Contaminación de Suelos y Aguas por Arsénico y El Papel de las Bacterias del Suelo

El viernes, 22 de mayo de 2009, Blog el Agua, compañero de este sistema de Bitácoras editó un interesantísimo post que llevaba por título Arsénico y aguas subterráneas en Asia. Este, recoge casi literalmente una muy buena traducción al castellano de la noticia aparecida inicialmente en el portal soitu.es Medioambiente que reproducimos abajo, y que fue firmada por Vanesa Sánchez. Con estas traducciones da gusto, al contrario de las que solemos padecer en la prensa española. Gracias Vanesa. Para mi sorpresa, resulta que las bacterias del suelo, se encontraban implicadas en un drama que afecta a más de 140 millones de personas en Asia. Seguidamente, también me llegó la información vía Terradaily. Os recomiendo que lo leáis detenidamente, así como la fuente original de la Universidad de Stanford, que aporta más detalles (ver final del post). Fueron el edafólogo Fendorf y colegas, de la citada Universidad, los que finalmente descifraron el mecanismo subyacente a este tipo de contaminación, como veremos más adelante.  

 

 

Cultivo de arroz sobre suelos hidromorfos

en un delta vietnamita: Fuente: ICE

 

Como ya hablaremos en otros post, los deltas son ecosistemas frágiles sobre los que sustentan su vida cientos de millones de personas, gracias tanto a la gran productividad de sus suelos, como por la abundancia de agua de estos ambientes. La subida del nivel del mar, debida al calentamiento de la atmósfera, puede por tanto, poner en riesgo su existencia, y la  sustentabilidad de las personas que viven allí. Por otro lado, se ha descubierto recientemente que las capas de sedimentos que se acumulan en los deltas (cuando no existen un gran número de embalses a lo largo de los cauces fluviales que drenan) son depositarios de registros paleoambientales que suministran información paleoambiental importante. Sin embargo, poco se conocía de la existencia de procesos naturales que generaran la contaminación natural de los acuíferos. Eso sí, no debemos confundir el vocablo  “naturalidad” con la persistencia de una epidemia de cánceres en tales ambientes. Estos e han producido por la masificación humana de tales hábitats y la puesta en cultivo de grandes extensiones que demandan enormes cantidades de agua. Esta última, al no poder ser suministrada por las aguas pluviales y superficiales que acarrean los cauces, es extraída de los acuíferos, teniendo que aumentar su profundidad conforme las demandas aumentan.

 

 

 

Delta del Mekong. Fuente: 39 Escalones

 

Cada crecida del cauce aporta sedimentos que se superponen a los ya generados por otras previas, que ve este modo van siendo enterrados. Esta es una característica de los tipos de suelos denominados Fluvisoles por la WRB. Se trata de perfiles en los que tanto sus texturas, como los contenidos de materia orgánica cambian abruptamente con la profundidad, sin que exista ninguna tendencia clara en sus patrones de distribución. Se trata pues de suelos profundos y fértiles, pero jóvenes, en los que los procesos de edafogénesis son a lo sumo incipientes. Cuando el suelo aumenta de espesor debido al aporte de nuevos materiales a su superficie, hablamos de suelos cumúlicos. Los sedimentos provienen de la erosión y disolución de las suelos y rocas de toda la cuenca que drenan. Cuanto mayor sea esta, tanto más extenso será el Delta. En el área afectada por la contaminación por arsénico en el sudeste de Asia, los ríos más caudalosos nacen del Himalaya. Honestamente, desconozco su composición litológica. El estudio nos informa de que deben ser “relativamente ricos en arsénico”. Este elemento es arrastrado, cuenca abajo por el agua de drenaje, unido a los sesquióxidos de hierro en forma oxidada, hasta que son depositados en la cuenca.   

 

Pues bien como podréis observar más abajo, estos materiales al ser depositados en el delta sin generar, al principio más daños. No obstante conforme los sedimentos de las crecidas son sepultados por otros posteriores en un ambiente encharcado (hidromorfía), muy propenso a generar una atmosfera anaerobia (carente de oxígeno), las comunidades bacterianas típicas de la superficie de los suelos aireados son sustituidas por otras adaptas a las condiciones comentadas. Ciertas bacterias (¿Y también arqueas?; lo desconozco) en ausencia de fotosíntesis, extraen su energía al inducir reacciones con sustratos minerales que les rodean. Hablamos de los microbios denominados quimiolitotrofos, actualmente muy estudiados, por cuanto la vida primigenia en la Tierra se sustentaba en ellos, así como debido a que la exo-vida en otros planetas puede (por la falta de oxígeno) atesorar características similares. En tales circunstancias, los sesquióxidos se reducen (liberando oxígeno), y desprenden el arsénico que se infiltra por gravedad hasta los acuíferos contaminándolos.  En la siguiente página Web se nos informa detalladamente sobre la contaminación por arsénico en el delta del Ganges.

 

Así, en la página mencionada, en el párrafo anterior, también hemos visto que “quizás” parte del problema se agenerara por las tecnologías actuales, existiendo una forma tradicional de extraer el agua que no dañaba la salud pública de la población. Se trata de un sistema denominado “Dug Well” abandonado hace años en aras de la modernidad. Entró la nueva tecnología y el desastre se desató. Os ruego que alguien analice la noticia, ya que de ser cierta, se le habría “escapado a Fendorf, y como en otras tantas ocasiones habría que retornar a los sistemas tradicionales indígenas, que por aseverar su sostenibilidad durante tiempo, no inducen los problemas de las actuales. Eso si pueden ser mejoradas.

 



“Dug Well indígena tradicional”: “Fuente  aquí y pinchando aquí”.

 

Generalmente, los deltas atesoran capas freáticas muy superficiales, por lo que muchos de ellos son rehabilitados con vistas a producir buenas cosechas. En estas circunstancias, es lógico que las comunidades rurales del pasado no necesitaran bombear aguas de los acuíferos (al menos a gran profundidad), por cuanto les sobraban con las pluviales y las procedentes de los propios ríos. Pero ahora, como hemos comentado, ya no es así. Por esta razón, un proceso natural que con anterioridad no indujo serias enfermedades, comenzó a hacerlo, conforme los usos de la tierra fueron cambiando ante la demanda creciente de alimentos para abastecer a una densidad de población en vertiginoso aumento. Y así devino la tragedia.

Dug Well diseñado con nuevas tecnologías.

Fuente: Well Water safety

 

 

Podemos clasificar este interesantísimo estudio, tanto desde el punto de vista básico, como aplicado, como edafomedicina, o edafología médica. El hallazgo de este edafólogo podría ayudar a salvar millones de vidas, por lo que merece toda mi admiración. El problema estriba en las medidas a tomar con vistas a paliar la gravedad de la situación. La nota de prensa en español, en este aspecto, aporta menor información que la original en inglés. Fendorf proporciona posibles soluciones, pero como finalmente argumenta, habría que estudiar caso por caso cada una de ellas, ya que la solución a escala regional no resulta ser trivial. También coincido con el en la importancia de abordar los problemas de suelos y aguas en el contexto de las cuencas hidrográficas en los que se encuentran. Se trata de un tema de sumo interés que tengo intención de  desarrollar en sucesivos post. ¿No vale para nada la edafología?. Pero en España nuestros políticos siguen ofuscados hasta cotas delirantes.

 

Juan José Ibáñez             

 

El proceso natural que envenena las aguas subterráneas de Asia

Cerca de 140 millones de personas beben agua subterránea contaminada con arsénico

Por VANESSA SÁNCHEZ* (SOITU.ES)

Actualizado 17-05-2009 09:32 CET

En el sur de Asia, más de 140 millones de personas beben agua subterránea contaminada con arsénico. Según los expertos, se trata del mayor envenenamiento masivo de la historia. En Bangladesh, Camboya, India, Myanmar y Vietnam esta exposición crónica al arsénico causa miles de muertes por cáncer cada año, según la Organización Mundial de la Salud. La última noticia es que científicos estadounidenses de la Universidad de Stanford (California) han resuelto el problema de cómo este elemento químico envenena los pozos de agua, hasta ahora desconocido: una bacteria tiene la culpa.

 

Matthieu :: giik.net/blog's (Flickr)

El abastecimiento de agua en Asia es un problema.

En el Himalaya nacen cuatro grandes sistemas fluviales: el Mekong, el Ganges-Brahmaputra, Irrawaddy y Red. Una repentina aparición de casos de cáncer en el delta del Ganges-Brahmaputra (Bangladesh) alertó a los epidemiólogos por primera vez en 1980: esta epidemia estaba relacionada con el aumento del uso de pozos para abastecimiento de agua potable. El agua de los ríos se infiltraba en el suelo, llegando hasta las aguas subterráneas y acuíferos que los habitantes extraen mediante pozos para el abastecimiento de agua potable. Así fue cómo se descubrió qué sedimentos de origen natural con contenido en arsénico se diluyen en los ríos que fluyen hasta áreas densamente pobladas.

 

La cuestión —sin resolver hasta el momento— era averiguar cómo el arsénico, en lugar de permanecer químicamente atrapado en los sedimentos del río, lograba liberarse para alcanzar estas aguas subterráneas a más de 30 metros de profundidad. Tras cinco años de investigaciones, estos científicos han logrado resolver el enigma, y actualmente trabajan con organismos políticos reguladores para tratar de revertir el envenenamiento masivo. "La verdadera cuestión es ¿cómo podemos ayudar a la gente que vive allí?", declara Fendorf, edafólogo de la Universidad de Stanford. "Pero primero había que entender el acoplamiento de los procesos hidrológicos, el modo en que fluye el agua, con la química y la biología". Tras un intento fallido en Bangladesh (una zona descartada por la dificultad que suponía generar modelos hidrológicos en una cuenca con numerosas perforaciones), el equipo de Fendorf realizó el estudio de campo en Camboya en la cuenca del río Mekong. Perforaron tres pozos a diferentes profundidades y realizaron pruebas de la disolución de arsénico, instalaron dispositivos para la toma de muestras de agua a distintas profundidades y elaboraron un modelo del ciclo de arsénico en el delta del río. Llegaron a determinar que este químico migra en el mismo acuífero.

 

Descubrieron que los responsables de la disolución de arsénico son unas bacterias que habitan en el suelo de la cuenca hidrográfica. El arsénico, que viaja en los sedimentos que arrastran los ríos desde los Himalayas, se encuentra adherido a partículas de óxidos de hierro. Al llegar al delta del río, estas partículas cargadas de arsénico se hallan enterradas por varias capas de suelo, en un ambiente anaerobio o sin oxígeno. Normalmente, las bacterias aerobias utilizan el oxígeno para respirar. Pero en un ambiente anaeróbico, las bacterias pueden utilizar otros productos químicos, incluyendo los óxidos de hierro que contiene adherido el arsénico. Por tanto, las bacterias metabolizan el hierro y el arsénico dando lugar a formas que se disuelven fácilmente en agua. "El arsénico entra en el agua y empieza el problema", explica Fendorf.

 

La contaminación por arsénico se produce cerca de la superficie y tarda al menos 100 años en alcanzar el acuífero. Este ciclo es un proceso natural que ha venido ocurriendo durante miles de años, antes de cualquier influencia humana. Los resultados, publicados en la revista 'Nature', confirman la hipótesis de Fendorf: la contaminación por arsénico se produce cerca de la superficie y tarda al menos 100 años en alcanzar el acuífero. El equipo de Stanford demostró que el ciclo del arsénico en el acuífero es un proceso natural que ha venido ocurriendo durante miles de años, antes de cualquier influencia humana.

 

Entender la hidrología de las cuencas permitirá instalar pozos estratégicamente ubicados en áreas libres de arsénico disuelto. Y ¿qué sucedería si una población necesita agua potable pero no puede hallar un lugar libre de arsénico para instalar sus pozos? Fendorf propone varias soluciones como la instalación de filtros de arsénico, la recogida de agua de lluvia y la depuración de las aguas superficiales. "Cada opción tiene ventajas y desventajas", explica. Con estos retos en mente, se han propuesto encontrar la mejor opción aldea por aldea. Han organizado encuentros de más de 60 expertos, incluidos funcionarios gubernamentales, académicos, organizaciones no gubernamentales y organismos de financiación como el Banco Mundial.

 

Para saber más:

Información en Stanford University News Release (en inglés)

Vanessa Sánchez es ambientóloga y trabaja en la Fundación Global Nature.

(Las conclusiones y puntos de vista reflejados en este artículo son responsabilidad únicamente de su autor y no representan, comprometen, ni obligan a las instituciones a las que pertenece).

 

 

Stanford scientists find new solutions for the arsenic-poisoning crisis in Asia

Every day, more than 140 million people in southern Asia drink groundwater contaminated with arsenic. Thousands of people in Bangladesh, Cambodia, India, Myanmar and Vietnam die of cancer each year from chronic exposure to arsenic, according to the World Health Organization. Some health experts call it the biggest mass poisoning in history.

 

More than 15 years ago, scientists pinpointed the source of the contamination in the Himalaya Mountains, where sediments containing naturally occurring arsenic were carried downstream to heavily populated river basins below. But one mystery remained: Instead of remaining chemically trapped in the river sediments, arsenic was somehow working its way into the groundwater more than 100 feet below the surface. Solving that mystery could have significant implications for policymakers trying to reverse the mass poisoning, said Stanford University soil scientist Scott Fendorf.

"How does the arsenic go from being in the sediment loads, in solids, into the drinking water?" said Fendorf, a professor of environmental Earth system science and a senior fellow at Stanford's Woods Institute for the Environment.  To find out, he launched a field study in Asia in 2004 with two Stanford colleagues: Chris Francis, an assistant professor of geological and environmental sciences, and Karen Seto, now at Yale University. The initial study was funded with a two-year Woods Institute Environmental Venture Projects grant. Five years later, the research team appears to have solved the arsenic mystery and is working with policymakers and government officials to prevent the health crisis from escalating. "The real thing is, how do we help the people who are there?" Fendorf said. "But first, we have to understand the coupling of hydrology—the way the water is flowing—with the chemistry and biology."

 

Finding a study site

Arsenic-laden rocks in the Himalayas feed into four major river systems: the Mekong, Ganges-Brahmaputra, Irrawaddy and Red. Epidemiologists first identified arsenic poisoning in the 1980s in the Ganges-Brahmaputra Delta in Bangladesh. The sudden occurrence of the disease was linked to the increased use of wells for drinking water. Scientists had long assumed that the contamination process occurred deep underground, in buried sediments that release arsenic into aquifers 100 to 130 feet below the surface. But Fendorf and his colleagues had data suggesting otherwise. They suspected that the arsenic actually dissolved at a much higher depth, very close to the surface. "As the water starts to move down into the soil, it picks up arsenic. That was our hypothesis," he said. "We needed to follow the chemistry of the surface water as it moved down into the groundwater." Fendorf and his colleagues began their fieldwork in the Brahmaputra River basin of Bangladesh. However, creating a hydrology model was a challenge, because the landscape was dotted with irrigation wells that alter the natural path of water. "When you draw out how the water might flow, it looks like spaghetti," Fendorf explained. "Before we even started we said there is no way this is going to be possible." The researchers needed a less-developed site that was chemically, biologically and geologically similar to Bangladesh. The Mekong River in Cambodia offered a perfect alternative. Its headwaters are only 100 miles away from those of the Brahmaputra River. "All the chemistry up in the Himalayas is similar," Fendorf added. "The transport down the big river system is very similar as well." More importantly, the Cambodia site was mostly undeveloped. "Cambodia had been under a 35-year civil war that had really repressed its development, so it was in essence Bangladesh 40 or 50 years ago," he said. "In some ways it would actually be setting the clock back and getting a snapshot back in time. By virtue of having this more simplistic system, we could really track the entire water flow."

 

Field results

The new field site was located just south of Cambodia's capital, Phnom Penh. Fendorf hired local workers to drill wells at three different depths throughout the 20-square-mile site. Testing the water for dissolved arsenic at various depths allowed the researchers to pinpoint where the toxin was migrating into the aquifer. To observe solids, they also installed water-sampling devices a foot or two below the surface. The data they collected allowed them to put together a model of arsenic cycling in the river delta.

 

"We found out that, sure enough, within the first 2 to 3 feet from the surface, arsenic was coming out of the solids—that is, the sediments transported down from the Himalayas—and into the water, and then it migrated down into the aquifer," Fendorf said. Aquifers are the source of drinking water for people who use wells throughout Cambodia, Bangladesh, Myanmar, India and Vietnam. The culprits responsible for dissolving the arsenic turned out to be bacteria that live in the soil and sediment of the river basin. The researchers discovered that arsenic flowing down the river from the Himalayas sticks to rust particles called iron oxides. Upon reaching the river delta, these arsenic-laden particles are buried by several layers of soil, creating an oxygen-free, or anaerobic, environment. Normally, bacteria use oxygen to breathe. But in an anaerobic environment, they can use other chemicals, including rust and arsenic. As the bacteria metabolize the iron and arsenic, they convert it to a form that readily dissolves in water.

 

"As these sediments get buried very rapidly, the bacteria go through an anaerobic metabolism that dissolves the iron minerals and the arsenic with it," Fendorf said. "The arsenic goes into the water and the problem starts." The results, published in the journal Nature, confirmed Fendorf's hypothesis: Arsenic contamination was occurring near the surface and, in fact, would take at least 100 years to reach the aquifer below. The Stanford team also showed that the 100-year-scale cycling of arsenic into the aquifer was a natural process that had been occurring for thousands of years, preceding any human influence. "We showed that there is a perpetual source of arsenic that replenishes from the surface," Fendorf said.

 

Solutions to the crisis

Understanding the area's hydrology will allow developers to strategically install wells that draw from areas free of dissolved arsenic, providing clean, drinkable water. Such targeted excavation can be extremely accurate, Fendorf said. But what if a village needs a well but is unable to find an arsenic-free location to install it? Fendorf has proposed several solutions, including installing arsenic filters, collecting rainwater and purifying surface water. Each option has pros and cons, he said. Filtering arsenic from well water raises the problem of how to dispose of leftover waste. "There aren't hazardous waste landfill sites," he noted. Additionally, the filter approach requires a dependable monitoring system. "If you do have a failure of the filter, how do you know when it occurs, and how are you going to be testing for that?" he asked. Harvesting rainwater with collection tanks or rooftop gutters can be effective in certain locations and for certain people, he said. But areas with longer dry seasons require big tanks that are often too expensive. "These are areas where people are making less than $2 a day," Fendorf noted. Another option is to use a disinfectant to purify surface water collected from ponds or rivers. The problem, he said, is that the filters have to be very cheap and easy to use. To solve the problem, Fendorf has been collaborating with Resource Development International (RDI), a non-governmental organization in Cambodia that makes affordable filters from locally discarded clay and rice hulls. With these challenges in mind, Fendorf and Stanford post-doctoral scholar Matt Polizzotto have proposed finding the best option on a village-by-village basis.

 

Beginning March 24, Fendorf will co-host a four-day meeting on arsenic poisoning in Siam Reap, Cambodia, with about 60 experts, including government officials, scholars, NGOs and funding agencies, such as the World Bank. The meeting was convened by the American Geophysical Union and the Woods Institute. "The first three days will be devoted to the arsenic groundwater problem," Fendorf said. "We hope to converge on a resolution, as a scientific body, on what we agree about the problem, what remains unresolved and what needs to be done to fill the gap. The final day of the meeting will look more holistically at the water problem, examining best options for bringing safe drinking water to the populace."

 

Land-use changes

According to Fendorf, the new understanding of arsenic cycling comes at a critical time for Cambodia, which is finally recovering from years of political unrest and is looking to bolster its economy by installing wells for drinking water and irrigation, and excavating soil to make roads and bricks. Such land-use changes could affect arsenic flow patterns throughout the delta, he warned, although in some cases, this may not be a bad thing. "The land-use changes will definitely modify the arsenic levels," he said. "Sometimes they might increase the level, and sometimes they might decrease it, depending on where they are situated and what the surrounding environment is like." Although Fendorf and his colleagues came to Cambodia focused on understanding the science of arsenic contamination, they soon realized that what mattered most was the potential to make a difference in the lives of individuals. For example, the researchers tested each well they drilled for arsenic contamination. If it tested clean, they installed an additional well for domestic use and offered it to the landowner. If a well proved contaminated, the researchers would buy the landowner a rainwater-harvesting unit locally made by RDI. "If we can give people a clean well or a rainwater harvesting unit, that's going to go a lot further, in the short term at least, than any of our study results," Fendorf said. Chelsea Anne Young is a former science-writing intern at the Stanford News Service.

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Comentarios

Interesante post que confirma, una vez más, que si queremos manejar mejor los recusos naturales, incluido el suelo, es necesario "voltear a ver" a los sistemas tradicionales de uso indígena. Entendiendo como indigena al nativo del lugar en cuestion.

[...] amenazas que afectan a tales ambientes, existiendo otras muchas, como la que por un mal uso genera miles de víctimas a causa del arsénico, destrucción de los mangarles, etc. etc. Obviamente, se trata de suelos azonales que, en mayor o [...]

[...] Contaminación de Suelos y Aguas por Arsénico y El Papel de las Bacterias del Suelo [...]

[...] contaminados demuestran como nuestros antepasados sabían solucionar tales problemas, como describo en este otro post sobre sureste asiático-  Del mismo modo, hasta donde yo sé, en gran parte de la Península [...]

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