Identificación de los procesos de atenuación de arsénico en el subsuelo de Matehuala (SLP), México

Abstract

"La atenuación de arsénico en sistemas naturales se ha explicado en mecanismos de interacción superficiales con minerales ricos en hierro, principalmente. Sin embargo, es poca la información que se tiene sobre la retención de arsénico en suelos desarrollados en climas secos en los cuales los compuestos de hierro son más bien escasos. En este estudio se buscó identificar los procesos de retención de arsénico en el suelo de Matehuala asociados con la atenuación de arsénico observada en el acuífero somero subyacente. Para lograrlo, se caracterizó el subsuelo determinando las propiedades físicas y químicas, la mineralogía con Rayos X y la morfología con microscopía electrónica de barrido. También se extrajo y determinó la distribución del arsénico en la fracción mineral del subsuelo mediante extracciones químicas secuenciales que se analizaron con ICP-OES. Los resultados mostraron un suelo limo-arenoso ligeramente alcalino, compuesto por 4 horizontes (A, AB, B1 y B2) y la zona saturada. La mineralogía del suelo se destacó por contener carbonatos, yeso, cuarzo y, en menor proporción, ortoclasa y muscovita; el yeso se acumuló en nódulos y en cristales principalmente en los horizontes AB y B2. El horizonte B2 coincidió con la franja capilar, en donde el arsénico registró la mayor concentración total, de la cual el 41,3% correspondió a arsénico soluble. No se detectó arsénico en los difractogramas de Rayos X realizados a las muestras de suelo; sin embargo, se obtuvo una señal de arsénico en el análisis por SEM-EDS de la muestra de suelo más contaminada. La existencia de arsénico en el suelo sugiere que la capilaridad sería responsable del transporte de arsénico desde el acuífero contaminado al horizonte inmediatamente superior, B2; en este mismo horizonte se encontró concordancia entre el arsénico total y el hierro total, y entre el arsénico soluble y el sulfato extraído. Se simularon equilibrios de solubilidad y se encontró que los datos experimentales coincidieron con arseniato de magnesio (Mg3(AsO4)2) y arseniato mono-hidratado de calcio (Ca5H2(AsO4)4:H2O); por lo que la precipitación de arseniatos metálicos como la coprecipitación del arseniato/sulfato podrían ocurrir en el subsuelo estudiado en Matehuala. Los hallazgos de esta investigación evidenciaron procesos de atenuación de arsénico en el subsuelo de Matehuala que resultan de suma relevancia ambiental en especial en suelos susceptibles a variaciones de saturación, tales como suelos inundables, suelos costeros y como en el caso de Matehuala, suelos delimitantes de cuerpos de agua subterránea, puesto que la alteración de dichas condiciones desencadenaría probablemente la re-movilizacion del arsénico a la fase acuosa."

"The attenuation of arsenic in natural systems has been explained mainly in surface interaction mechanisms with iron-rich minerals. However, little information is available on the retention of arsenic in soils developed in dry climates in which iron compounds are rather scarce. The aim of this study was to identify the arsenic retention processes in the soil of Matehuala associated with the observed arsenic attenuation in the underlying shallow aquifer. To achieve this, the subsoil was characterized by determining the physical and chemical properties, the mineralogy with X-rays and the morphology with scanning electron microscopy. The distribution of arsenic in the mineral fraction of the subsoil was also extracted and determined by sequential chemical extractions that were analyzed with ICP- OES. The results showed a slightly alkaline silty-sandy soil, composed of four horizons (A, AB, B1 and B2) and the saturated zone. Carbonates, gypsum, quartz and, to a lesser extent, orthoclase and muscovite account as the predominant minerals in subsoil; gypsum was accumulated in nodules and crystals mainly in the AB and B2 horizons. The B2 horizon coincided with the capillary fringe, where highest total arsenic concentration was observed, of which 41.3% corresponded to soluble arsenic. Arsenic was not detected in the X-ray diffractograms performed on the soil samples; however, an arsenic signal was obtained in the SEM-EDS analysis of the most contaminated soil sample. The existence of arsenic in the soil suggests that capillarity would be responsible for the transport of arsenic from the contaminated aquifer to the overlying horizon, B2. In this same horizon, agreement was found between total arsenic and total iron, and between soluble arsenic and extracted sulfate. Solubility equilibria were simulated and experimental data fit with magnesium arsenate (Mg3(AsO4)2) and monohydrated calcium arsenate (Ca5H2(AsO4)4:H2O) equilibria, therefore, the precipitation of metallic arsenate and the co-precipitation of arsenate / sulfate could occur in the studied subsoil in Matehuala. The findings of this research suggest arsenic attenuation processes in the studied subsoil of great environmental relevance, especially in soils susceptible to saturation variations, such as flooded soils, coastal soils and, as in the case of Matehuala, soils that delimit groundwater bodies, which exhibit a high susceptibility to alteration of the conditions that would trigger the remobilization of arsenic to the aqueous phase."