PROCESOS GEOLÓGICOS Y CONTAMINACIÓN

DE AGUAS SUBTERRÁNEAS EN MÉXICO

Dra. Ma. Aurora Armienta H

Instituto de Geofísica, UNAM

Co-Chair for Geosciences

International Medical Geology

Association (IMGA)

GEOLOGÍA SALUD

Modif. Sellinus et al., IUGS, 2005

Elevación rápida de niveles de

especies tóxicas hasta llegar a

concentraciones peligrosas para la

salud.

Fuentes de

abastecimiento:

para causar un daño a la salud

si se está expuesto por

periodos prolongados.

Incremento a lo largo

del tiempo hasta

alcanzar

concentraciones

suficientes

Disolución de minerales:

Calizas

Yeso

Anhidrita

Silicatos,

Sulfuros

PRINCIPALES FUENTES DE LOS IONES EN AGUAS NATURALES

Especie Química Fuentes Comunes

Na+

Halita (NaCl), aerosol marino, fuentes

termales, salmueras, algunos silicatos

(plagioclasa NaAlSi3O8, nefelina

NaAlSiO4)

La mayoría del Na se origina por

intercambio iónico:

2 Na-arcilla + Ca2+

Ca-arcilla + Na+

Cl- Halita, aerosol marino, fuentes termales,

salmueras

K+ Feldespato de

potasio (KAlSi3O8),

mica (KAl2(AlSi3)O10(OH)2

Ca2+

Calcita (CaCO3), aragonita (CaCO3),

dolomita (CaMg(CO3)2), yeso

(CaSO4.2H2O), anhidrita (CaSO4), fluorita

(CaF2), plagioclasa (anortita, CaAl2Si2O8),

piroxeno (diópsido, CaMgSi2O6), anfibol

(NaCa2(Mg,Fe,Al)Si8O22(OH)2).

SO42-

Pirita (FeS2), yeso (CaSO4.2H2O), anhidrita

(CaSO4), fuentes geotérmicas, gases

volcánicos.

Mg2+

Dolomita (CaMg(CO3)2), silicatos como

olivino ((Mg,Fe)2SiO4), piroxeno

(diópsida, CaMgSi2O6, anfibol

(NaCa2(Mg,Fe,Al)Si8O22(OH)2), mica

(K(Mg,Fe)3(AlSi3)O10(OH)2).

HCO3- y CO3

2- CO2 atmosférico:

H2O + CO2 H2CO3 H+ + HCO3

-

0.03% de CO2 en la atmósfera

PCO2 = 0.0003 atm en la atmósfera

PCO2 = 0.003 a 0.03 atm en suelos.

Reducción de sulfatos:

SO42-

+ 2CH2O H2S + 2HCO3

-

Calcita, dolomita

Más del 60% del abastecimiento del agua potable

proviene de acuíferos

Intrusión Salina

Nitratos

Coliformes

As, F, Fe, Mn, Cr

Compuestos orgánicos

Alrededor de 20 millones de

personas expuestas a

concentraciones de As >

0.05mg/L

Dosis letal 1.5 mg/kg de

peso (As2O3)

Rocas Igneas Rango (ppm)Ultrabásicas 0.3-16

Basaltos, gabros 0.06-113

Andesitas, dacitas 0.5-5.8

Graníticas 0.2-13.8

Volcánicas silícicas 0.2-12.2

Rocas Sedimentarias Rango (ppm)

Calizas 0.1-20

Lutitas/arcillas (zona costera) 4.0-25

Lutitas/arcillas (mar adentro) 3.0-490

Areniscas 0.6-120

Fosforitas 0.4-188

Carbón 0-2000

Rocas Metamórficas Rango (ppm)

Cuarcita 2.2-7.6

Pizarras/filitas 0.5-143

Esquistos/gneis 0-18.5

Welch et al., 1988, Onishi, 1969; Kumar et al., 2002

Se han reportado más de 240

minerales de arsénico como:

Mimetita

Arsenopirita

Escorodita

Tenantita

Nombre Composición

Arsénico As

Arsenopirita FeAsS

Rejalgar AsS

Oropimento As2S3

Enargita Cu3AsS4

Alemontita AsSb

Adamita Zn2(OH)(AsO4)

Mimetita Pb5(AsO4,PO4)3Cl

Lolingita FeAs2

Proustita Ag3AsS3

Tenantita (Cu,Fe) 12As4S13

Cobaltita CoAsS

Arsenolita As2O3

Escorodita FeAsO4.2H2O

En México:

La Ojuela Durango

29 minerales de arsénico

Ojuela

legrandita

conicalcita

Arsenopirita

FeAsS

Adamita

Escorodita

CaCu[OH/AsO4]

Zn2(AsO4)(OH)

FeAsO4.2H2O

Zn2(AsO4)(OH).H2O

Zonas Mineralizadas

México

Más de 400años de minería

Uno de los 10 principales países

mineros (2014)Ag (1º), oro, plomo, zinc, cobre,

bismuto, fluorita, cadmio, molibdeno.

4.9%PIB, 337 mil 598 empleos (2013)

2Η2SOFe7/2OOHFeS 24

222(s)2

En Zonas mineras están presentes fuentes naturales y antropogénicas

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

07/0

5/1

990

31/0

1/1

993

28/1

0/1

995

24/0

7/1

998

19/0

4/2

001

14/0

1/2

004

10/1

0/2

006

06/0

7/2

009

01/0

4/2

012

27/1

2/2

014

22/0

9/2

017

mg

/L

Muhi

Zim 5

Detzaní

Potable

PRESENCIA DE ARSÉNICO EN AGUA SUBTERRÁNEA Y POTABLE

EVOLUCIÓN DE LA CONCENTRACIÓN DE As EN DISTINTOS POZOS EN ZIMAPÁN, HIDALGO

Pb, Zn, Ag

Depósitos de

alta

temperatura

en carbonatos.

Más

abundantes:

esfalerita,

galena, pirita,

pirrotita,

calcopirita,

arsenopirita,

tetrahedrita-

tenantita,

sulfosales de

Pb y Sb

PRESENCIA DE ARSÉNICO EN YACIMIENTOS MINERALES

FeS2 + 7/2 O2 + H2O Fe2+

+ 2SO42-

+ 2H+

Fe2+

+ ¼ O2 + H+

Fe3+

+ ½ H2O

FeS2 + 14Fe3+

+ 8H2O 15Fe2+

+ 2SO42-

+ 16H+

4FeAsS + 13O2 + 6H2O 4Fe2+

+ 4SO42-

+ 4H2AsO4 - + 4H

+

FeAsS + 13Fe3+

+ 8H2O 14Fe2+

+ SO42-

+ 14H+ +

H2AsO4(aq)

OXIDACIÓN

Norias

Pozos

DMZ

mineral metal composición

Tenantita Cobre (Cu, Fe)12 As4 S13

Adamita Zinc Zn2 (AsO4 )(OH)

Arsenopirita Hierro FeAsS

Lolingita Hierro FeAs2

Mimetita Plomo PbS(AsO4 )3Cl

Olivinita Cobre Cu2(ASO4 )OH

Escorodita Hierro FeAsO4 .2H2O

Hidalgoita Plomo PbAl3 (AsO4)(SO4)(OH)6

PRESENCIA DE ARSÉNICO EN LA MINERALOGÍA LOCAL

R2 = 0.7642

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08

As (mg/L)

SO

4 (

mg

/L)

0

200

400

600

800

1000

1200

As (

mg

/kg

)

Tamaulipas

Tamaulipas*

Trancas

Soyatal

Soyatal*

Cueva/10

Las Espinas

Las Espinas*

Oxidación de Arsenopirita

2FeAsS +6.5O2 + 3H2O = 2Fe2+ +2SO42- +

2HAsO42- + 4H+

Disolución de Escorodita

FeAsO4.2H2O + xH2O = FeO(OH).xH2O + H3AsO4

Armienta M.A., G. Villaseñor, R. Rodriguez, L.K. Ongley, H. Mango et al., 2001

Zimapán, Hgo.

Instalación de una planta de tratamiento para el agua del pozo más productivo y otras más pequeñas en otros dos pozos

12 de 15 pozos As>0.025 mg/L

San Ramón

Hasta 20 veces la norma

Posible Fuente:

mineralización

(Leal-Ascencio y Gelover-Santiago,

2006)

Contaminación aguas superficiales (0.059-0.4 mg/L), suelos (5300 mg/kg), aguas subterráneas (6.765 mg/L)

Incremento en daño al DNA (Pb y As en suelos)

Castro-Larragoitia et al., 1997; Yáñez et al., 2003; Razo et al., 2004

Oxidación de los sulfuros de los jales mineros, oxidación de arsenopirita, disolución de sulfuros del acuífero en un medio anaerobio de elevada alcalinidad

Sta. Ma. De la Paz,

S.L.P.

Los Humeros:

Pozos

Geotérmicos

de producción:

0.5 a 162 mg/l

a mayor

profundidad.

www.geotermia.org.mx

Asociación Geotérmica Mexicana

González-Partida et al., 2001;

Birkle y Bunduschuh, 2009

Los fluidos geotérmicos pueden estar enriquecidos en arsénico

Los Azufres,Michoacán

Hasta 3.9 mg/L

Manantiales

Birkle y Merkel, 2000

Los Altos de Jalisco.

Rocas Volcánicas.

As de 0.0147 a 0.102

mg/L

F hasta 17.77 mg/L

Mayoría con T mayores a

30oC. Hurtado-Jiménez y Gardea-Torresdey,

2004, 2009.

As: hasta 0.718 mg/L

Efectos en salud,

1958.

As(V)

Controversia

sobre la Fuente

de As

Cebrián et al., 1994; Del Razo et

al., 1990; Molina, 2004; Ortega-

Guerrero, 2004;Gutierrez-

Ojeda,2009

Antropogénica: insecticidas.

Varias hipótesis.

Naturales:

Procesos Magmáticos que originaron un

sistema hidrotermal

Arcillas

Evaporación

Desorción

Oxidación de Sulfuros

Comarca Lagunera.- Afectaciones a la Salud

• Enfermedades vasculares periféricas

• Queratosis

• Cáncer de piel

• Cambios en la pigmentación cutánea

• Problemas Gastrointestinales

• Daño Citogenético

(Cebrián et al., 1994; Gonsebatt et al., 1997)

Población rural expuesta

As PROBLEMA

Parcialmente

Resuelto.

Acueducto a la red

de distribución.

Liberación

potencial de

tuberías

Instalación de filtros caseros

Mantenimiento

Además: 3.7 mg/L de fluoruro

en el agua subterránea (Del

Razo et al., 1993)

Guadiana

Meoqui, Delicias

0.45 mg/L

Hermosillo,

Caborca,

Etchojoa

0.305 mg/L

0.167 mg/L

Máximos en la zona de

rocas volcánicas

Procesos Magmáticos

Extracción intensiva

Alarcón-Herrera et a., 2001, Wyatt et

al., 1998, Piñón-Miramontes et al.,

2003; Ruiz-González & Mahlknecht,

2006, Mahlknecht et al., 2008

San Diego de

Alcalá 0.344

mg/L

Hermosillo, Sonora: Correlación

positiva entre As en el agua y As en

la orina (Wyatt et al., 1998)

Niveles de As han disminuido por

dilución con agua no contaminada,

pero todavía subsisten problemas en

algunas áreas

Rocas volcánicas y

sedimentos lacustres

Correlación de As y F en el

agua subterránea

Presencia de As en el

N y NO de México

As hasta 0.12 mg/L.

Oxidación de sulfuros (Mahlknecht et al., 2004)

Disolución de riolitas e ignimbritas en acuífero

fracturado (Ortega-Guerrero, 2009)

Acuífero de la

Independencia

LUGAR Conc. Máxima de

As (mg/L)

Origen Afectaciones a la

Salud

Biomarcadores Referencias

Comarca Lagunera

(Durango, Coahuila,

Chihuahua)

0.8 mg/L Geogénico (procesos

hidrotermales,

evaporación, oxidación

de minerales de As)

Sí (Enfermedad de

Bowen,

hipopigmentación,

hiperpigmentación,

queratosis,

enfermedad de pies

negros), diabetes,

efectos genotóxicos,

efectos cognitivos,

incidencia de cáncer

Sí Ortiz et al., 1963, González-

Hita et al., 1991, Cebrián et

al., 1994, Albores et al., 1979,

Cebrián et al., 1983, Rosas et

al., 1999, Del Razo et al.,

1990, Molina 2004, Rosales-

Castillo et al., 2004,

Coronado-González et al.,

2007, Rosado et al., 2007,

Méndez-Gómez et al., 2008,

Del Razo et al., 2011,

Camacho et al., 2011

Sonora 0.305 (Hermosillo)

Geogénico No reportadas Sí (orina)

Relación entre F

y As en agua y

orina

Wyatt et al., 1996, 1998, Meza

et al., 2004

Zimapán, Hgo. 1.1 mg/L Geogénico y

antropogénico (jales y

fundidoras)

Sí,

hipopigmentación,

hiperpigmentación,

queratosis,

hipertensión, diabetes,

incremento riesgo

cardiovascular

Sí (cabello),

orina, sangre

Armienta et al., 1993, 1997,

2001, Sracek et al., 2007

Gómez-Arroyo et al.,

1997,Ongley et al., 2001, 2003

Del Razo et al., 2011, 2014

Baja California Sur 0.41 mg/L Residuos mineros ¿ Carrillo-Chávez et al., 2000

Río Verde, SLP 0.050 Geogénico No detectadas Planer-Friedrich et al., 2001

Villa De la Paz. SLP 11930 mg/kg

(Suelo)

0.265 mg/L (aljibe)

5.9 mg/L (canales)

Jales mineros

Residuos mineros,

geogénico?

Daño al ADN Sí orina Yáñez et al., 2003

Razo et al., 2004

Acoculco, Puebla 0.206 mg/L Geogénico (zona geotérmica)

No reportadas Quinto et al., 1995

Valle de Guadiana (Durango)

0.167 mg/L Geogénico No reportadas Alarcón et al., 2001

Acámbaro, Guanajuato

1.006 ppm Antropogénico ¿ Gutierrez et al., 1996

Los Azufres, Michoacán

24 mg/L Geogénico (hidrotermal)

No reportados Birkle et al., 1998

Morales, SLP 1396 ppm (suelo)2625 ppm (polvo)1.45 g/m3

(aire)

Antropogénico (fundidora)

No reportados Sí orina y cabello

Díaz-Barriga et al., 1993

Uriangato, Gto. ¿ No reportados Zaire et al., 2004

LUGAR Conc. Máxima de As (mg/L)

Origen Afectaciones a la Salud

Biomarcadores Referencias

Flúor

Topacio

Haluros: NaF, KF, CaF2

Haluros con fluoroaniones:Na[BF4], K [BF4 ], Na3 [ AlF6 ]

Fosfatos: Apatita Ca5(PO4)3(F,OH,Cl)

Silicatos: Topacio

Al2F2 [SiO4]

Muscovita

KAl2(OH,F)2[AlSi3O10]

Flogopita

KMg3(OH,F)2[AlSi3O10]

Riolitas

Granitos

Gases volcánicos

México 1.50 mg/L (DOF, 2000)

EUA 4.0 mg/L (USEPA, 2002)

OMS 1.50 mg/L (OMS, 2006)

Tomar en cuenta el volumen de agua y otras fuentes de

consumo

Normatividad Agua PotableMinerales en los Acuíferos

Fluorita

Apatita

Hornblenda, micas

F- reemplaza parte

de los OH-

Especies en el Agua

F-

HF a pH < 3.5

Complejos con Al 3+ , Fe3+

CaF2 pKs = 10.5

Topacio

FLÚOR

Mayor prevalencia de fluorosis:

Aguascalientes, Sonora, Zacatecas,

San Luis Potosí, Baja California y

Durango

Riolitas, SLP

(3.7 mg/L)

Granitos,

Hermosillo

(7.59mg/L),

Flujo regional,

alta T

(Carrillo-Rivera et

al., 1996;

Valenzuela-

Vásquez et al.,

2006)

Aguascalientes:

Fluoruro hasta 4 mg/L, interacción con

rocas ígneas (Rodríguez et al., 1997)

Fluorosis dental (Trejo-Vázquez et al.,

2002)

Fluoruro en Aguas Subterráneas

Estado ConcentraciónF- (mg/L )

Aguascalientes 0.94-3.52

Durango 10.27-11.98

Guanajuato 0.5-12.18

San Luis Potosí 0.74-4.16

Michoacán 16.0-17.0

Zacatecas 0.84-7.30

Jalisco 1.12-5.32

Lugar Concentración Efectos a la Salud Referencia

Chihuahua,

comunidades rurales

3.74 mg/L Fluorosis dental Rodríguez-Dozal et al.,

2005

San Luis Potosí y

Aguascalientes

5.8 mg/L (SLP),

Aguascalientes hasta 4.5

mg/L

Fluorosis

Dosis de exposición

riesgosa

Grimaldo et al., 1995;

Díaz-Barriga, 2000;

Trejo-Vázquez y Bonilla-

Petriciolet, 2001

Durango y SLP,

comunidades rurales

5.3 mg/L, 9.4 mg/L Coeficiente intelectual Rocha Amador et al.,

2007

Valle del Guadina, Dgo. Hasta 5.67 mg/L Fluorosis dental,

incremento en fracturas

óseas

Ortiz et al., 1998;

Alarcón-Herrera et al.,

2001

Chihuahua, Villa

Ahumada

5.3 mg/L Fluorosis dental,

decremento estatura,

niveles de hormona T3 y

ácido úrico en

adolescentes

Ruiz Payan et al., 2006

Revisión distribución y origen: Arsénico y flúor en las aguas subterráneas de México.M.A. Armienta, N. Segovia, Arsenic and fluoride in the groundwater of Mexico, Environmental Geochemistry and Health , Vol. 30, pp 345-353, 2008.

Arsénico y flúor en el agua subterránea

México es el segundo productor mundial de fluorita y llegó a ser el cuarto de arsénico

ALGUNAS REFLEXIONES

• Cuantificación correcta de los niveles de contaminación y su

distribución

• Identificación del origen de los contaminantes

• Determinación de la mobilización en el ambiente

• Evaluación del Riesgo

• Propuesta de alternativas

International Medical Geology Association

Focus: Education and Research on Medical Geology worldwide facilitating

interactions between biomedical and geoscience researchers to address human and animal health problems caused by geologic materials or geologicprocesses.

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