracción de oro (Kpan et al. 2014) entre otras. En este último, la contaminación se puede dar de manera de deposición directa o con pérdida indirecta en el proceso de amalgama (Cordy et al. 2011, Marrugo-Negrete et al. 2017); una situación ocurre cuando el Hg es liberado al ambiente por medio de las aguas residuales, en lo que conocemos como colero o relave (forma directa); otra forma es como se explicó en el párrafo anterior donde el mercurio, en el proceso de separación de metales, se evapora sube a la atmósfera, se condensa en partículas más gruesas y cae en forma de lluvia (forma indirecta) contaminando los suelos (Adjorlolo-Gasokpoh et al. 2012).
Una vez el Hg se encuentra depositado en el suelo, es afectado por las condiciones del lugar (pH, la temperatura y el contenido de ácido húmico), y forma uniones con otros elementos del suelo; lo más preocupante es que muchas especies de plantas absorben este metal y lo incorporan en sus órganos, y luego esas plantas son consumidas por otros animales y el hombre, realizando el proceso de biomagnificación de mercurio (Ramírez-Morales et al. 2019). El estudio de Hg en suelos contaminados en Colombia ha sido reportado por muchos autores (Araújo et al. 2019, Montoya et al. 2019, Marrugo-Negrete et al. 2020, Marrugo-Madrid et al. 2021, Morosini et al. 2021). Sin embargo, a pesar de la mucha información que existe sobre los efectos de la minería aluvial y la contaminación por mercurio en el departamento del Chocó, la mayoría de las investigaciones han sido relacionadas con otras matrices, y son muy pocos los estudios en suelo (Rodríguez 2019, Llano 2021). Basado en la información encontrada, la generación de este artículo sirve como base para que se aumenten las investigaciones sobre mercurio en suelo.
Impacto ambiental del mercurio en el agua
El mercurio se puede encontrar en los ambientes acuáticos por escorrentía desde los suelos, por precipitación y por el vertimiento directo en los procesos mineros (UNEP 2013, Ramírez-Morales et al. 2019); una vez el metal está en el agua es transformado por bacterias en un nuevo elemento llamado metilmercurio (MeHg), siendo este el más perjudicial para la biota; se bioacumula con mucha facilidad y es más tóxico que la forma inorgánica. Es relevante mencionar que este elemento se pasa de un organismo a otro por medio de la cadena alimenticia, incluso afectando al hombre (Male et al. 2013, Vargas-Licona y Marrugo-Negrete 2019). Los pobladores de zonas cercanas donde se realiza la extracción de oro son los más afectados por la contaminación mercurial, esto se debe a que las emisiones de Hg contaminan directamente los cuerpos de agua cercanos (PNUMA 2019), que a su vez contaminan a los residentes de las comunidades que extraen oro de manera artesanal y en pequeña escala a través del consumo de pescado contaminado; en el organismo el MeHg se transporta por el tracto intestinal hasta llegar el torrente sanguíneo desde donde puede cruzar las barreras hematoencefálica y hematoplacentaria (Horvat et al. 2012) causando un sin número de afectaciones en el cuerpo humano.
En Colombia las afectaciones causadas por la minería de oro en el medio ambiente son preocupante debido a las fragmentaciones de los sistemas naturales y al acelerado crecimiento de esta actividad en el país, reportándose en 17 departamento y 80 municipios (Díaz-Arriaga 2014). No obstante, existen otros aspectos importantes de las afectaciones relacionadas con la minería aluvial, como es el consumo y utilización de aguas contaminadas con Hg utilizadas por las poblaciones aguas abajo, generando un impacto negativo en las actividades humanas, al igual que en su salud (Díaz-Arriaga 2014). Existen muchos estudios en Colombia que confirman la contaminación por mercurio en el agua (Olivero-Verbel et al. 2015, Gallo et al. 2021a, Gallo et al. 2021b, Vélez et al. 2021). Sin embargo, la utilización clandestina de mercurio, el poco control de las autoridades ambientales y la falta de conciencia por parte de los mineros informales establece la contaminación mercurial como una problemática sin resolver. El Chocó no es ajeno a la problemática ambiental por mercurio en el país, reportando estudios que evidencian contaminación en diversos cuerpos hídricos (Palacios-Torres et al. 2018, Palacios-Torres et al., 2020, Salazar-Camacho et al. 2021, Gutiérrez-Mosquera et al. 2021), situación que pone en riesgo a los pobladores de las zonas contaminadas.
Riesgo del mercurio en la salud humana
En seres humanos el Hg puede ingresar al cuerpo a través del tracto respiratorio, digestivo y la absorción dérmica (Eqani et al. 2016). En su mayoría el mercurio absorbido por el hombre viene a través de la cadena alimenticia (Vargas-Licona y Marrugo-Negrete 2019), donde la trasformación de Hg inorgánico a orgánico, metilmercurio (MeHg) inicia cuando el Hg se deposita en los sedimentos, luego las bacterias lo metilizan y lo convierten en MeHg que es absorbido por fito y zooplancton, que a su vez son consumidos por peces, y estos son consumidos por otros peces y animales (biomagnificación) en la cadena trófica hasta llegar al hombre (Gutiérrez-Mosquera et al. 2018, Vargas-Licona y Marrugo-Negrete 2019).
El Hg inhalado en los procesos mineros (quema de amalgama) llega a los pulmones y es absorbido por los glóbulos rojos donde se oxidan rápidamente al catión inorgánico divalente (Hg inorgánico, InHg). Los daños ocasionados por las elevadas cantidades de Hg el cuerpo puede causar daño en los sistemas respiratorio, cardiovascular, digestivo e inmunitario (Clarkson y Magos 2006), pero principalmente afecta el sistema nervioso y los riñones, donde el InHg se acumula preferentemente después de la inhalación de vapor de Hg elemental (Santa-Ríos et al. 2021). Los principales problemas para la salud humana por exposición de Hg incluyen neurotoxicidad, teratogenicidad, nefrotoxicidad e inmunotoxicidad (Calao et al. 2021). Además, la exposición con Hg durante el embarazo puede alterar el desarrollo cerebral del feto, incluso existe evidencia que relaciona la formación de cáncer con la exposición a los compuestos de mercurio (Casas et al. 2015).
Según los datos mundiales de biomonitoreo en seres humanos, entre 3.3 y 6.5 millones de mineros sufren intoxicación por vapor de mercurio de forma modera o crónica (Casas et al. 2015). Los riesgos del Hg en la salud humana y en el ambiente ha generado una gran preocupación en el ámbito científico (Gutiérrez-Mosquera et al. 2018), lo que ha motivado a muchos investigadores a monitorear el comportamiento del mercurio en humanos. Para Colombia existen muchas investigaciones que aportan información sobre la relación entre el mercurio y afecciones en humanos (Casas et al. 2015, Calao y Marrugo 2015, Rodríguez-Villamizar et al. 2015, Galeano-Páez et al. 2021, Calao et al. 2021). Para el departamento del Chocó se pueden destacar los trabajos realizados por Salazar-Camacho et al. (2017), Gutiérrez-Mosquera et al. (2018) y Palacios-Torres et al. (2018), que evidencia los niveles de mercurio en seres humanos.
La fitorremediación como estrategias biológicas de descontaminación
El desarrollo económico basado en la minería de oro se pensó como una alternativa eficaz para alcanzar la prosperidad en muchas regiones del país, sin pensar en los daños ocasionados en el ecosistema y las alteraciones de la calidad del agua, suelo y aire, lo que hizo tomar conciencia de que el crecimiento económico basado en actividades extractivas trae efectos adversos o puede ser contraproducente (Maqueda 2003).
Uno de los mayores desafíos para los investigadores es lograr remediar el mercurio que se encuentra depositado en las fuentes hídricas y sedimentos, con la finalidad de anular los riesgos de toxicidad; esta preocupación se debe a que los metales pesados no se pueden degradar o mineralizar como otros contaminantes orgánicos. Por lo anterior, la única manera para remediar el Hg es convertir el mercurio orgánico (forma más tóxica) en una menos tóxica y volátil que no pueda ingresar a la cadena alimenticia. La utilización de métodos físicos convencionales utilizados para la remediación de Hg presenta la siguiente desventaja o inconveniente: dejar atrás un gran volumen de biomasa y lodos de Hg cuya eliminación no es ambiental ni económicamente favorable (Kumari et al. 2020).
La descontaminación de los suelos degenerados con metales pesados por técnicas físicas representa un costo monetario muy elevado, además contribuye con la afectación de la zona tratada (LeDuc y Terry 2005); por lo anterior, se han buscado nuevas alternativas para remediar esas zonas afectadas con metales, lo que llevó al empleo de plantas, porque son las principales recolectoras y transportadoras de oligoelementos mediante la absorción activa y pasiva (Bonanno y Cirelli 2017). Además, muchas especies de plantas pueden acumular altos niveles de metales pesados del ambiente gracias a su sistema bien desarrollado de raíces, tolerancia a la toxicidad y biomasa altamente productiva (Rezania et al. 2016); estas propiedades de los vegetales se han utilizado en una técnica llamada fitorremediación, que consiste en el uso de plantas para remover, acumular e inactivar contaminantes del suelo (Padmavathiamma y Li 2007).
La técnica de fitorremediación ha sido muy utilizada en ecosistemas tanto terrestres como acuáticos, cumpliendo con la finalidad de mejorar las condiciones ambientales de esos sitios. En Colombia ha aumentado el uso de esta técnica, de igual forma se han realizado muchas investigaciones en diferentes plantas sobre sus propiedades acumulativas de metales pesados (Vidal et al. 2010, Romero et al. 2011, Olivero-Verbel et al. 2015, Marrugo-Negrete et al. 2010, 2016, 2017).
Sumado a lo anterior, la practicidad de los procesos de biorremediación de convertir sustancias tóxicas como los metales pesados, hidrocarburos aromáticos policíclicos y otros compuestos tóxicos, en compuestos no tóxicos o menos tóxicos (Patel et al. 2022). Por esta razón, en los últimos años se ha aumentado el uso de tecnología de remediación biológica, que a diferencia de las otras técnicas, ofrecen las siguientes ventajas: “(1) La remediación impulsada biológicamente elimina los elementos peligrosos de los medios contaminados en lugar de simplemente transferirlos. (2) Es notablemente menos perjudicial para el medio ambiente que los diversos métodos basados en la excavación y (3) El tratamiento de sitios con desechos peligrosos puede ser significativamente menos costoso que cualquier método convencional” (Azubuike et al. 2016).
Las macrófitas y su potencial acumulador de mercurio
El aumento de las actividades antropogénicas inapropiadas y la industrialización han resultado en una grave contaminación ambiental en todo el mundo. Su tratamiento eficaz es vital para los problemas generales de salud. La gravedad de la contaminación puede diferir dependiendo de las características de los contaminantes. Para el tratamiento sostenible de ambientes contaminados, la biorremediación se acepta como el método más eficiente, económico y amigable con el medio ambiente (Patel et al. 2022).
Ha tenido mucho interés el estudio a nivel mundial sobre distintas estrategias para remoción de mercurio de los sistemas naturales, debido a la capacidad que tiene este metal para biomagnificarse fuertemente por medio de la cadena trófica (Beauvais-Flück et al. 2017, Bonanno et al. 2017a). Por tal motivo se están utilizando plantas para los procesos de fitorremediación (Medina-Marcos et al. 2014), siendo muy aceptada la utilización de las macrófitas como mecanismo de reducción de los contaminantes en el ambiente (Tabla 1), por su gran producción de biomasa, junto con su capacidad de acumular metales pesados (Beauvais-Flück et al. 2017, Bonanno et al. 2017b, Bonanno et al. 2018).
Algunos estudios (Cardwell et al. 2002, Marrugo-Negrete et al. 2010, Beauvais-Flück et al. 2017) afirman que las macrófitas tiene más capacidad de acumular concentraciones de mercurio en sus tejidos que los que se encuentran depositados en los sedimentos. Además, es relevante mencionar que los órganos subterráneos de las plantas (raíces y rizoma) tienden a captar y acumular niveles más altos de metales pesados que los otros órganos (Bonanno 2012, Cicero-Fernández et al. 2017). Existen muchas hipótesis que tratan de explicar la razón del porqué los metales se acumulan sobre todo en estos órganos; la primera, es que exista un sistema de tolerancia de la planta que evite que los metales invadan con mayor fuerza o facilidad otras de sus partes (Hozhina et al. 2001, Bonanno et al. 2017a). Otra hipótesis indica que las raíces de las macrófitas están cubiertas de muchas bacterias que favorecen el proceso de metilación (Achá et al. 2005). Otros estudios afirman que se debe a la capacidad interna de desintoxicación de las raíces, o más específicamente, en las células que conforman las paredes de este órgano, que tienen espacios de aire intercelular que se caracterizan por presentar parénquima en la corteza de los órganos subterráneos, permitiéndole mayor acumulación de elementos tóxicos (Hall 2002, Mishra et al. 2008).
Sin contradecir el párrafo anterior, es importante mencionar que existen muchas especies de macrófitas, a las que se les encuentran altas concentraciones de metales en sus raíces y concentraciones similares en hojas, generando así un flujo constante entre esos dos órganos, independientemente de las concentraciones en el sedimento (Jiménez et al. 2011). A este flujo de contaminantes se le denomina factor de traslocación (FT), y se puede decir que es una medida del transporte interno de un metal e indica la relación entre la concentración acumulada en la parte aérea y la raíz de una planta (Mattina et al. 2003). Las especies que tienen esta estrategia poseen la capacidad de adaptarse y desarrollarse en ambientes altamente contaminados (Fischerová et al. 2006, Bonanno y Cirelli 2017). Lo contrario ocurre con las especies de plantas donde es bajo el factor de translocación de sustancias tóxicas desde la raíz a los órganos aéreos (inferior a la unidad), lo que quiere decir que estas plantas son menos adecuadas para realizar fitoextración y/o fitorremediación (Yoon et al. 2006, Pandey 2012, Bonanno et al. 2018a).
La capacidad de acumulación de metales de las macrófitas depende de varios factores: el principal es el tipo de especie de la planta, la clase de oligoelemento y las formas de vida (Bonanno et al. 2018b). Algunos autores afirman que las especies emergentes tienen una mayor capacidad bioacumulativa de metales, porque pueden capturar por medio de las hojas, los elementos tóxicos directamente de la columna de agua contaminada y por medio de las raíces los materiales dañinos depositados en el sedimento (Bonanno et al. 2017a, Marrugo-Negrete et al. 2010). A este proceso se le denomina factor de bioconcentración (FBC) y se utiliza para medir la capacidad de captación de un metal por una planta en relación con su concentración en el ambiente (Audet y Charest 2007, Olivares y Peña 2009).
Es difícil tratar de explicar los factores que se involucran en la captación y acumulación de metales por las macrófitas, porque este proceso depende de muchas variables, e inclusive difiere entre las plantas, incluso entre especies congéneras (Bonanno et al. 2018b). Sin embargo, existen múltiples componentes que nos ayudan a entender este proceso, por ejemplo, la estacionalidad del lugar, porque durante los meses de verano los niveles de las aguas bajan y las raíces de las plantas están más cercas y/o fijas en el sedimento por lo que son capaces de acumular cantidades significativas de metales (Hadad y Maine 2007, Marrugo-Negrete et al. 2010), además, en la estación seca del año, el aumento de la temperatura acelera la actividad de metilación y por consiguiente las plantas tienen mayor disponibilidad de Hg en el ambiente (Ullrich et al. 2001). Lo contrario ocurre en invierno, donde la capacidad de acumulación decrece, debido a la disminución de la biomasa por el aumento del nivel de las aguas (Hadad y Maine 2007). Otro factor muy importante es la edad de las plantas, pues con su envejecimiento la sensibilidad a los oligoelementos aumenta la capacidad de bioacumulación (Kabata-Pendias 2010).
Además, existen otras variables que influyen en la bioconcentración y translocación de elementos tóxicos en las plantas, tales como el pH, la temperatura, la salinidad y el contenido de material orgánico (Yang y Ye 2009). Hay estudios que afirman que el azufre en los suelos o sedimentos actúa como un estimulante para que las plantas acumulen Hg en sus tejidos (Moreno et al. 2005, Muddarisna et al. 2013).
En Colombia, como en muchas partes del mundo, se han buscado estrategias para disminuir las concentraciones de mercurio en el ambiente, y con mayor esfuerzo en los ecosistemas acuáticos (Reyes et al. 2016). Para Colombia se han descrito las siguientes especies de macrófitas que tienen la capacidad de remover metales: Salvinia biloba, es una especie muy resistente con alta capacidad adaptativa a distintos ambientes, e incluso en condiciones de invernadero, tiene una gran capacidad de absorción de metales (Tello-Zevallos et al. 2016); el género Salvinia ha sido utilizado ampliamente para procesos de biorremediación (Olguín et al. 2005, Suñe et al. 2007, Sánchez-Galván et al. 2008, Dhir 2009, Tello-Zevallos et al. 2015, Tello-Zevallos et al. 2016). La especie Limnocharis flava, es una planta con alta producción de biomasa (Marrugo-Negrete et al. 2017), es adecuada para la utilización en proceso de remoción de mercurio y otros metales (Abhilash et al. 2009, Marrugo-Negrete et al. 2017). Eichhornia crassipes es una planta acuática dulceacuícola, común en Sur América y que se desarrolla con facilidad en zonas pantanosas (aguas lénticas), presenta una alta tasa de reproducción y un denso sistema radicular, ha sido una especie muy estudiada en Colombia (Tabla 1) y ha tenido muy bueno resultados en los procesos de fitorremediación (Olivero y Solano 1998, Marrugo-Negrete et al. 2010, Romero et al. 2011 y Olivero-Verbel et al. 2015, Torres et al. 2019). E. crassipes es una especie que se puede utilizar para fitorremediación por su alta ramificación en sus raíces; además, puede alcanzar porcentajes de metilación 30 veces más alto que en sedimentos, esto se debe a que las raíces están cubiertas de muchas bacterias que aceleran este proceso (Guimaraes et al. 2000, Mauro et al. 2001). Ludwigia helminthorrhiza y Polygonum punctatum, son especies que crecen en humedales y que pueden servir como plantas fitorremediadoras de ecosistemas contaminados con metales pesados (Romero et al. 2011). Las especies Typha latifolia, Phragmites australis, Phragmites karka, y otras fueron resaltadas en el trabajo de revisión de Kataki et al. (2021). Por otro lado, en el departamento del Chocó es escaso el estudio sobre la capacidad acumulativa de las plantas, porque solo se documentó el trabajo realizado por Gutiérrez-Mosquera et al. (2021) en la especie Eleocharis elegans, por esto se recomienda iniciar procesos investigativos sobre la capacidad de absorción de las plantas de esta región.
Conclusiones
En el departamento del Chocó, Colombia, la extracción aluvial es la actividad que más genera contaminación por mercurio en el ambiente. Debido al uso indiscriminado, el escaso control que ejercen las autoridades ambientales y la falta de conciencia de los mineros hace de esta región uno de los sitios con mayor contaminación mercurial en Colombia lo que evidencia una relación directa entre la presencia de la minería ilegal y la contaminación con mercurio en los ecosistemas.
La utilización de macrófitas como estrategia de fitorremediación es una buena alternativa para la descontaminación de sitios intervenidos con minería; es importante, generar más estudios que evalúen el potencial fitorremediador de las especies de plantas acuáticas presentes en el departamento del Chocó, porque se carece de información que permita conocer el potencial bioacomulador de metales y otras sustancias en las especies de macrófitas de la región, para poder utilizarse como estrategia de fitorremediación de áreas contaminadas con metales pesados.
Literatura citada
La minería es una actividad que genera bienes a la sociedad, pero a su vez deja nefastas consecuencias en el medio ambiente como la deforestación de los bosques y la contaminación de los suelos, agua y aire. Esta actividad está generando preocupación, por el uso indiscriminado de productos químicos como el mercurio (Hg), que produce problemas ambientales casi irreversibles, porque el Hg se bioacumula y biomagnifica hasta llegar al hombre, causando problemas de salud. El objetivo de este estudio es determinar el papel que juega la minería en la distribución y contaminación de mercurio en el Chocó, Colombia, y el papel que realizan las macrófitas como posibles estrategias biológicas de descontaminación. Se hizo una búsqueda exhaustiva en los distintos buscadores digitales, como Scopus y ScienceDirect. Se concluye que la actividad minera del oro se relaciona directamente con la contaminación de mercurio en el ambiente y que la mejor estrategia para disminuir las concentraciones por metales pesados en ambientes acuáticos es la fitorremediación utilizando macrófitas.
Palabras clave: Contaminación, Ecosistemas, Fitorremediación, Mercurio, Minería.
Abstract
Mining is an activity that generates goods for the community, but at the same time leaves harmful consequences to the environment such as deforestation of forests, pollution of soils, water, and air. This activity is generating concern due to the indiscriminate use of chemicals such as mercury (Hg) which generates almost irreversible environmental problems because Hg is bioaculated, biomagnified, and reaches generating health problems. The objective of this study is to determine the role that mining plays in the distribution and contamination of mercury in the biogeographical Chocó, Colombia, and the possible biological strategies of decontamination. For this study, an exhaustive search was carried out in the different digital search engines mainly Scopus and ScienceDirect. Finally, gold mining activity is directly related to mercury pollution in the environment, and the best strategy to reduce concentrations by heavy metals is phytoremediation.
Keywords: Ecosystems, Mercury, Mining, Pollution, Phytoremediation.
Introducción
Los metales pesados se han convertido en un problema mundial por la facilidad que tienen para contaminar el ambiente (aire, suelo y agua), y a esto se suma su capacidad de bioacumulación y bioconcentración (Beltrán-Pineda y Gómez-Rodríguez 2016). El acelerado aumento de mercurio (Hg) en el medio se debe a factores antrópicos, sobre todo las diversas industrias (Marrugo-Negrete et al. 2017). El Hg es uno de los metales que genera más contaminación y toxicidad en la biosfera (Olivero-Verbel et al. 2015.
La minería artesanal y de pequeña escala (MAPE) es la principal fuente de liberación de Hg en el mundo; se estima que el 37% del mercurio liberado de forma antropogénica proviene de la MAPE (Falagán et al. 2017, Gallo et al. 2021a. La producción de oro en Colombia ha aumentado significativamente debido al aumento del precio de los metales preciosos en los mercados internacionales, incidiendo con el progreso de la minería en Colombia, y, por consiguiente, con el deterioro ambiental, aumentado por el uso de Hg y compuestos químicos (Gallo et al. 2021b).
Las pozas abandonadas por la extracción minera de la subregión de San Juan representan un proceso histórico, porque fueron el resultado de la industrialización minera en Colombia, con la llegada de la Anglo Colombiana Development Company (ACDC) y/o la compañía minera Chocó Pacífico siglo XX (Leal 2009), y el resultado del aprovechamiento minero con retroexcavadoras; estos sitios son susceptibles a altas concentraciones de mercurio en su compartimiento. Los niveles altos de Hg en estos cuerpos de agua remanente de minería se deben sobre todo a la deposición directa en los procesos mineros para hacer amalgama con el oro, separación de metales y por escorrentía, convirtiendo estos sitios en la deposición final del Hg (Gutiérrez-Mosquera et al. 2018, 2021). Debido a esto, las pozas abandonadas por la acción minera en el departamento del Chocó probablemente presentan altas concentraciones de Hg, lo que puede producir un vínculo directo con los habitantes de los sitios cercanos por los bienes y servicios que prestan estos ecosistemas a las comunidades (Salazar-Camacho et al. 2017, Gutiérrez-Mosquera et al. 2018).
Debido a la facilidad con que el Hg pasa de un organismo a otro (biomagnificación), se considera unos de los metales pesados más tóxicos para los ecosistemas, porque altera el equilibrio ecológico de las poblaciones biológicas, en especial las comunidades ícticas (Gracia et al. 2010), que representan una fuente esencial de proteína para el hombre. En los seres humanos al Hg se le atribuye afectaciones como intoxicación masiva, cambios epigenéticos y lesiones a diferentes órganos, como el hígado y riñones (Carranza-López et al. 2019); los más graves ocurren en fetos y recién nacidos que pueden nacer con malformaciones, y/o con la enfermedad de Minamata, caracterizada por trastornos del neurodesarrollo (Gaioli et al. 2012).
Debido a que resulta muy costosa la descontaminación con técnicas físicas como la excavación, fijación y lixiviación de suelos afectados con mercurio y además de contribuir con el deterioro de las zonas tratadas con estos sistemas (LeDuc y Terry 2005), se ha llegado a la utilización de estrategias biológicas, como es el uso de algunas plantas con la capacidad de absorber metales pesados (Olsen et al. 2019).
Teniendo en cuenta lo anterior, el objetivo de este estudio de revisión es determinar el papel que juega la minería en la distribución de mercurio en el departamento del Chocó, Colombia, y una posible alternativa biológica para mitigar el impacto, encaminada a fortalecer las políticas públicas, estrategias de control y mitigación para la reducción de los impactos producido por la actividad minera sobre el medio ambiente y en especial sobre los recursos hídricos.
Desarrollo
Este estudio se realizó gracias a la búsqueda exhaustiva de información disponible en revistas científicas y otras fuentes de información verídicas a nivel local, regional y nacional; se utilizaron como instrumentos de búsqueda las plataformas virtuales Scopus y ScienceDirect; para ambas se realizó un filtro por línea de tiempo (2012-2022) y se utilizaron las mismas palabras clave (mercury, macrophytes, Colombia). Se obtuvo como resultado para Scopus seis artículos científicos y 47 para ScienceDirect. De igual forma, se realizó otra búsqueda con las palabras clave mercury y minery, donde para Scopus se obtuvo un total de nueve artículos para Colombia y ScienceDirect solo mostró dos documentos científicos. Estos artículos sirvieron de base para la realización de la presente investigación.
El mercurio asociado con la minería
La minería artesanal y de pequeña escala (MAPE) es una actividad económica de subsistencia que trae muchos beneficios a las comunidades, empresas y gobierno (Halland et al. 2016, Gallo et al. 2021a). La MAPE ha crecido de tal manera, que según el Banco Mundial (2019) ya es considerada una actividad económica de importancia en todo el mundo; si bien la industria minera es importante para el desarrollo económico, es preocupante el efecto alterno que causa en los sistemas naturales, sobre todo por el uso de metales pesados y en especial el mercurio (Raimann et al. 2014, Hilson 2016, Gerson et al. 2018, Viana 2018). Para la separación del oro los mineros elaboran una amalgama con Hg elemental que se une al oro y una vez formada esta unión se calienta hasta que el Hg se evapora o se separa, dejando solo el oro (Restrepo et al. 2021).
La utilización de Hg en la MAPE y sus afectaciones han sido reportadas por muchos autores (Camizuli et al. 2018, Vargas-Licona y Marrugo-Negrete 2019, Agudelo-Echavarría et al. 2020, Gutiérrez-Mosquera et al. 2020). Según los estudios reportados por el Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA 2018), la MAPE representa aproximadamente el 15% de las emisiones globales totales de Hg y el 80% de las emisiones totales de metales de América del Sur y África. Además, datos reportados por PNUMA (2013) indican que las emisiones de Hg generadas por la minería aurífera a pequeña escala en América Latina se encuentran en un rango entre 128 y 465 t/año, informe que revela lastimosamente, que la minería ilegal a pequeña escala no ha sido controlada en muchos países del mundo (más de 70) (Agudelo-Echavarría et al. 2020) a los que incluimos a Colombia, donde las nuevas políticas buscan potencializar el sector minero (López-Barrera y Barragán-González 2016), convirtiéndose en uno de los países en América del Sur con más producción de oro (Digna 2016). Según los estudios realizados por Díaz-Arriaga (2014) Colombia solo en el 2010 liberó 75 t/año de mercurio, convirtiéndose en el país más contaminante en América Latina y el segundo a nivel mundial después de China (444,5 t/año). El departamento del Chocó es uno de los departamentos con mayor producción de oro, y se ubica como la segunda región que más utiliza mercurio en sus procesos mineros, con 24 t/año de Hg para la extracción de oro (Salazar-Camacho et al. 2021).
El incontrolable crecimiento de la minería ilegal a pequeña escala en Colombia está causando grandes impactos ambientales en muchas de las regiones del país (Betancur-Corredor et al. 2018); las áreas más afectadas por minería son: Antioquia, noroeste de Bolívar y occidente del Chocó (Salazar-Camacho et al. 2017). Es importante mencionar que según Sistema de Información Minero Colombiano (SIMCO) para el año 2020 los departamentos con mayor producción de oro fueron: Antioquia, Chocó y Córdoba (Figura 1). La minería ilegal se ha trasladado al departamento del Chocó trayendo consigo consecuencias perjudiciales para el ambiente, porque a medida que el valor del oro aumenta, la producción del metal en la región crece, llegando al punto que durante el período 2005 y 2008 se producía 2.000 kg/año y entre 2010 y 2012 se extrajeron 25.627 kg/año (Salazar-Camacho et al. 2017). Además, es importante mencionar que el departamento del Chocó es el segundo lugar de Colombia con más producción de oro, al mismo tiempo que presenta los indicadores más bajos de pobreza, violencia y desnutrición (Tubb 2015).
Es importante destacar que el departamento del Chocó alberga la más grande riqueza ecosistémica y biodiversidad de Colombia registrando 4.584 especies de espermatofitas, 793 de aves (Rangel-Ch y Rivera-Díaz 2004), 188 reptiles (Castaño et al. 2004), 139 anfibios, 196 peces de agua dulce (Mojica et al. 2004), 206 mamíferos (Muñoz-Saba y Alberico 2004) y 176 escarabajos (García et al. 2004), haciendo de la minería un factor de amenaza para los ecosistemas y por ende de la riqueza de especies establecida en el departamento, porque muchos lugares donde se realiza minería corresponden a áreas de alta importancia para la biodiversidad, además del uso de Hg que es potencialmente tóxico y ejerce una gran presión en la biota, provocando problemas como la pérdida de biodiversidad, el agotamiento de los recursos de subsistencia y el desarrollo de enfermedades, que al final ponen en riesgo la salud y el sustento de la población humana (Palacios-Torres et al. 2018, Betancur-Corredor et al. 2018).
Impacto ambiental del mercurio en el aire
La extracción de oro artesanal y en pequeña escala (ASGM) es el mayor contribuyente de emisión de mercurio atmosférico en el mundo (37% anual), sobre todo por América del Sur, África subsahariana y el este y sudeste de Asia (PNUMA 2013). PNUMA (2013, 2019) calcula que cada año la ASGM emite directamente a la atmósfera 727 toneladas de mercurio (estimado entre 410 y 1040 t/año). Del mercurio liberado al ambiente utilizado en la MAPE, el 70% es emitido a la atmósfera durante el proceso de amalgama y aproximadamente 30% es vertido a las fuentes hídricas de forma directa o indirecta (Olivero-Verbel et al. 2014).
Para explicar mejor cómo llega el mercurio al aire, es necesario saber que en la actividad minera se utiliza el mercurio para crear amalgama con el oro; para separar los metales se utiliza calor o descomposición térmica (Veiga et al. 2014), donde trazas de mercurio se volatizan y suben a la atmósfera y luego se precipitan a los suelos y fuentes hídricas por medio de la lluvia, contaminando incluso zonas donde no hay actividad minera. Su impacto principal en el aire es relacionado con la intoxicación y afectaciones nocivas que ocurren en el mismo sitio de la descomposición térmica (Ramírez-Morales et al. 2019). Sin embargo, en Colombia existen pocos estudios que evidencien el impacto de la MAPE sobre el aire que respiran las personas de los sitios mineros (Olivero-Verbel et al. 2014) y el departamento del Chocó no es un caso aparte, aunque solo reporta un artículo sobre contaminación mercurial en el aire (Palacios-Torres et al. 2018).
Impacto ambiental del mercurio en el suelo
El Hg puede aparecer de forma natural en el suelo, aunque en concentraciones muy bajas. Se calcula que a nivel mundial los niveles de mercurio en el ambiente de forma natural son de 0,06 µg/g. Pero los últimos años, los niveles de mercurio en los suelos han aumentado significativamente debido a diferentes factores antrópicos; la contaminación mercurial en el ambiente depende en gran medida de la fuente contaminante o de emisión, como es el caso de la minería cinabrio, la metalúrgica (Llanos et al. 2011), la industria química (Miller et al. 2013) y la extracción de oro (Kpan et al. 2014) entre otras. En este último, la contaminación se puede dar de manera de deposición directa o con pérdida indirecta en el proceso de amalgama (Cordy et al. 2011, Marrugo-Negrete et al. 2017); una situación ocurre cuando el Hg es liberado al ambiente por medio de las aguas residuales, en lo que conocemos como colero o relave (forma directa); otra forma es como se explicó en el párrafo anterior donde el mercurio, en el proceso de separación de metales, se evapora sube a la atmósfera, se condensa en partículas más gruesas y cae en forma de lluvia (forma indirecta) contaminando los suelos (Adjorlolo-Gasokpoh et al. 2012).
Una vez el Hg se encuentra depositado en el suelo, es afectado por las condiciones del lugar (pH, la temperatura y el contenido de ácido húmico), y forma uniones con otros elementos del suelo; lo más preocupante es que muchas especies de plantas absorben este metal y lo incorporan en sus órganos, y luego esas plantas son consumidas por otros animales y el hombre, realizando el proceso de biomagnificación de mercurio (Ramírez-Morales et al. 2019). El estudio de Hg en suelos contaminados en Colombia ha sido reportado por muchos autores (Araújo et al. 2019, Montoya et al. 2019, Marrugo-Negrete et al. 2020, Marrugo-Madrid et al. 2021, Morosini et al. 2021). Sin embargo, a pesar de la mucha información que existe sobre los efectos de la minería aluvial y la contaminación por mercurio en el departamento del Chocó, la mayoría de las investigaciones han sido relacionadas con otras matrices, y son muy pocos los estudios en suelo (Rodríguez 2019, Llano 2021). Basado en la información encontrada, la generación de este artículo sirve como base para que se aumenten las investigaciones sobre mercurio en suelo.
Impacto ambiental del mercurio en el agua
El mercurio se puede encontrar en los ambientes acuáticos por escorrentía desde los suelos, por precipitación y por el vertimiento directo en los procesos mineros (UNEP 2013, Ramírez-Morales et al. 2019); una vez el metal está en el agua es transformado por bacterias en un nuevo elemento llamado metilmercurio (MeHg), siendo este el más perjudicial para la biota; se bioacumula con mucha facilidad y es más tóxico que la forma inorgánica. Es relevante mencionar que este elemento se pasa de un organismo a otro por medio de la cadena alimenticia, incluso afectando al hombre (Male et al. 2013, Vargas-Licona y Marrugo-Negrete 2019). Los pobladores de zonas cercanas donde se realiza la extracción de oro son los más afectados por la contaminación mercurial, esto se debe a que las emisiones de Hg contaminan directamente los cuerpos de agua cercanos (PNUMA 2019), que a su vez contaminan a los residentes de las comunidades que extraen oro de manera artesanal y en pequeña escala a través del consumo de pescado contaminado; en el organismo el MeHg se transporta por el tracto intestinal hasta llegar el torrente sanguíneo desde donde puede cruzar las barreras hematoencefálica y hematoplacentaria (Horvat et al. 2012) causando un sin número de afectaciones en el cuerpo humano.
En Colombia las afectaciones causadas por la minería de oro en el medio ambiente son preocupante debido a las fragmentaciones de los sistemas naturales y al acelerado crecimiento de esta actividad en el país, reportándose en 17 departamento y 80 municipios (Díaz-Arriaga 2014). No obstante, existen otros aspectos importantes de las afectaciones relacionadas con la minería aluvial, como es el consumo y utilización de aguas contaminadas con Hg utilizadas por las poblaciones aguas abajo, generando un impacto negativo en las actividades humanas, al igual que en su salud (Díaz-Arriaga 2014). Existen muchos estudios en Colombia que confirman la contaminación por mercurio en el agua (Olivero-Verbel et al. 2015, Gallo et al. 2021a, Gallo et al. 2021b, Vélez et al. 2021). Sin embargo, la utilización clandestina de mercurio, el poco control de las autoridades ambientales y la falta de conciencia por parte de los mineros informales establece la contaminación mercurial como una problemática sin resolver. El Chocó no es ajeno a la problemática ambiental por mercurio en el país, reportando estudios que evidencian contaminación en diversos cuerpos hídricos (Palacios-Torres et al. 2018, Palacios-Torres et al., 2020, Salazar-Camacho et al. 2021, Gutiérrez-Mosquera et al. 2021), situación que pone en riesgo a los pobladores de las zonas contaminadas.
Riesgo del mercurio en la salud humana
En seres humanos el Hg puede ingresar al cuerpo a través del tracto respiratorio, digestivo y la absorción dérmica (Eqani et al. 2016). En su mayoría el mercurio absorbido por el hombre viene a través de la cadena alimenticia (Vargas-Licona y Marrugo-Negrete 2019), donde la trasformación de Hg inorgánico a orgánico, metilmercurio (MeHg) inicia cuando el Hg se deposita en los sedimentos, luego las bacterias lo metilizan y lo convierten en MeHg que es absorbido por fito y zooplancton, que a su vez son consumidos por peces, y estos son consumidos por otros peces y animales (biomagnificación) en la cadena trófica hasta llegar al hombre (Gutiérrez-Mosquera et al. 2018, Vargas-Licona y Marrugo-Negrete 2019).
El Hg inhalado en los procesos mineros (quema de amalgama) llega a los pulmones y es absorbido por los glóbulos rojos donde se oxidan rápidamente al catión inorgánico divalente (Hg inorgánico, InHg). Los daños ocasionados por las elevadas cantidades de Hg el cuerpo puede causar daño en los sistemas respiratorio, cardiovascular, digestivo e inmunitario (Clarkson y Magos 2006), pero principalmente afecta el sistema nervioso y los riñones, donde el InHg se acumula preferentemente después de la inhalación de vapor de Hg elemental (Santa-Ríos et al. 2021). Los principales problemas para la salud humana por exposición de Hg incluyen neurotoxicidad, teratogenicidad, nefrotoxicidad e inmunotoxicidad (Calao et al. 2021). Además, la exposición con Hg durante el embarazo puede alterar el desarrollo cerebral del feto, incluso existe evidencia que relaciona la formación de cáncer con la exposición a los compuestos de mercurio (Casas et al. 2015).
Según los datos mundiales de biomonitoreo en seres humanos, entre 3.3 y 6.5 millones de mineros sufren intoxicación por vapor de mercurio de forma modera o crónica (Casas et al. 2015). Los riesgos del Hg en la salud humana y en el ambiente ha generado una gran preocupación en el ámbito científico (Gutiérrez-Mosquera et al. 2018), lo que ha motivado a muchos investigadores a monitorear el comportamiento del mercurio en humanos. Para Colombia existen muchas investigaciones que aportan información sobre la relación entre el mercurio y afecciones en humanos (Casas et al. 2015, Calao y Marrugo 2015, Rodríguez-Villamizar et al. 2015, Galeano-Páez et al. 2021, Calao et al. 2021). Para el departamento del Chocó se pueden destacar los trabajos realizados por Salazar-Camacho et al. (2017), Gutiérrez-Mosquera et al. (2018) y Palacios-Torres et al. (2018), que evidencia los niveles de mercurio en seres humanos.
La fitorremediación como estrategias biológicas de descontaminación
El desarrollo económico basado en la minería de oro se pensó como una alternativa eficaz para alcanzar la prosperidad en muchas regiones del país, sin pensar en los daños ocasionados en el ecosistema y las alteraciones de la calidad del agua, suelo y aire, lo que hizo tomar conciencia de que el crecimiento económico basado en actividades extractivas trae efectos adversos o puede ser contraproducente (Maqueda 2003).
Uno de los mayores desafíos para los investigadores es lograr remediar el mercurio que se encuentra depositado en las fuentes hídricas y sedimentos, con la finalidad de anular los riesgos de toxicidad; esta preocupación se debe a que los metales pesados no se pueden degradar o mineralizar como otros contaminantes orgánicos. Por lo anterior, la única manera para remediar el Hg es convertir el mercurio orgánico (forma más tóxica) en una menos tóxica y volátil que no pueda ingresar a la cadena alimenticia. La utilización de métodos físicos convencionales utilizados para la remediación de Hg presenta la siguiente desventaja o inconveniente: dejar atrás un gran volumen de biomasa y lodos de Hg cuya eliminación no es ambiental ni económicamente favorable (Kumari et al. 2020).
La descontaminación de los suelos degenerados con metales pesados por técnicas físicas representa un costo monetario muy elevado, además contribuye con la afectación de la zona tratada (LeDuc y Terry 2005); por lo anterior, se han buscado nuevas alternativas para remediar esas zonas afectadas con metales, lo que llevó al empleo de plantas, porque son las principales recolectoras y transportadoras de oligoelementos mediante la absorción activa y pasiva (Bonanno y Cirelli 2017). Además, muchas especies de plantas pueden acumular altos niveles de metales pesados del ambiente gracias a su sistema bien desarrollado de raíces, tolerancia a la toxicidad y biomasa altamente productiva (Rezania et al. 2016); estas propiedades de los vegetales se han utilizado en una técnica llamada fitorremediación, que consiste en el uso de plantas para remover, acumular e inactivar contaminantes del suelo (Padmavathiamma y Li 2007).
La técnica de fitorremediación ha sido muy utilizada en ecosistemas tanto terrestres como acuáticos, cumpliendo con la finalidad de mejorar las condiciones ambientales de esos sitios. En Colombia ha aumentado el uso de esta técnica, de igual forma se han realizado muchas investigaciones en diferentes plantas sobre sus propiedades acumulativas de metales pesados (Vidal et al. 2010, Romero et al. 2011, Olivero-Verbel et al. 2015, Marrugo-Negrete et al. 2010, 2016, 2017).
Sumado a lo anterior, la practicidad de los procesos de biorremediación de convertir sustancias tóxicas como los metales pesados, hidrocarburos aromáticos policíclicos y otros compuestos tóxicos, en compuestos no tóxicos o menos tóxicos (Patel et al. 2022). Por esta razón, en los últimos años se ha aumentado el uso de tecnología de remediación biológica, que a diferencia de las otras técnicas, ofrecen las siguientes ventajas: “(1) La remediación impulsada biológicamente elimina los elementos peligrosos de los medios contaminados en lugar de simplemente transferirlos. (2) Es notablemente menos perjudicial para el medio ambiente que los diversos métodos basados en la excavación y (3) El tratamiento de sitios con desechos peligrosos puede ser significativamente menos costoso que cualquier método convencional” (Azubuike et al. 2016).
Las macrófitas y su potencial acumulador de mercurio
El aumento de las actividades antropogénicas inapropiadas y la industrialización han resultado en una grave contaminación ambiental en todo el mundo. Su tratamiento eficaz es vital para los problemas generales de salud. La gravedad de la contaminación puede diferir dependiendo de las características de los contaminantes. Para el tratamiento sostenible de ambientes contaminados, la biorremediación se acepta como el método más eficiente, económico y amigable con el medio ambiente (Patel et al. 2022).
Ha tenido mucho interés el estudio a nivel mundial sobre distintas estrategias para remoción de mercurio de los sistemas naturales, debido a la capacidad que tiene este metal para biomagnificarse fuertemente por medio de la cadena trófica (Beauvais-Flück et al. 2017, Bonanno et al. 2017a). Por tal motivo se están utilizando plantas para los procesos de fitorremediación (Medina-Marcos et al. 2014), siendo muy aceptada la utilización de las macrófitas como mecanismo de reducción de los contaminantes en el ambiente (Tabla 1), por su gran producción de biomasa, junto con su capacidad de acumular metales pesados (Beauvais-Flück et al. 2017, Bonanno et al. 2017b, Bonanno et al. 2018).
Algunos estudios (Cardwell et al. 2002, Marrugo-Negrete et al. 2010, Beauvais-Flück et al. 2017) afirman que las macrófitas tiene más capacidad de acumular concentraciones de mercurio en sus tejidos que los que se encuentran depositados en los sedimentos. Además, es relevante mencionar que los órganos subterráneos de las plantas (raíces y rizoma) tienden a captar y acumular niveles más altos de metales pesados que los otros órganos (Bonanno 2012, Cicero-Fernández et al. 2017). Existen muchas hipótesis que tratan de explicar la razón del porqué los metales se acumulan sobre todo en estos órganos; la primera, es que exista un sistema de tolerancia de la planta que evite que los metales invadan con mayor fuerza o facilidad otras de sus partes (Hozhina et al. 2001, Bonanno et al. 2017a). Otra hipótesis indica que las raíces de las macrófitas están cubiertas de muchas bacterias que favorecen el proceso de metilación (Achá et al. 2005). Otros estudios afirman que se debe a la capacidad interna de desintoxicación de las raíces, o más específicamente, en las células que conforman las paredes de este órgano, que tienen espacios de aire intercelular que se caracterizan por presentar parénquima en la corteza de los órganos subterráneos, permitiéndole mayor acumulación de elementos tóxicos (Hall 2002, Mishra et al. 2008).
Sin contradecir el párrafo anterior, es importante mencionar que existen muchas especies de macrófitas, a las que se les encuentran altas concentraciones de metales en sus raíces y concentraciones similares en hojas, generando así un flujo constante entre esos dos órganos, independientemente de las concentraciones en el sedimento (Jiménez et al. 2011). A este flujo de contaminantes se le denomina factor de traslocación (FT), y se puede decir que es una medida del transporte interno de un metal e indica la relación entre la concentración acumulada en la parte aérea y la raíz de una planta (Mattina et al. 2003). Las especies que tienen esta estrategia poseen la capacidad de adaptarse y desarrollarse en ambientes altamente contaminados (Fischerová et al. 2006, Bonanno y Cirelli 2017). Lo contrario ocurre con las especies de plantas donde es bajo el factor de translocación de sustancias tóxicas desde la raíz a los órganos aéreos (inferior a la unidad), lo que quiere decir que estas plantas son menos adecuadas para realizar fitoextración y/o fitorremediación (Yoon et al. 2006, Pandey 2012, Bonanno et al. 2018a).
La capacidad de acumulación de metales de las macrófitas depende de varios factores: el principal es el tipo de especie de la planta, la clase de oligoelemento y las formas de vida (Bonanno et al. 2018b). Algunos autores afirman que las especies emergentes tienen una mayor capacidad bioacumulativa de metales, porque pueden capturar por medio de las hojas, los elementos tóxicos directamente de la columna de agua contaminada y por medio de las raíces los materiales dañinos depositados en el sedimento (Bonanno et al. 2017a, Marrugo-Negrete et al. 2010). A este proceso se le denomina factor de bioconcentración (FBC) y se utiliza para medir la capacidad de captación de un metal por una planta en relación con su concentración en el ambiente (Audet y Charest 2007, Olivares y Peña 2009).
Es difícil tratar de explicar los factores que se involucran en la captación y acumulación de metales por las macrófitas, porque este proceso depende de muchas variables, e inclusive difiere entre las plantas, incluso entre especies congéneras (Bonanno et al. 2018b). Sin embargo, existen múltiples componentes que nos ayudan a entender este proceso, por ejemplo, la estacionalidad del lugar, porque durante los meses de verano los niveles de las aguas bajan y las raíces de las plantas están más cercas y/o fijas en el sedimento por lo que son capaces de acumular cantidades significativas de metales (Hadad y Maine 2007, Marrugo-Negrete et al. 2010), además, en la estación seca del año, el aumento de la temperatura acelera la actividad de metilación y por consiguiente las plantas tienen mayor disponibilidad de Hg en el ambiente (Ullrich et al. 2001). Lo contrario ocurre en invierno, donde la capacidad de acumulación decrece, debido a la disminución de la biomasa por el aumento del nivel de las aguas (Hadad y Maine 2007). Otro factor muy importante es la edad de las plantas, pues con su envejecimiento la sensibilidad a los oligoelementos aumenta la capacidad de bioacumulación (Kabata-Pendias 2010).
Además, existen otras variables que influyen en la bioconcentración y translocación de elementos tóxicos en las plantas, tales como el pH, la temperatura, la salinidad y el contenido de material orgánico (Yang y Ye 2009). Hay estudios que afirman que el azufre en los suelos o sedimentos actúa como un estimulante para que las plantas acumulen Hg en sus tejidos (Moreno et al. 2005, Muddarisna et al. 2013).
En Colombia, como en muchas partes del mundo, se han buscado estrategias para disminuir las concentraciones de mercurio en el ambiente, y con mayor esfuerzo en los ecosistemas acuáticos (Reyes et al. 2016). Para Colombia se han descrito las siguientes especies de macrófitas que tienen la capacidad de remover metales: Salvinia biloba, es una especie muy resistente con alta capacidad adaptativa a distintos ambientes, e incluso en condiciones de invernadero, tiene una gran capacidad de absorción de metales (Tello-Zevallos et al. 2016); el género Salvinia ha sido utilizado ampliamente para procesos de biorremediación (Olguín et al. 2005, Suñe et al. 2007, Sánchez-Galván et al. 2008, Dhir 2009, Tello-Zevallos et al. 2015, Tello-Zevallos et al. 2016). La especie Limnocharis flava, es una planta con alta producción de biomasa (Marrugo-Negrete et al. 2017), es adecuada para la utilización en proceso de remoción de mercurio y otros metales (Abhilash et al. 2009, Marrugo-Negrete et al. 2017). Eichhornia crassipes es una planta acuática dulceacuícola, común en Sur América y que se desarrolla con facilidad en zonas pantanosas (aguas lénticas), presenta una alta tasa de reproducción y un denso sistema radicular, ha sido una especie muy estudiada en Colombia (Tabla 1) y ha tenido muy bueno resultados en los procesos de fitorremediación (Olivero y Solano 1998, Marrugo-Negrete et al. 2010, Romero et al. 2011 y Olivero-Verbel et al. 2015, Torres et al. 2019). E. crassipes es una especie que se puede utilizar para fitorremediación por su alta ramificación en sus raíces; además, puede alcanzar porcentajes de metilación 30 veces más alto que en sedimentos, esto se debe a que las raíces están cubiertas de muchas bacterias que aceleran este proceso (Guimaraes et al. 2000, Mauro et al. 2001). Ludwigia helminthorrhiza y Polygonum punctatum, son especies que crecen en humedales y que pueden servir como plantas fitorremediadoras de ecosistemas contaminados con metales pesados (Romero et al. 2011). Las especies Typha latifolia, Phragmites australis, Phragmites karka, y otras fueron resaltadas en el trabajo de revisión de Kataki et al. (2021). Por otro lado, en el departamento del Chocó es escaso el estudio sobre la capacidad acumulativa de las plantas, porque solo se documentó el trabajo realizado por Gutiérrez-Mosquera et al. (2021) en la especie Eleocharis elegans, por esto se recomienda iniciar procesos investigativos sobre la capacidad de absorción de las plantas de esta región.
Conclusiones
En el departamento del Chocó, Colombia, la extracción aluvial es la actividad que más genera contaminación por mercurio en el ambiente. Debido al uso indiscriminado, el escaso control que ejercen las autoridades ambientales y la falta de conciencia de los mineros hace de esta región uno de los sitios con mayor contaminación mercurial en Colombia lo que evidencia una relación directa entre la presencia de la minería ilegal y la contaminación con mercurio en los ecosistemas.
La utilización de macrófitas como estrategia de fitorremediación es una buena alternativa para la descontaminación de sitios intervenidos con minería; es importante, generar más estudios que evalúen el potencial fitorremediador de las especies de plantas acuáticas presentes en el departamento del Chocó, porque se carece de información que permita conocer el potencial bioacomulador de metales y otras sustancias en las especies de macrófitas de la región, para poder utilizarse como estrategia de fitorremediación de áreas contaminadas con metales pesados.
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