quimica de la litosfera

UNIDAD 2

QUMICA DE LA LITSFERAUNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA- UNADESCUELA DE CIENCIAS BSICAS TECNOLOGA E INGENIERAINGENIERA AMBIENTAL/ PROGRAMA DE QUMICABOGOT

2015UNIDAD 2QUMICA DE LA LITSFERAAutores:

CANDIDO MENDOZA RAMIREZ CDIGO: 93449378DIANA PATRICIA PAREDES HERNANDEZ: 1098604388PEDRO NEL URIBE RODRGUEZ CDIGO: 93136083

Tutor:

MARCELA ANDREA ZAMBRANO (DIRECTORA DE CURSO)UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA- UNADESCUELA DE CIENCIAS BSICAS TECNOLOGA E INGENIERAINGENIERA AMBIENTAL/ PROGRAMA DE QUMICABOGOT

2015

CONTENIDO

pg.

4INTRODUCCIN

51. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

82. OBJETIVOS

82.1 OBJETIVO GENERAL

82.2 OBJETIVOS ESPECFICOS

93. FASE UNO: PLANIFICACIN

9CONTAMINACIN Y PROPIEDADES QUMICAS DE LA LITSFERA

93.1 CUL ES LA COMPOSICIN QUMICA DEL SUELO?

123.2 CULES SON LOS PROBLEMAS ASOCIADOS A LA LITSFERA?. CUL ES EL ORIGEN DEL PROBLEMA?. QU EFECTOS TIENEN EN EL AMBIENTE?

13.3 CULES SON LAS PROPIEDADES DEL SUELO?

13.4 CMO SE PRESENTA LEL TRANSPORTE Y ACUMULACIN DE CONTAMINANTES EN EL SUELO (DESCRIBIR)?

23.5 CUL CONSIDERA QUE ES LA COMPOSICIN DEL SUELO Y POR QU?

23.6 QU COMPUESTOS ALTERAN LA CALIDAD DEL SUELO, DE DNDE PROVIENEN, QU REACCIN GENERAN, Y A QU PROCESOS ESTN ASOCIADOS?

33.7 QU PAPEL CUMPLEN LOS POROS DEL SUELO EN LA CONTAMINACIN Y EN SU CONTROL?.

33.8 CLASIFIQUE LAS ESPECIES QUMICAS E INDIQUE SUS REACCIONES SEGN SU NATURALEZA, EN LA FORMACIN DE LA PARTE SLIDA DEL SUELO.

44. FASE DOS: DISEO YCONSTRUCCIN

4MUESTREO DEL SUELO

44.1 MATRIZ

65. FASE TRES: ANLISIS Y DISCUSIN

6TRATAMIENTO DEL SUELO

65.1 SEGN EL TIPO DE SUELO PRESENTADO EN EL PROBLEMA

86. FASE CUATRO: EVALUACIN

8REMEDIACIN

86.1 REMEDIACIN AMBIENTAL- HDRICA

10BIBLIOGRAFA

INTRODUCCINLa litsfera es la capa exterior rocosa y rgida de la Tierra sobre la que vive la bisfera y se extiende en promedio hasta aproximadamente 100 km de profundidad hundida en el manto. La Litsfera es una capa extremadamente fina si se compara con el resto del planeta que tiene una profundidad de 6,371 km., representando el 1.56% del radio de la Tierra.El presente trabajo busca enriquecer al estudiante en lo que es y lo que afecta a la litosfera en diferentes aspectos que tocan directamente a la especie humana, la fauna y todos los ecosistemas que nos benefician durante el periodo de vida y el futuro de nuestras generaciones, por medio de un ejemplo se estudiaran los diferentes impactos para crear cultura de vida y en el desarrollo de nuestras carreras y en el momento de ejercerlas dar un aporte valioso que ayuden a conservar nuestro hbitat y conservar la vida de nuestro planeta. Con este identificaremos los diferentes impactos industriales que afectan la corteza terrestre y el medio ambiente al utilizar diferentes productos no amigables a nuestras diferentes formas de vida.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

El municipio de Moqu, ubicado a 2.347 m.s.n.m, con temperatura anual promedio de 10C, cuenta con una poblacin cerca a los 650.000 habitantes. A 98 Km hacia el sur, se encuentra el pramo de Tait, que registra una altura de 3092 m.s.n.m, el cual es la fuente principal de agua potable de la ciudad de Ard (1300.000 habitantes), ubicado a 54 Km hacia el sur del pramo.

En el Ro Ran, cuyo cauce se encuentra al noreste del municipio de Moqu y desemboca en el ro Tape cuyo nacimiento es en el Pramo; se encuentra la bocatoma de la Planta de Tratamiento de Agua Potable (PTAP) que abastece al municipio de Monqu y a su sector rural.

La actividad econmica del municipio de Moqu, se basa en el cultivo de pradera del pasto Kikuyo (Penisetum Clandestium) con una produccin de 1.2 Kg/m2, el cual es utilizado para la alimentacin del ganado normando tipo leche. El municipio cuenta con un inventario de 6000 cabezas de ganado con un promedio de produccin de 10 L/animal_da, principal abastecedor de materia prima de una empresa lechera al oriente del pas. En la zona rural del municipio cada familia (conformada por 4 integrantes en promedio), se dedica al cuidado de 100 animales. El cultivo de papa y fresa tambin se presenta como actividad econmica, la cual presenta bajos ndices de actividad econmica, ya que la morfologa del suelo no permite desarrollar otra actividad con grandes ndices como lo es la ganadera tipo lechero.

El cultivo de truchas, la industria de transportes y explotacin minera artesanal, tambin son actividades econmicas importantes para el desarrollo econmico. El municipio de Moqu presenta altos ndices de transporte, ya que su comercio depende de los insumos provenientes de la ciudad de Ard; el municipio de Moqu tiene seis empresas de transporte terrestre, cinco de transporte urbano y un aeropuerto con dos rutas diarias a la capital del pas. El promedio de vehculos por familia (en promedio 4 habitantes) es de dos. El ingreso por Per-cpita es de 4.5 salarios mnimos legales vigentes, lo cual se relaciona a los altos niveles de produccin de residuos slidos (480 Ton/d). En el municipio se reportan 787mm de precipitacin promedio en su zona rural y urbana.

La fuente hdrica de abastecimiento, presenta niveles de contaminacin por suspensiones acuosas de arenas y arcillas provenientes de la meteorizacin de minerales; as como la contaminacin generada por la solucin de gases y iones en el agua, provenientes de las actividades antropognicas y de procesos naturales, algunos de ellos son el CO2, N2, O2, CH4, H2S, NH3, K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Fe2+, Cl-, SO43-, SO42-, HCO3-, NO3-, F-, PO43-, NO3-, NH4+, CH3COO-, H3O+, HSO3-.

En la PTAP despus del proceso de cloracin, el agua presenta un pH menor a seis, logrando oxidar el CN-, el Hierro (Fe) y el Manganeso (Mn), y remover el olor y la materia orgnica. En el tratamiento del agua, se emplean coagulantes con rangos de pH de cinco a ocho. En el agua, los niveles de nitritos, nitratos y fluoruros son de 0.5, 12, y 1.1, respectivamente; y de 3.0 ppm de carbono orgnico para el agua que se dispone en la red de distribucin de agua potable. Nota: cuando el pH es superior a seis, el cloro al reaccionar con el agua, genera dos cido como subproductos de desinfeccin (cloro residual libre), los cuales pueden reaccionar con cido ntrico, dando paso a la formacin de cloraminas.

La explotacin minera artesanal, emplea Mercurio (Hg) para la extraccin de Oro (Au) formando una amalgama, la cual al ser sometida a temperaturas superiores de 357 C (temperatura de ebullicin del Hg), separa el Au del Hg el cual pasa a estado gaseoso. La industria minera pro ser artesanal, no tiene controles de emisiones ni de vertimientos, los cuales el 50% del caudal desemboca al Ro Ran aguas abajo (2 Km) de la boca toma de la PTAP, y el otro 50% se enva a la Planta de Tratamiento de Agua Residual del Municipio (PTAR). Tambin en el municipio de Moqu, se encuentra una Megaminera a cielo abierto, donde emplean sustancias cidas y metales pesados que alteran la corteza terrestre y la calidad del aire, como Plomo (Pb), Arsnico (As), Mercurio (Hg), Cadmio (Cd) y Cromo hexavalente (Cr6+), presentando niveles superiores a los permisibles que garanticen la salud pblica del municipio.

El municipio cuenta con una PTAR con sistema aerobio, cuya desembocadura se hace en el Ro Ran a 9 Km aguas debajo de la bocatoma de la PTAP, y cuyos parmetros de salida son: pH de 8, DBO de 1400 mg/L, Slidos Suspendidos con una remocin del 80%, grasas y aceites con una remocin del 48%.

Con el fin de mejorar los cultivos de pradera, de papa y fresa, los agricultores emplean sustancias qumicas como fertilizantes, cuyo contenido incluye Fsforo (P) y Nitrgeno (N); y sus elevadas concentraciones, han generado altos niveles de eutrofizacin en las fuentes de agua donde se cultiva la truchas, las cuales han bajado considerablemente los niveles de produccin, debido concentraciones mayores a 7 ppm de Oxgeno Disuelto (parmetro que impide la vida acutica de peces por el exceso de algas en la superficie de la fuente hdrica)

Los gases NOx, generados por las emisiones de fuentes mviles (vehculos) del municipio, reaccionan en la atmsfera formando el ozono troposfrico. Gracias a los gases emitidos por las fuentes mviles y las fuentes fijas (NOx y SOx, respectivamente), se han presentado reportes de lluvia cida con un valor de 4.3 en la escala de pH. Las concentraciones que se han determinado en los vehculos livianos, medianos y pesados que emplean gasolina es de aproximadamente 11 g/Kg de NOx; y de 1.6 ppm para SOx.2. OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GENERAL.Conocer las propiedades qumicas del suelo e identificar la contaminacin de la litsfera en el municipio de Moqu y sus alrededores por causa de sus diferentes labores. 2.2 OBJETIVOS ESPECFICOS2.2.1. Identificar la contaminacin y las propiedades qumicas del suelo en la situacin problema, como respuesta a la primera fase de la estrategia.

2.2.2. Desarrollar la fase de diseo y construccin, relacionada al muestreo de suelos como respuesta a la evaluacin de la contaminacin.2.2.3. Proponer y justificar tratamientos qumicos que ayuden a minimizar el nivel de contaminacin de la litsfera.2.2.4. Evaluar como mtodo de remediacin y de control de la contaminacin de la litsfera, posibles estrategias aplicables a corto, mediano y/o largo plazo.3. FASE UNO: PLANIFICACINCONTAMINACIN Y PROPIEDADES QUMICAS DE LA LITSFERAEn la primera fase, el estudiante realiza la comprensin del problema ambiental, identificando las causas de la contaminacin y las propiedades qumicas de la litsfera, dando respuesta a los siguientes enunciados, tras la revisin de conceptos y temticas involucradas en el problema (las respuestas deben estar asociadas al contenido del problema y no a lo reportado en la literatura):3.1 CUL ES LA COMPOSICIN QUMICA DEL SUELO?La composicin qumica de los suelos se puede dividir en orgnicos e inorgnicos. La parte Inorgnica, representan las partculas minerales el 50% del total, de las cuales dominan la arena, arcilla y caliza, y en menor medida xidos e hidrxidos de hierro y sales; las de origen orgnico suponen el 5%; el 45% que resta lo ocupan aire y agua, los cuales aprovechan la porosidad de la arena (el componente ms importante de los suelos) para penetrar en los suelos y permitir la iteracin con los dems elementos.Arena:La arena, cuya importancia ya se ha dicho, procede de la roca por meteorizacin (efectos externos que alteran las rocas superficiales); la silcica es la ms tpica, por ello se suele expresar el contenido de arena de los suelos en tanto por ciento de slice (SiO2).Arcillas:

Las arcillas proceden de silicatos descompuestos de la roca madre. Son principalmente una mezcla de silicatos de aluminio hidratados, los cuales pueden incorporar adems hierro, magnesio y potasio. La ms tpica es la caolinita (slice, almina y agua). Las arcillas proceden de silicatos descompuestos de la roca madre.La presencia dominante de los silicatos de aluminio es la razn de que el contenido en arcilla de los suelos, sea expresada en tantos por ciento de xido alumnico o almina (Al2O3).Caliza:

La caliza o carbonato clcico (CaCO3), suele presentarse en forma de arenas, limos o unidas a las arcillas margosas. Tienen la capacidad de disolverse en el agua, las cuales arrastran en forma de bicarbonato clcico; a su vez, los cidos ntrico y fosfrico originan nitratos y fosfatos clcicos.Todos estos elementos pueden ser absorbidos por las plantas, aunque un exceso de cal slo es soportado por las plantas calccolas. Otra presencia en el suelo til para las plantas es la doloma (CaMg(CO3)2), carbonato doble de calcio y magnesio, que sintetiza la clorofila.xidos Hidrxidos:

Los xidos e hidrxidos de hierro (oligisto y limonita) se producen como resultado de la meteorizacin de la mica negra (biotita) y otros silicatos (anfiboles y piroxenos). Estos elementos son los causantes de que las tierras presenten colores rojos y amarillos.Sales:

Las sales, tales como nitratos, fosfatos, sulfatos y cloruros proceden de la descomposicin de la materia orgnica, o mediante la accin bacteriana que fija el nitrgeno de la atmsfera.

Cierta flora denominada nitrfila es muy frecuente en lugares ricos en nitratos; muchos vegetales obtienen de stos el nitrgeno con que sintetizan sus protenas.El azufre y fsforo:

El azufre y fosforo que necesitan los vegetales son recibidos de los fosfatos y sulfatos, aunque slo ciertas plantas denominadas gipsfilas son capaces de soportar altas concentraciones de azufre, como son los contenidos en los sustratos yesferos.Cloruros:

Por su parte, los cloruros son compuestos qumicos formados por cloro y un metal; uno de los cloruros ms comunes es la sal marina. Son en general poco asimilables por los vegetales, una concentracin superior a 0,5% ya les resulta perjudicial, aunque existe un tipo de plantas denominadas halfilas o barrileras que no pueden germinar si el suelo no contiene adecuadas cantidades de sal.Formacin de Materia Orgnica en el Suelo:

De la descomposicin de restos animales y vegetales se genera la materia orgnica del suelo. El resultado final tras el proceso continuo de transformacin qumica o bioqumica de los residuos y sustancias vegetales y animales, es la formacin del mantillo o humus.

Contiene sustancias diversas (humina, cido hmico, etc.) y proporciona al suelo los elementos nitrogenados indispensables para su fertilidad. El humus puede considerarse la base de la fertilidad del suelo, ejerce una influencia favorable sobre su estructura, y acta como regulador de la nutricin, reteniendo y haciendo asimilable el fsforo y la potasa, y favoreciendo la actividad biolgica del suelo.

Las primeras materias en descomponerse e incorporarse al sustrato del suelo son las de origen animal, mientras que las de origen vegetal pueden necesitar hasta diez aos, aunque ciertos vegetales en suelos neutros, como las hojas de haya, pueden cumplir el proceso en menos de un ao.

Durante el proceso de humificacin, que requiere ventilacin, calor y humedad, se originan unas sustancias orgnicas denominadas cidos hmicos y flvicos; ms de un 5% es considerado suelo rico en humus. Para que el suelo sea cultivable debe contener cuatro componentes bsicos cuyas proporciones son: 66 a un 80% de arena, 10 a 20% de arcilla, 5 a 10% de caliza y 5 a 10% de humus.(2).3.2 CULES SON LOS PROBLEMAS ASOCIADOS A LA LITSFERA?. CUL ES EL ORIGEN DEL PROBLEMA?. QU EFECTOS TIENEN EN EL AMBIENTE?PROBLEMAORIGENEFECTOS AMBIENTALES

1Acumulacin de desechos de Mercurio (Hg) lquidos en el suelo.

La industria minera pro ser artesanal emplea Mercurio (Hg) para la extraccin de Oro (Au) formando una amalgama, no tiene controles de vertimiento. La minera produce toda una serie de contaminantes gaseosos y lquidos, que de una u otras forma van a parar al suelo.

La biomagnificacin (acumulacin progresiva de ciertos metales pesados provenientes de fuentes biticas o abiticas, agua, aire y suelo) del mercurio es lo que ms incide en los efectos para animales y seres humanos. Al parecer, los peces adhieren con fuerza el metilmercurio; casi el 100% del mercurio que se bioacumula en peces depredadores es metilmercurio. (3).Su capacidad para acumularse en organismos y ascender por la cadena alimentaria.

Este puede ser adsorbido por la vegetacin y luego pasa a los animales causndoles daos en los riones, dao en los intestinos, fallas en la reproduccin y alteracin del ADN, produciendo una cadena de contaminacin que llegara al hombre.

2Lluvia cida en el sueloLas emisiones gaseosas sueles ser ricas en SO2 SO3 lo que implica la formacin de la denominada lluvia acida, cargada en cidos fuertes como el sulfrico o el sulfuroso.

SO2 (g)+ H2O(l) SO2(l)SO2(l)+ 2H2O(l) H3O++ HSO3-HSO3-+ H2O(l) H3O++ SO32-

Al llegar estos cidos al suelo como xido de nitrgeno, dixido de azufre producen efectos devastadores sobre la vegetacin, infiltrndose y produciendo una acidificacin del suelo.

3Interrupcin y degradacinFactores Fsicos: Erosin los horizontes del suelo por sobre uso se van degradando.

Factores Qumicos: Incorporacin de insecticidas - HerbicidasInciden en la poca productividad de vegetacin.Se acaba con la biodiversidad.

Disminucin de la productividad total del suelo

4Actividad mineraSe usan txicos que se arrojan a los ros y el suelo los absorbe.Destruccin de montaas.Contaminacin de ros y muerte de algas y peces.(4)

3.3 CULES SON LAS PROPIEDADES DEL SUELO?

PROPIEDADES DEL SUELOORIGENDESCRIPCINCLASIFICACIN

FSICASEstructuraMigajosa, bloques, prismticas, columnares, laminar, cuneiforme, masiva.

Profundidad

DensidadReal y aparente

PorosidadFracciones del suelo: Gruesa, media, pequeas (en partculas).

TexturaArena( muy gruesa, gruesa, , media, fina, muy fina) , limos (grueso y fino), arcilla.

ColorEl matiz (Hue), el brillo (Value) y la pureza (Chroma).

ConsistenciaSegn propiedades mecnicas del suelo.

Caractersticas y disponibilidad del agua en el sueloReservas Naturales o procesos auto gnicos (riegos para cultivos).

MINERALGICASMinerales PrimariosSilicatos, xidos, Oxihircidos, Carbonatos, sulfatos, sulfuros, fosfatos.

Minerales segundariosFolisicatos secundarios, minerales 1:1, Minerales 2:1, Minerales 2:1:1, Filosilicatos interestratificados, aluminio - silicatos no cristalinos, xidos e hidrxidos de Fe y Al.

BIOLGICASCiclo del nitrgenoMineralizacin, Nitrificacin, fijacin del nitrgeno, des nitrificacin.

Ciclo del carbonoBiolgico y biogeoqumico.

QUMICASCapacidad de intercambio catinico, pH, porcentaje de saturacin de bases, nutrientes.Muy cidos, Alcalinos.Nivel de CIC indica la habilidad de suelos a retener cationes. La fraccin de los cationes bsicos.

Carbono orgnico, salinidad, alcalinizacin, contenido decarbonato de calcio, contenido de carbonato de sodio.Suelos con alto contenido de yeso y suelos con contenido de CaCO3. Y suelos con acumulacin secundaria de Yeso.

3.4 CMO SE PRESENTA EL TRANSPORTE Y ACUMULACIN DE CONTAMINANTES EN EL SUELO (DESCRIBIR)?ASPECTODESCRIPCIN

Megaminera (La dispersin hidrodinmica)

Se presenta cuando el contaminante es solubilizado por el agua del suelo y empieza a comportarse mediante propiedades de flujo continuo. (5) Se emplean sustancias cidas y metales pesados que alteran la corteza terrestre debido a las aguas de relave por causa del Plomo (Pb), Arsnico (As), Cadmio (Cd) y Cromo hexavalente (Cr6+), causando acumulacin de estos residuos

Explotacin minera artesanal(adveccin) Se presenta cuando el contaminante adquiere movimiento por accin del medio lquido de transporte (agua). (5). La utilizacin del mercurio (Hg) se acumula en el suelo debido a las labores de minera ya que es revertido sin ningn control en el Rio Ran, este es arrastrado y pasa al subsuelo debido a su ciclo biogeoqumico ya que este metal posee algunas propiedades nicas que le permite una fcil movilidad en diferentes medios fsicos y qumicos.

Fertilizantes(Dispersin mecnica)La dispersin mecnica se presenta cuando el flujo de contaminante encuentra barreras fsicas u obstrucciones con los materiales gruesos, tomando distintas rutas en el suelo. (5).Las labores agrcolas de esta zona han permitido la acumulacin en el subsuelo de elevadas concentraciones por nutricin nitrogenada, ya que esta acumulacin de nitratos causa problemas de lixiviacin en el medio ambiente entre ellos la contaminacin de los acuferos subterrneos.

3.5 CUL CONSIDERA QUE ES LA COMPOSICIN DEL SUELO Y POR QU?PROBLEMACOMPOSICION DEL SUELOJUSTIFICACIN (POR QU?)

1Emisin de gases de los vehculos.AcidoLluvia acida por ozono troposfrico, debido a la acumulacin de gases de NOx y SOx por vehculos.

2Contaminacin Qumica con metales PesadosSuelo Degradado qumicamenteMegaminera a cielo abierto, donde emplean sustancias cidas y metales pesados que alteran la corteza terrestre.

3Aplicacin excesiva de N,K,P.Suelo contaminado Cuando se realiza una aplicacin excesiva de los fertilizantes pasan a ser contaminantes del suelo.

3.6 QU COMPUESTOS ALTERAN LA CALIDAD DEL SUELO, DE DNDE PROVIENEN, QU REACCIN GENERAN, Y A QU PROCESOS ESTN ASOCIADOS?PROBLEMACONTAMINACIN Y ORIGENPROCESO ASOCIADOREACCIONES GENERADAS

METALES PESADOSAGROQUMICOS

1Fertilizantes NitrogenadosAcumulacin de nitratos.LixiviacinPasan al agua y en el ganado puede presentar metemoglobinemia, deficiencia de vitamina A, dificultades en la reproduccin, abortos y prdidas en la produccin de leche. Producen compuestos cancergenos que afectan el estmago y el hgado.

2Fertilizantes FosfatadosAcumulacin de FosfatosEutrofizacinContienen baja solubilidad, tambin se absorben y se precipitan por lo cual presentan menos riesgo que el nitrgeno.

3Uso de Pesticidas Plaguicidas Evaporacin en aguas lluviasDesequilibrio ecolgico: Multiplicacin de algunas especies que compiten con las que ataca el producto.

4MineraDegradacin del sueloActividades antropognicas.Contaminacin qumica: Perdida de la aptitud del suelo, inutilizacin utilizacin.

3.7 QU PAPEL CUMPLEN LOS POROS DEL SUELO EN LA CONTAMINACIN Y EN SU CONTROL?.Porosidad: La porosidad del suelo tiene importancia especial porque constituye el medio por el cual el agua penetra al suelo y pasa a travs de l para abastecer a la races y finalmente drenar el rea; y tambin el espacio donde las races de las plantas y la fauna tienen una atmsfera es decir, constituye la fuente de donde aqullos obtienen el aire. Es as que los contaminantes que circulan a travs del agua se movilizan ms fcil contaminando el suelo. (6)El ingreso de aguas residuales industriales en el suelo, modifica la porosidad del mismo, aumentando o disminuyendo la distribucin y el tamao de los poros en funcin de la escasez de los slidos disueltos del volumen de liquido aplicado y de las condiciones climticas, es por eso que la porosidad del suelo juega un papel importante en la contaminacin del mismo.Los residuos qumicos presentes en las aguas residuales pueden modificar los agregados del suelo, provocando modificaciones estructurales que afectan la porosidad. Estas variaciones disminuyen en gran medida la calidad del suelo.La porosidad puede establecer la prevalencia y evolucin de los procesos de transporte y acumulacin de los contaminantes. (7)A mayor porosidad, menor es la eficiencia en la conduccin y accin de la corriente elctrica.Disminucin de la volatilizacin de compuestos: Disminucin de la porosidad: especficamente de los poros que contienen aire, mediante su saturacin con agua, para impedir que pasen al compartimento, aire. Este procedimiento debe considerar la solubilidad y movilidad del contaminante para controlar la lixiviacin hacia aguas subterrneas.3.8 CLASIFIQUE LAS ESPECIES QUMICAS E INDIQUE SUS REACCIONES SEGN SU NATURALEZA, EN LA FORMACIN DE LA PARTE SLIDA DEL SUELO.

PROBLEMAESPECIE QUMICAREACCIONES GENERADAS

NATURALCONTAMIANATE

1Acumulacin de desechos de Mercurio (Hg) lquidos en el suelo.

El mercurio aparece de forma natural en el suelo como Hg2+, fundamentalmente por depsito atmosfrico, por meteorizacin del sustrato litolgico y, en menor medida, por la descomposicin de la vegetacin. En condiciones normales, el mercurio

Puede encontrarse en los suelos en cualquiera de sus tres estados de oxidacin, Hgo

, Hg+

En Colombia, la cantidad de Hg liberado al ambiente, en este tipo de actividad minera, se ha estimado entre 80 y 100 toneladas al ao y por ello existe una gran cantidad de zonas altamente contaminadas que necesitan ser rehabilitadas. Una vez en el suelo, este contaminante puede transformarse en especies ms txicas, ingresar a la cadena trfica y, finalmente, llegar al hombre y generar graves problemas neurolgicos y de teratognesis.Una vez depositado en el suelo, el mercurio es retenido por la materia orgnica y por los xidos de hierro y manganeso, principalmente, y por los minerales de arcilla. Debido a su gran superficie especfica y a su reactividad, los minerales de arcilla juegan un papel muy importante en la inmovilizacin del mercurio, especialmente en los suelos neutros y/o pobres en materia orgnica. El Hg se encuentra fuertemente unido a los

constituyentes del suelo como consecuencia de su afinidad por los grupos funcionales que contienen azufre y que se encuentran en las molculas orgnicas de los horizontes superiores del suelo, ricos en materia orgnica.

2Lluvia cidaHay que sealar que la lluvia cida puede estar originada por causas naturales, como erupciones volcnicas o terremotos, que liberan gran cantidad de partculas contaminantes a la atmsfera.La humedad en el aire se combina con los xidos de nitrgeno y el dixido de azufre emitidos por fbricas, centrales elctricas y vehculos que queman carbn o productos derivados del petrleo. En interaccin con el vapor de agua, estos gases forman cido sulfrico y cidos ntricos. Finalmente, estas sustancias qumicas caen a la tierra acompaando a las precipitaciones, constituyendo la lluvia cida.La lluvia cida se forma generalmente en las nubes altas donde el SO2 y los NOx reaccionan con el agua y el oxgeno, formando una solucin diluida de cido sulfrico y cido ntrico. La radiacin solar aumenta la velocidad de esta reaccin.

SO3+H2O --> H2SO4

2NO2+H20 --> HNO3 + HNO2

3Empardecimiento y rubefaccinLiberacin de hierro por meteorizacin de los minerales primarios.Se considera que el mineral precursor es la ferrihidrita que, en condiciones clidas y secas evoluciona rpidamente a hematita (Fe2O3) en un proceso de deshidratacin de los xidos de hierro ligados a las arcillas.

4Meteorizacin o intemperizacinLa meteorizacin por cristalizacin del agua por helada en fisuras de la roca, con el consiguiente incremento de volumen y fragmentacin de la misma.

La meteorizacin por hidrlisis, es decir la reaccin entre un mineral (por ejemplo, alumino-silicatos) y el aguaLa meteorizacin por disolucin, que afecta a los carbonatos (de margas, calizas, areniscas), yesos y sales ms solubles.

La meteorizacin por cristalizacin de sales (yeso, mirabilita, halita..), con hidratacin, que provoca un incremento de volumen, ahuecamiento y disgregacin de margas, areniscas y otros materiales parentales.Transformacin por los distintos agentes atmosfricos del material mineral del suelo o de la roca madre. Por tanto, los diferentes procesos de meteorizacin pueden ser considerados tanto procesos edafogenticos como procesos previos a la diferenciacin de horizontes.

5HidromorfaLas condiciones hidromorfas o de exceso de agua y la demanda de oxgeno por parte de los microorganismos, favorecen la transformacin de los xidos de hierro a formas ferrosas (gleificacin), lo que confiere al suelo un color gris o negro.En suelos formados en condiciones de exceso de agua, los xidos de hierro y manganeso, liberados en la meteorizacin de minerales ferromagnesianos, sufren movilizaciones y concentraciones formado pisoltos, pequeos ndulos de color oscuro

6ArgiluviacinProceso de movilizacin en suspensin de arcilla por accin del agua, que acta como agente fsico de transporte, sin reaccionar qumicamente con ella.El proceso de translocacin de arcillas a lo largo del perfil requiere de la existencia de fases hmedas intensas y periodos secos. En las primeras, el agua con las arcillas en suspensin, se infiltra a travs de los macroporos que al secarse dejan, por succin, las arcillas en sus paredes (cutanes o clay films). Se requiere que las arcillas estn dispersas, y por lo tanto es necesario que exista una eliminacin previa de los carbonatos y una ligera acidificacin.

4. FASE DOS: DISEO YCONSTRUCCINMUESTREO DEL SUELORelaciona la toma de muestras con la identificacin del grado de contaminacin en la litsfera; respondiendo a un plan de monitoreo y toma de muestras de suelo, presentadas en el problema ambiental, como mtodo de evaluacin de la contaminacin.Para la caracterizacin del suelo contaminado por la mega minera en este caso en el municipio de Moqui, implica la caracterizacin del sitio que conlleva actividades de muestreo y anlisis que tienen como finalidad determinar la extensin y naturaleza de la contaminacin, asimismo provee las bases para adquirir la informacin tcnica necesaria para desarrollar, proyectar, analizar y seleccionar las tcnicas de limpieza ms apropiadas del suelo contaminado. La caracterizacin se realiza por etapas y debido a que la toma de decisiones basadas en informacin existente, el primer paso es definir los objetivos de estudio, este proceso se lleva a cabo en las siguientes etapas:

1. Determinacin de las condiciones del sitio antes de la contaminacin.

2. Determinacin de la magnitud y tipo de contaminacin.

3. Muestreo.

4. Anlisis fsico y qumico.

5. Elaboracin de cartas y/o mapas con ayuda de sistemas de informacin.

En el municipio de Moqui el suelo se encuentra contaminado con metales pesados como plomo, Arsnico, Mercurio, Cadmio, cromo hexavalente., por lotanto es importante definir tanto como sea posible el perfil horizontal y vertical del contaminante, la informacin completa a cerca del alcance y diversidad de la contaminacin en el sitio todo esto para seleccionar una tecnologa de tratamiento. La obtencin de esta informacin requiere de la toma de muestras y de la determinacin de sus caractersticas fsicas y qumicas.

El primer paso es la toma de muestras de la corteza terrestre afectada en el municipio, donde se toman muestras representativas de un todo llamado poblacin, con el objetivo de conocer la poblacin total, con el objetivo de conocer la poblacin total a partir del estudio de las caractersticas de cada una de esas partes.

Algunas tcnicas de toma de muestras existentes son:

Muestreo a Juicio, muestreo aleatorio simple, muestreo aleatorio estratificado, muestreo sistemtico polar, en el caso del problema del municipio de Moqui utilizaremos este ltimo tipo de muestreo, por lo que se trata de una fuente fija y que prcticamente se realiza la contaminacin por el viento, es por eso que es conveniente tomar muestras simples y superficiales. Es importante ubicar cada punto de muestreo mediante coordenadas geogrficas en un plano cartogrfico de la zona para evitar que alguno caiga en lugares de difcil acceso o, en su caso, se deber modificar su ubicacin. Los puntos ubicados dentro de la ciudad tienen alta probabilidad de caer en zonas inaccesibles; en tal caso se deben elegir parques, terrenos baldos, etc. cercanos. Por esta razn, en la realidad, los muestreos sistemticos no necesariamente tienen forman simtrica.

En este tipo de estudios es recomendable ubicar una o varias muestras testigo fuera de la zona delimitada por el estudio, con la finalidad de determinar el valor de fondo natural del elemento o sustancia contaminante. Este valor es muy importante para comprobar la contribucin antropognica del contaminante en el sitio.

Figura 1. Muestreo sistemtico polar (muestras Simples)

Para delimitar una zona contaminada.

Tecnologas de remediacin del suelo en el Municipio de Moqui: Estas son una alternativa para la disposicin en tierra de residuos peligrosos sin tratamiento, el xito de este tratamiento que se le da al suelo depende de las condiciones especficas del sitio. Algunos factores que influyen son los organismos vivos (capacidad metablica, poblacin degradadora, nativos, genticamente modificados). El contaminante (toxicidad, concentracin, disponibilidad, solubilidad, sorcion). Ambiente del suelo (temperatura, humedad, pH, Aceptores de electrodos, nutrientes).

Las tecnologas de remediacin pueden clasificarse de diferentes maneras: con base en su estado de desarrollo (tradicionales e innovadoras), al lugar donde se realizan (in situ y ex situ)y en caso de contaminacin por metales, con base en la alteracin de propiedades del contaminante (separacin/inmovilizacin o disolucin/movilizacin).

En el caso problema del municipio de Monqui, se utilizara la Tecnologa de Alteracin de propiedades del contaminante: Los metales no pueden descomponersen por va biolgica, fsica ni qumica, de manera que la remediacin de sitios contaminados con metales o metaloides se limita a la alteracin de su solubilidad, movilidad y/o toxicidad, bsicamente a travs de cambios en su estado de valencia, favoreciendo su inmovilizacin (quelacion) y o/movilizacin (disolucin). De esta manera es posible favorecer la demolicin o concentracin de los metales para su posterior extraccin.

Inmovilizacin o separacin: Por medio de estos procesos es posible concentrar EPT (Elementos potenciales txicos) en suelos contaminados a travs de su inmovilizacin, previniendo su dispersin y puede emplearse para remocin de EPT de superficies y cuerpos de agua. El producto final puede dispersarse de manera controlada o reciclarse para la recuperacin de metales, dependiendo de la matriz en que el metal se encuentre, se necesitan uno o ms pasos para su tratamiento.

Movilizacin o Disolucin: Los EPT presentes en suelos, sedimentos o residuos slidos pueden removerse de la matriz solida a travs de su disolucin en una fase acuosa, para su posterior concentracin, con el uso de estrategias de bombeo tratamiento, en estas tecnologas se pueden clasificar dentro de estos procesos, se encuentra el lavado e inundacin de suelos, extraccin qumica y bio-lixiviacion. (8)4.1 MATRIZTIPO DE SUELOTIPO DE MUESTREONMERO DE MUESTRASPERIODICIDAD DEL MUESTREOTIPO DE ANLISISCONDICIONES AMBIENTALESEQUIPOS Y MATERIALESCONSERVACIN DE LA MUESTRATCNICA ANALTICAIMPORTANCIA DEL MUESTREOCORRELACIN CON OTROS PARMETROSNIVELES PERMISIBLESPARMETROS (por movilidad de contaminantes)

Arenososmuestreos en zig-zag4 55x5m en horizontalMetales Pesados _Mercurio (Hg)Nutricin nitrogenada 4C

Extraer de la matrix

antes de 14 das,

determinar en los 40 das siguientesSonda o Tubo,Shelby_Las muestras deben ser etiquetadas con rotuladores grasos, introduciendo adems un duplicado en su interior.

_Secado al aire, bien esttico o dinmico, pero en cualquier caso no calentado

previamente. La temperatura del aire no debe pasar de los 35C (con humedades

relativas menores del 60%),Espectrometra de emisin atmica por plasma acoplado inductivamente (ICP).

Anlisis cromatogrfico Establecer una lnea base de conocimiento de la cantidad total de los metales. Para evaluar los cambios producidos en la composicin del suelo por contaminacin, toma por parte de las plantas o manipulacin en las labores agrcolas.

Se utilizan las operaciones de secado y pesada.

Se utilizan mtodos colorimtricos y electromtricos para medir el pH de los suelos.

Mercurio.

Respecto a la normatividad ambiental en Colombia, el Decreto 1594 de 1984 fija los criterios de calidad admisibles. En cuanto a la contaminacin por mercurio, el Instituto Colombiano de Normas Tcnicas y Certificacin ICONTEC a travs de la Norma 1443 regula las caractersticas y establece como mximo valor permisible 0,5 g/g de mercurio. (8).Fertilizacin nitrogenada:

Lmite permisible por la Organizacin Mundial de la Salud (OMS), que es de 10 mg/litros

Contenido De Humedad Del Suelo (Pw).

pH

Carbono Orgnico Metales Pesados Pesticidas

Arcillosos Muestreo Sistemtico o de rejilla 4 525x25m en horizontalMetales Pesados.

4C


antes de 14 das,

determinar en los 40 das siguientesTaladro, BolsasLas muestras deben ser etiquetadas con rotuladores grasos, introduciendo

adems un duplicado en su interior.

_ secado al aire, bien esttico o dinmico, pero en cualquier caso no calentado


relativas menores del 60%),Espectrometra de absorcin atmica con horno de grafito.

Anlisis cromatogrficoPara evaluar la disponibilidad de los metales para cultivos agrcolas y de esta manera la probabilidad de su entrada en la cadena alimenticia de animales y seres humanos.



Respecto a la normatividad ambiental en Colombia, el Decreto 1594 de 1984 fija los criterios de calidad admisibles. En cuanto a la contaminacin por mercurio, el Instituto Colombiano de Normas Tcnicas y Certificacin ICONTEC a travs de la Norma 1443 regula las caractersticas y establece como mximo valor permisible 0,5 g/g de mercurio. (8)


pH


Orgnicos Muestreo estratificado4 525x25m en horizontalMetales Pesados.

_Nitratos.

_Mercurio4C


antes de 14 das,

determinar en los 40 das siguientesBarrenos, bolsas, Balde Las muestras deben ser etiquetadas con rotuladores grasos, introduciendo

adems un duplicado en su interior.

secado al aire, bien esttico o dinmico, pero en cualquier caso no calentado


relativas menores del 60%),Espectrometra de absorcin atmica con tcnica de llama.

Anlisis cromatogrfico Diagnstico de enfermedades, en cultivos y animales de granja, relacionadas con deficiencia o toxicidad, as como en la evaluacin de problemas ambientales.




Fertilizacin nitrogenada:



pH


Grava y piedra Muestreo Compuesto4 16100x100m en horizontalMetales Pesados.

MercurioNutricin nitrogenada

4C


antes de 14 das,

determinar en los 40 das siguientesTaladro, balde Las muestras deben ser etiquetadas con rotuladores grasos, introduciendo

adems un duplicado en su interior secado al aire, bien esttico o dinmico, pero en cualquier caso no calentado


relativas menores del 60%),Espectrometra de absorcin atmica con horno de grafito Tener un control en los niveles de concentracin de estos compuestos en matrices medioambientales (suelo, agua y aire) y biolgicas (alimentos, tejidos animales y tejidos vegetales).




Fertilizacin nitrogenada:



pH


5. FASE TRES: ANLISIS Y DISCUSINTRATAMIENTO DEL SUELOIdentificado el orden de la contaminacin y el proceso o mtodo para determinarlo, se generan propuesta de solucin enfocadas al tratamiento de la litsfera, donde se dar respuesta a.5.1 SEGN EL TIPO DE SUELO PRESENTADO EN EL PROBLEMAPROBLEMATRATAMIENTO Y NATURALEZA DEL PROCESOCONTAMINANTETCNICATIEMPO DEL TRATAMIENTOREACCIONES PRETRATAMIENTOREACCIONES POSTRATAMIENTOPRODUCTOSLMITES PERMISIBLESRELACIN CON EL CONTROL DE CONTAMINACIN

1Actividad mineraImpermeabilizante diseado para que los lixiviados, se concentre en un punto determinado, para poder actuar sobre ello(Confinacin) (descontaminacin) Mercurio (Hg)_Tcnicas fsico qumicas.

(extraccin)

_Vitrificacin

Estabilizacin fsico qumicas: Ex situ

2Gases contaminantes de origen mineroLluvia cida

3Vertimiento de sustancias de carcter acido Impermeabilizante diseado para que los lixiviados, se concentre en un punto determinado, para poder actuar sobre ello

(Confinacin)Descontaminacin Azufre, Fosfrico, Nitratos, Cloruros _Tcnicas fsico qumicas.

_Vitrificacin

Estabilizacin fsico qumicas: Ex situ

4Destruccin del paisaje mediante cavidades producidas por la minera Relleno del mismo (contencin)

Formacin de aguas cidas(Contencin)

Sellado profundoIn situ

5

6

7

8

9

10

6. FASE CUATRO: EVALUACINREMEDIACINFinalmente, se generan procesos de remediacin como posibles mecanismos de control de la contaminacin, generando estrategias qumicas que conduzcan a buscar a corto, mediano o largo plazo la solucin del problema, respondiendo a:6.1 REMEDIACIN AMBIENTAL- HDRICAPROBLEMAMTODO DE REMEDIACINVENTAJASDESVENTAJASREACCIONES POSREMEDIACIN

1Acumulacin de desechos de Mercurio (Hg) lquidos en el suelo. Fitorremediacin: es una tcnica biolgica que en el detalle se puede subdividir en varios aspectos, que corresponden a distintas posibilidades de aplicacin de las plantas a la remediacin de problemas producidos por la contaminacinFitoextraccin: Consiste en el empleo de plantas hiperacumuladoras, capaces de extraer los metales pesados contenidos en el suelo.La planta debe ser capaz de producir biomasa abundante en poco tiempo.Las hiperacumuladoras de metales suelen ser de crecimiento lento, poco bioproductivas y con sistema radicular somero. La biomasa producida hay que almacenarla o procesarla adecuadamente.En minera resulta de gran inters la fitoextraccin, para la extraccin de metales pesados presentes en el suelo (figura 8f). En este caso, la planta absorbe los metales pesados del suelo, siempre y cuando se encuentren en formas biodisponibles (en disolucin, o formando complejos orgnicos), y los incorpora a su metabolismo. En la mayor parte de los casos el resultado es una acumulacin del metal pesado en la planta, que a menudo es preferencial en unos u otros rganos de la misma (races, tallos, hojas, frutos).Las races de algunas plantas son capaces de actuar como barreras frente a los metales pesados. En estos casos se produce una acumulacin del metal pesado en la corteza de la raz, puesto que stos son arrastrados junto con el agua hasta sta, y ah quedan detenidos y acumulados. Tambin pueden favorecer reacciones de transformacin del contaminante en sustancias qumicas menos dainas, mediante la accin de los organismos o bacterias que viven en las races de las plantas.

Fitoestabilizacin: Consiste en el uso de plantas metalfitas endmicas/nativas y de mejoradores de sustrato adecuados para estabilizar fsica y qumicamente sustratos ricos en metales.Hace innecesaria la excavacin / eliminacin del suelo, es menos costosa y menos agresiva. Mejora las posibilidades de restauracin del ecosistema.A menudo requiere fertilizacin o modificacin del suelo. Requiere mantenimiento del suelo a largo plazo, para evitar la formacin de lixiviados.

Fitovolatilizacin: Consiste en la extraccin del contaminante del suelo por la planta y su emisin a la atmsfera a travs de su sistema metablico.Transforma los contaminantes en formas menos txicas.El contaminante o un derivado txico pueden acumularse en la vegetacin, pasando a frutos o partes comestibles.

Fitofiltracin: Consiste en el uso de plantas terrestres y acuticas para absorber, concentrar, y precipitar contaminantesPuede ser in situ o ex situ, y es aplicable tanto en sistemas terrestres como acuticos.El pH del medio debe controlarse en continuo para optimizar la captacin del metal. Es necesario controlar procesos de especiacin e interacciones entre especies que puedan darse en el medio. Funciona como un biorreactor, y requiere mantenimiento intensivo.

2Lluvia cidaBarreras de lodo: Consisten en trincheras verticales que se excavan alrededor del rea contaminada y se rellenan con un lodo, que impermeabiliza el permetro a aislar.Este tipo de barreras suelen tener profundidades mximas de 15 m., entre 0,6 y 1,2 m. de espesor, y su mayor efectividad se consigue si quedan ancladas en una capa infrayacente de menor permeabilidadEl relleno estar constituido por mezclas ms o menos complejas del propio suelo con arcillas especiales (sepiolita, bentonita)Se basan en el aislamiento de las aguas o suelos contaminados, de forma que su objetivo bsico es evitar que esa contaminacin se transfiera lateralmente. Por lo general son de aplicacin cuando la contaminacin est muy localizada y no resulta viable ninguna de las dems alternativas.

3Interrupcin y degradacinBiorremediacin: consiste en utilizar microorganismos (bacterias) para resolver o mitigar el problema, y es especialmente efectiva en el tratamiento de contaminantesEs una tcnica in situ, lo que evita la necesidad de extraer el suelo, e incluso el contacto de los trabajadores con el suelo o agua contaminados.

Evita la liberacin de gases dainos al aire y se generan muy pocos residuos.

Generalmente esta tcnica no requiere tanto equipamiento ni trabajo como la mayora de los mtodos alternativos. Por lo tanto, suele resultar ms econmica.No suele ser efectiva ms que en condiciones relativamente superficiales.

Presenta factores intrnsecos que la hacen completamente inviable en determinados casos.Los microorganismos pueden ayudar a eliminar la contaminacin de las aguas subterrneas, al igual que del suelo. En este caso, el agua se mezcla con nutrientes y aire antes de que ser reinyectada al terreno. Tambin pueden bombearse nutrientes y aire por los pozos, de forma que la mezcla se produzca directamente en profundidad. Los nutrientes y el aire aadidos ayudan a las bacterias a biorremediar las aguas subterrneas. Una vez que se han eliminado las sustancias qumicas dainas, las bacterias ya no tienen comida disponible y mueren.

4Actividad mineraLa atenuacin natural controlada (MNA, monitored natural attenuation): se basa en el aprovechamiento y potenciacin los procesos naturales para eliminar o reducir la contaminacin en los suelosLa atenuacin natural tiene lugar en la mayora de las reas contaminadas.Debe darse las condiciones adecuadas en el subsuelo para que se produzca la descontaminacin de forma efectiva. De no ser as, la eliminacin de la contaminacin no ser ni lo suficientemente rpida ni completa.La MNA funciona con mayor eficacia en los sitios donde se ha eliminado previamente la fuente de contaminacin. Con posterioridad, los procesos naturales se deshacen de la pequea cantidad de contaminacin que queda en el suelo y en las aguas subterrneas. El suelo y las aguas subterrneas se examinan con regularidad para garantizar que hayan quedado limpios.

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quimica de la litosfera

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