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Gayana (Concepción)

versión On-line ISSN 0717-6538

Gayana (Concepc.) v.68 n.1 Concepción  2004

http://dx.doi.org/10.4067/S0717-65382004000100005 

  Gayana 68(1): 53-62, 2004 ISSN 0717-652X

NIVELES DE Cu, Pb Y Zn EN AGUA Y PERUMYTILUS PURPURATUS EN BAHIA SAN JORGE, NORTE DE CHILE

CU, PB AND ZN LEVELS IN PERUMYTILUS PURPURATUS ANS WATER IN SAN JORGE BAY, NORTHERN CHILE
 
 

Marco A. Salamanca*, Bibiana Jara* & Tatiana Rodríguez‡

*Departamento de Oceanografía, Facultad de Ciencias Naturales y Oceanográficas, Universidad de Concepción. Casilla 160-C, Concepción. Chile.
‡Gerencia de Medio Ambiente, Minera Escondida Ltda. Casilla 690, Antofagasta. Chile.


RESUMEN

Es un hecho reconocido que la contaminación por metales traza representa uno de los mayores factores de riesgo para los organismos marinos costeros, los que se encuentran expuestos a ellos por efecto de las descargas de efluentes industriales y urbanos en bahías y estuarios, además muchos de estos metales participan en ciclos biológicos de diferentes organismos lo que afecta su distribución y abundancia. Paralelamente, se han realizado varios estudios para evaluar el efecto de los compuestos eliminados por actividades antropogénicas midiendo su concentración en agua, sedimentos y organismos. En este contexto, los bivalvos han sido ampliamente utilizados como indicadores de contaminación de sistemas costeros, ya que por su carácter de organismos sésiles están permanentemente expuestos a los efectos de estas sustancias, por lo que han sido utilizados como biomonitores. Considerando que Perumytilus purpuratus se encuentra distribuido ampliamente a lo largo de la zona intermareal de Bahía San Jorge, (II Región) y la existencia de varias descargas industriales y municipales provenientes de la ciudad de Antofagasta, en este trabajo se ha utilizado este mitílido como organismo monitor para evaluar los cambios en las concentraciones de metales en la columna de agua de la bahía, lo que se puede reflejar en el contenido de metales en él, en relación a la cercanía de las potenciales fuentes de metales.

Palabras claves: Metales pesados, bivalvos, agua de mar, zona costera.

ABSTRACT

It is well known that trace metal pollution if one of major risk factors for coastal organisms who are exposed to the effects of industrial and urban discharges in bays and estuaries. In addition, it is also known that trace metals are involved in several biological cycles of different organisms, affecting their abundance and distribution. Several studies to evaluate the effects of the discharge of anthropogenic activities have been made, measuring the concentration of pollutants in water, sediments and organisms. In this context, bivalves have been used widely as index of coastal pollution processes, since they are sesile and are exposed permanently to the effect of these subtances allowing them being used as biomonitors. Considering that Perumytilus purpuratus is distributed widely along the intertidal zone of San Jorge Bay (Region II, Chile) and the presence of several industrial and urban discharges from Antofagasta City, in this paper this bivalve was used to monitoring the trace metal concentrations in bay waters which might be reflected in the trace metal content in this organism, as function to the location of metal potential sources.

Keywords: Heavy metals, bivalves, seawater, coastal zone.


INTRODUCCION

Es un hecho reconocido que la contaminación por metales traza representa uno de los mayores factores de riesgo para los organismos marinos costeros, los que se encuentran expuestos a ellos por efecto de las descargas de efluentes industriales y urbanos en bahías y estuarios. Esto ha determinado que los metales traza sean uno de los principales grupos de sustancias presentes en el ambiente cuya abundancia ha sido ampliamente estudiada, ya sea por su toxicidad o por sus aportes antropogénicos que pueden superar los aportes naturales (Ravera & Riccardi 1997). Por otra parte, se debe tener en consideración que muchos de estos metales traza participan en los ciclos biológicos de diferentes grupos de organismos (Bruland 1980; Danielsson 1980; Boyle et al. 1981; Jickells & Burton 1988; Hunter & Ho 1991), lo que afecta su distribución y abundancia (Kudo et al. 1996).

Las zonas costeras, frecuentemente son perturbadas por residuos, tanto orgánicos como inorgánicos asociados a las actividades industriales y urbanas que se desarrollan en su entorno. Esto afecta significativamente la distribución, abundancia y composición de dichos compuestos en estas áreas (Luoma 1990; Giordano et al. 1992; French 1993). Lo anterior ha llevado a la realización de numerosos estudios con el fin de evaluar el efecto de los compuestos eliminados por actividades antropogénicas, principalmente midiendo su concentración en el agua, sedimentos y organismos (e.g. Ruiz & Salinas 2000; Bustamante et al. 2000).

En este contexto, los bivalvos han sido ampliamente utilizados como indicadores de contaminación de sistemas costeros, tanto para contaminantes orgánicos (e.g. Fukuyama et al. 2000; Le Bris & Pouliquen 2004) así como inorgánicos (e.g. De Gregory et al. 1994; Astorga et al. 1998; Brown et al. 2003), ya que por su carácter de organismos sésiles están permanentemente expuestos a los efectos de estas sustancias, por lo que han sido utilizados como biomonitores (Rainbow & Philips 1993; Regoli & Orlando 1994; Chuecas 1998). Este hecho, junto con su amplia distribución geográfica, ha permitido que éstos sean considerados para estudios de escala global como es el programa "Mussel Wacht" (Martin & Richardson 1991).

Por otra parte, regionalmente los estudios a lo largo de la zona costera en Chile han demostrado que existe una clara señal de contribución de metales traza a la zona costera, indicando alteración de los procesos de aporte natural de éstos (i.e., zona norte, Castilla 1983; Olivares & Ruiz 1991; zona centro-sur, Salamanca et al. 1986; Salamanca & Camaño 1994; Salamanca 1996). Para evaluar el impacto de estos aportes, Perumytilus purpuratus ha sido señalado como un posible organismo indicador de áreas costeras perturbadas por actividad antropogénica (e.g. De Gregory et al. 1994).

Considerando que P. purpuratus se encuentra distribuido ampliamente a lo largo de la zona inter-mareal de Bahía San Jorge (II Región), la que está ubicada en una zona metalogénica con altos aportes naturales de metales, a lo que se debe sumar la existencia de varias descargas industriales y municipales (Salamanca et al. 2000) provenientes de la ciudad de Antofagasta, en este trabajo se ha utilizado este organismo como monitor para evaluar los cambios en las concentraciones de metales en la columna de agua de la bahía, lo que se puede reflejar en el contenido de metales en él. Para esto, se realizó un estudio del contenido de Cu, Pb y Zn en P. purpuratus, a lo largo de la zona intermareal de Bahía San Jorge, como indicador local de los aportes de estos metales a la bahía en función a la cercanía de las fuentes potenciales de metales.

MATERIALES Y METODOS

Muestras de agua superficial de la zona intermareal se colectaron manualmente en mayo, junio, octubre y diciembre de 1996 en siete localidades a lo largo de Bahía San Jorge, Antofagasta (Fig. 1). Para ello se utilizaron botellas de polietileno de baja densidad ("Nalgene") de un litro de capacidad. Estas fueron lavadas con detergente no iónico ("Extran"), enjuagadas con abundante agua desionizada, tratadas con HCl 3 M (Merck p.a) durante 48 horas en un baño, luego enjuagadas con abundante agua desionizada y finalmente un último lavado con agua "Milli-Q". Cada botella fue almacenada en dos bolsas de polietileno re-cerrables ("Ziplock"). Simultáneamente, en cada localidad muestreada para agua, se colectaron cinco individuos de P. purpuratus, de tamaño similar. Estos se almacenaron separados en bolsas plásticas y transportados al laboratorio. Los cuerpos secos (sin concha) de cada individuo fueron digeridos en una mezcla de ácidos de alta pureza HNO3 y HCl, utilizando bombas de teflón limpias y calentados por 5 h a 160 ºC. Posteriormente el residuo fue recibido en botellas de 25 ml con agua Mili- Q y congelado para ser analizado Cu, Pb y Zn.


 

Figura 1. Mapa del área de estudio con la ubicación de las localidades muestreadas.

Figure 1. Study area map showing sampling locations.

Las muestras para los metales traza (agua y organismos) fueron analizadas por Voltametría de Redisolución Anódica utilizando un Polarógrafo Radiometer ISS-820, en el Departamento de Química de la Universidad de Antofagasta. El análisis de las muestras de agua se hizo por triplicado y se informan como concentraciones promedio. El contenido de metales en P. purpuratus se informa en base peso seco. La exactitud y precisión del método analítico fueron aseguradas utilizando agua de mar estándar certificada CASS-3 y músculo "dogfish" DORM 2 (National Research Council of Canada). La precisión del análisis de agua fue 3.9%; 5.7% y 6.7% para Cu, Pb y Zn con una exactitud de 2.5%, 6.3% y 0.5%, respectivamente. Para los organismos, la precisión fue de 2.9%, 6.2% y 3.2% para Cu, Pb y Zn con una exactitud de 1.1%, 5.1% y 3.2%, respectivamente.

RESULTADOS

La distribución espacial de la concentración promedio de Cu, Pb y Zn en agua, de los cuatro meses muestreados, a lo largo de la zona intermareal de Bahía San Jorge varía de acuerdo al metal considerado (Tabla I). De los tres metales estudiados, el Cu muestra una clara distribución espacial de la concentración, con un gradiente positivo de sur a norte, presentando altas concentraciones entre los límites de la ciudad de Antofagasta y el sector norte de la bahía. Por otra parte, las concentraciones de Pb y Zn, en esta agua, no muestran la misma distribución que el Cu, dado que no existe un gradiente espacial al considerar las desviaciones estándar de las concentraciones promedio (Tabla I).


Tabla I. Concentración promedio& de metales en aguas de la zona intermareal de Bahía San Jorge. Concentraciones expresadas en ug l-1.

Table I. Average metal concentration& in intertidal waters of San Jorge Bay. Concentrations expressed in ug l-1.

 

El contenido promedio de Cu, Pb y Zn en P. purpuratus, en los cuatro períodos estudiados, no muestra diferencias significativas entre machos y hembras (Test-t, p < 0.05, Tabla II). Por esta razón, los análisis posteriores utilizan la muestra total de organismos. Las concentraciones promedio de estos metales se muestran en la Tabla III. En ésta se aprecia claramente el aumento de Cu en P. purpuratus en la Estación Nº 5, que corresponde a la descarga Puerto de Antofagasta Industrial (P.A.I). En el resto de las localidades no se observa diferencias significativas, considerando las desviaciones estándar de los promedios de las concentraciones. En el caso del Zn, tampoco se distinguen diferencias entre las concentraciones promedio en las localidades estudiadas. Finalmente, para Pb en general no hay grandes diferencias entre las concentraciones de este metal en P. purpuratus, no obstante en las estaciones 4 y 5 (Puerto de Antofagasta y Descarga P.A.I., respectivamente) se observan las mayores concentraciones promedio.


Tabla II. Resultados de Test-t para machos y hembras en cada campaña de muestreo (1996).

Table II. Test-t results for male and female in each 1996 sampling period.

 


Tabla III. Concentración promedio& de metales en Perumytilus purpuratus colectado en la zona intermareal de Bahía San Jorge. Concentraciones expresadas en mg kg-1 (base peso seco).

Table III. Average& metal concentrations in Perumytilus purpuratus collected in the intertidal zone of San Jorge Bay. Concentrations expressed in mg kg-1 (dry weight basis).

 

DISCUSION

El patrón de distribución de metales en organismos (Cu, Pb y Zn) se caracteriza por un alto contenido de Cu en la Est. 5 (Descarga P.A.I.), no observándose ninguna tendencia espacial para Pb y Zn (Fig. 2). El alto contenido de Cu en P. purpuratus en esta localidad es el reflejo de los aportes de Cu a las aguas adyacentes, producto de la descarga industrial en el área Esto es coincidente con lo encontrado por Salamanca et al. (2000), quienes informan la existencia de las más altas concentraciones de Cu en agua y material particulado en la cercanía de esta descarga. La distribución espacial de este metal muestra un gradiente positivo de sur a norte, el cual se puede explicar por la combinación de la circulación costera de la bahía que mueve las aguas de sur a norte, en respuesta a los vientos dominantes (Escribano & Hidalgo 2001) y a los aporte locales de Cu, los que son de mayor importancia desde el sector central de la bahía y hacia el norte (Fig. 1).


Figura 2. Histogramas de concentración de Cu, Pb y Zn en Perumytilus purpuratus en las diferentes localidades estudiadas (Identificadas del 1 al 7, ver mapa).

Figure 2. Cu, Pb and Zn concentration histograms in Perumytilus purpuratus at the sampled location (Designed with number 1 through 7 in study area map).

Para verificar este patrón de distribución espacial, la información de las concentraciones de metales se sometieron a un análisis estadístico exploratorio multivariado (Fig. 3). En esta figura los resultados del análisis de Componentes Principales agrupan a las localidades del sector sur de la bahía (Grupo I: El Lenguado, Murallones y Los Metales) y del centro y sector norte (Grupo II: Puerto de Antofagasta, Las Rocas y Los Metales) y separa a la Est. 5 (Grupo III: Descarga P.A.I.). Esto se explica por los aportes locales de metales en el agua, desde donde los organismos filtradores, en este caso P. purpuratus, los incorporan de acuerdo a las conductas de alimentación, resultando en una bioacumulación de éstos en sus tejidos (Lee et al. 2000; Chong & Wang 2000).


 

Figura 3. Análisis de Componentes Principales entre localidades, considerando todos los metales.

Figure 3. Principal Components Analysis between location, including all the metals.

Para estimar el grado de aumento de metales en los tejidos blandos de P. purpuratus se utilizó el Factor de Enriquecimiento (FE), definido como la razón entre la concentración de metales en los tejidos y en el agua (Grousset et al. 1995). En la Tabla IV se presentan los FE en el área de estudio. En ella se aprecia que para el caso de Cu el mayor FE se observa en la Est. 5, lo cual es consistente con la mayor concentración de Cu en los organismos y agua. Aunque la información de concentraciones no muestra una tendencia en la distribución espacial Pb y Zn, se ha observado la misma diferencia relativa en el FE calculado para estos datos. En la Est. 4 (Puerto de Antofagasta) Pb presenta altos valores de FE, lo que es esperado, ya que existe embarque de concentrado de Pb proveniente desde minas de Bolivia. Para Zn el FE mayor se presenta en la Est. 5 (Descarga P.A.I) con valores de alrededor 6.2x104, el FE más bajo para Zn está presente en la Est. 2


Tabla IV.- Factores de enriquecimiento para Perumytilus purpuratus en Bahía San Jorge.

Table IV.- Enrichment Factors for Perumytilus purpuratus in San Jorge Bay.

 

El incremento observado en el FE refleja claramente el efecto de incorporación de estos metales desde un origen local a lo largo de la costa de Bahía San Jorge. Esto es explicado considerando los patrones de circulación de la bahía (Escribano & Hidalgo 2001). Indicando que las aguas de la zona costera se mueven hacia el norte, reciben la descarga de los efluentes industrial y municipal, alcanzando un máximo en el área justo al frente del puerto industrial, para decrecer al avanzar hacia el norte. Probablemente la caracterización del patrón espacial de Pb, con una distribución uniforme, es debida principalmente a la acción combinada del suministro por vía atmosférica y las actividades portuarias. Esto podría ser comparable a lo encontrado por Muñoz (2000) para la zona de Concepción, quien explica que la presencia de Pb de origen atmosférico en los sedimentos de la Bahía Concepción es importante debido al aporte antropogénico local.

En la Tabla V se presenta una comparación del contenido de Cu y Zn en P. purpuratus en Puerto Montt, una localidad en la parte sur de Chile a unos 2.200 km de Antofagasta, y en Mytilus chilensis en el Estrecho de Magallanes, aproxima-damente a 3.000 km de Antofagasta. El contenido de Cu en P. purpuratus en la zona norte refleja los aportes por las actividades antropogénicas que se encuentran relacionadas con la gran minería, lo que puede explicar la diferencia entre ambas localidades, toda vez que en el sur de Chile, los aportes antropogénicos potenciales se limitan a las descargas municipales. El contenido de Zn en ambas localidades es comparable, siendo significativa la diferencia para M. chilensis en el Estrecho de Magallanes que presenta niveles más bajos Cu y Zn comparando a P. purpuratus en las otras dos localidades.


Tabla V. Comparación del contenido de metales pesados en bivalvos en dos áreas de la costa de Chile.

Table V. Comparison of heavy metals levelsin bivalves in two Chilean coastal areas.

 

CONCLUSIONES

Las tendencias espaciales para el contenido de Cu y Zn (principalmente) en P. purpuratus muestran un posible origen local, particularmente desde los efluentes de las áreas industriales localizadas entre los límites de la ciudad Antofagasta. Esto explica el alto FE encontrado cerca de Est. 5 y Est. 4. La tendencia no es tan clara para el contenido de Pb, ya que puede tener dos orígenes dados por las descargas del puerto (donde el concentrado de Pb es cargado al barco) y por la combustión de auto-móviles en la ciudad de Antofagasta.

Los FE son consistentes con la distribución espacial de las fuentes potenciales de metales en Bahía San Jorge, siendo mayor para el caso de Cu y Zn en la cercanía de la descarga industrial y para el caso del Pb en el puerto de Antofagasta, donde se embarca concentrado de este metal proveniente de minas bolivianas.

Los resultados obtenidos en este estudio permiten sugerir que P. purpuratus puede ser utilizado como indicador de procesos de contaminación, ya que su contenido de metales responde a los aportes tanto naturales como antropogénicos, tal como lo sugiere la comparación entre organismos de otras regiones de Chile.

 

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Fecha de recepción: 21/03/03
Fecha de aceptación: 04/03/04