Introducción

México cuenta con riqueza amplia de minerales metálicos y no metálicos en todo su territorio (^{Dirección General de Minas, 2015}). Esto ha ocasionado problemas derivados de la extracción y procesos de la actividad minera, reflejados principalmente en la zona norte donde los suelos están más contaminados (^{Mendez & Maier, 2008}). En el estado de Zacatecas, ubicado en el centro norte del país, la actividad minera empezó desde el siglo XVI, la cual ha generado gran cantidad de depósitos de residuos conocidos como pasivos ambientales (PA). El problema de esta actividad es una práctica, históricamente aceptada, que consiste en abandonar las minas y los PA cuando los minerales de interés se agotan (^{Himley, 2014}; ^{Unger, Lechner, Kenway, Glenn, & Walton, 2015}); en 2013, existían 3 241 PA abandonados en México (^{Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales [SEMARNAT], 2014}). Estos PA son fuente de metales pesados, los cuales son dispersados por el viento y el agua (^{Adriano, 2001}; ^{Navarro et al., 2008}), ya que se asocian a las arcillas emigrando como partículas compuestas en los sedimentos (^{Balderas-Plata, Gutiérrez-Castorena, Carrillo-González, Ortiz-Solorio, & Lugo-de la Fuente, 2006}), incrementando así el riesgo de contaminación. La presencia de metales en el suelo y en cuerpos de agua aumenta cada vez más los riesgos crónicos para la salud de los organismos vivos, incluyendo humanos (^{García-Rico et al., 2016}; ^{McSwane, French, & Klein, 2015}).

La mina Real de Ángeles, ubicada en Noria de Ángeles, Zacatecas, está constituida por una alternancia de areniscas, limolitas y argilitas (^{Servicio Geológico Mexicano [SGM], 2016}). El riesgo de contaminación depende de la roca asociada y de la roca huésped del yacimiento. Los principales minerales en la mina son: argentita (Ag₂S), esfalerita (ZnS), calcopirita (CuFeS₂), arsenopirita (FeAsS), pirrotita (Fe₁-XS), galena argentífera (PbS·Ag), freibergita (3Cu₂Ag·S·Sb₂S₃), tetraedrita (Cu₃SbS_4-3), anglesita (PbSO₄) y cerusita (PbCO₃) (^{Bravo-Nieto, 1988}). Lo anterior evidencia la posible presencia, quizá en niveles contaminantes, de plomo, zinc, arsénico, plata, hierro, estroncio y antimonio en los PA; la presencia de estos metales pesados en el suelo, polvo y agua podrían poner en riesgo la salud pública y ambiental (^{Balderas-Plata et al., 2006}; ^{García-Rico et al., 2016}; ^{McSwane et al., 2015}). En tal contexto, el objetivo de esta investigación fue conocer la concentración de minerales potencialmente tóxicos (Hg, Pb, Cd y As) en dos pasivos ambientales y en cuerpos de agua que están adyacentes o encima de tales pasivos en Noria de Ángeles, Zacatecas.

Materiales y métodos

El estudio se realizó en Noria de Ángeles, ubicado al sureste del estado de Zacatecas, donde existen dos PA (Figura 1). El primero (histórico) data de la época de la colonia (^{Arellano, 1970}) con superficie de 2 ha aproximadamente, no tiene protección y está dentro de la zona urbana; adyacente a este PA nace un manantial que forma un arroyo y el agua es utilizada por el ganado doméstico. El segundo PA (reciente) inició sus actividades en 1982 y corresponde a la mina Real de Ángeles. Este PA tiene superficie de 360 ha con capa protectora de aproximadamente 30 cm de espesor; sin embargo, presenta áreas sin protección y con afloramientos por erosión hídrica. En este PA existen cuerpos de agua adyacentes y encima de él que se utilizan como abrevaderos para el ganado doméstico. El clima es semiseco templado (BS₁kw) con lluvias en verano; de acuerdo con los datos de la normal climatológica Villa González Ortega, Zacatecas, la temperatura media anual es 13.7 °C, la precipitación promedio anual es 342.6 mm y la evapotranspiración potencial es 2 023.4 mm (^{Comisión Nacional del Agua [CONAGUA], 2017}).

Figura 1 Localización de los pasivos ambientales y de los cuerpos de agua muestreados en Zacatecas. Proyección UTM y Datum WGS84. Fuente: Instituto Nacional de Estadística y Geografía (^{INEGI, 2015}). 

Los PA se muestrearon en agosto de 2015, siguiendo las especificaciones de la Norma Mexicana NMX-AA-132-SCFI-2006 (^{Secretaría de Economía [SE], 2006}). También se muestreó un sitio de referencia (22.56497° LN - 101.653022° LO) ubicado en Salinas, San Luis Potosí. En el PA histórico y sitio de referencia se ubicaron tres transectos de 50 m; cada 10 m se tomó una muestra a profundidad de 0 a 20 cm. La dirección de cada transecto se eligió con base en los últimos tres dígitos de billetes de 200 MXN, que se consideraron como grados. El PA reciente está “protegido” con una capa de 40 cm de material no contaminado; sin embargo, presenta afloramientos por erosión hídrica o áreas que no quedaron debidamente protegidas, por ello el muestreo se realizó en 15 de estos afloramientos. En cada uno se trazó un cuadro de 1 m² donde se eliminó grava, vegetación y mantillo; se muestrearon las esquinas y el centro, para obtener una muestra compuesta (^{SE, 2006}).

En junio de 2016, tres muestras de agua se tomaron de un manantial adyacente al PA histórico (1), y de tres cuerpos de agua ubicados encima (2) o adyacentes (3 y 4) al PA reciente (Figura 1), conforme a las NOM-230-SSA1-2002 (^{Secretaría de Salubridad y Asistencia [SSA], 2003}) y NOM-147-SEMARNAT/SSA1-2004 (^{SEMARNAT, 2007}). Las muestras se depositaron en frascos desechables estériles, se agregó 1 mL de ácido nítrico concentrado por cada 100 mL de muestra y se mantuvieron a 4 °C hasta su análisis.

En las muestras de suelo de los PA y del sitio de referencia se analizaron plomo, mercurio, cadmio y arsénico, de acuerdo con la NOM-021-SEMARNAT-2000 (^{SEMARNAT, 2002}). La presencia de dichos metales y metaloide en el agua se determinó de acuerdo con la NOM-127-SSA1-1994 (^{SSA, 2000}), utilizando un equipo de absorción atómica (Aurora Instruments Modelo AI-1200).

Las concentraciones de los metales y metaloide en los PA histórico y reciente y en el sitio de referencia se sometieron a un análisis de varianza en un diseño completamente al azar mediante el procedimiento PROC GLM de SAS (^{Statistical Analysis Software Inc. [SAS], 2015}), y a una comparación de medias de Tukey (^{Steel & Torrie, 1980}). Los valores mínimo, máximo y promedio de metales y metaloide en las muestras se obtuvieron para cada cuerpo de agua.

Resultados y discusión

El Cuadro 1 contiene los valores medios de los metales en los PA de Noria de Ángeles, Zacatecas, así como los límites permisibles establecidos por la NOM 147 SEMARNAT/SSA1-2004 (SEMARNAT, 2004) y la USEPA (^{United States Environmental Protection Agency, 2017}). En tal cuadro se observa que la concentración de Hg fue mayor (P < 0.05) en los PA respecto al sitio de referencia, pero no rebasó los límites máximos permisibles establecidos por las normas.

Con respecto al Cd, las concentraciones máximas en los tres sitios rebasaron los límites de las normas mencionadas; sin embargo, el valor promedio solo fue superior en el PA reciente, siendo estadísticamente mayor (P < 0.05) que el de los otros sitios.

Por otra parte, los valores máximos y medios de As en los tres sitios fueron superiores a los límites máximos permisibles establecidos en las dos normas. Cabe destacar que, aunque la concentración de As en el sitio de referencia fue menor que en los PA, el valor fue casi cinco veces superior al máximo permisible, lo cual indica una fuente de contaminación de los cuerpos de agua superficiales, suelo, y forraje que el ganado doméstico consume y, por lo tanto, representa un riesgo para la salud de los animales y la población humana (^{Kyunghee et al., 2013}). El PA histórico tuvo la concentración más alta de As (P < 0.05).

Los valores máximos y medios de Pb en el PA histórico rebasaron los límites máximos permisibles de ambas normas; en el PA reciente, los valores superaron solo los límites establecidos por la ^{USEPA (2017)}. Las concentraciones altas de Pb se relacionan con los minerales galena argentífera (PbS·Ag), anglesita (PbSO₄) y cerusita (PbCO₃) presentes en un yacimiento (^{Bravo-Nieto, 1988}). Con respecto al sitio de referencia, la concentración de Pb se encontró muy por debajo de los límites permisibles. Los valores de Pb y As fueron inferiores a los encontrados por ^{Navarro et al. (2008)} en depósitos de minas abandonadas.

De acuerdo con los resultados, los contaminantes Pb, Hg y Cd de los PA son de origen antropogénico principalmente, ya que las concentraciones fueron mayores que en el sitio de referencia. Por el contrario, se deduce que el As tiene origen antropogénico y geológico, ya que su contenido en el sitio de referencia fue superior al PA reciente, pero menor al histórico. Ambos PA constituyen una amenaza para la salud pública y para la vida silvestre, a través de la ingestión de polvo con alto contenido de metales pesados, principalmente As, Cd y Pb (^{García-Rico et al., 2016}; ^{Jeong-Hun & Kyoung-Kyoon, 2013}), ya que estos se encuentran cerca (PA reciente con protección deficiente) o dentro (PA histórico sin protección) de las áreas urbanas.

El Cuadro 2 muestra las concentraciones de Pb, Cd, Hg y As en los cuerpos de agua. Las concentraciones de dichos elementos excedieron, en todos los casos, los valores máximos permisibles establecidos por la Secretaría de Salud (^{SSA, 2003}) y ^{USEPA (2009)}. Los valores de Cd, Pb y As encontrados en este estudio son mayores que los encontrados por ^{Steller, Domínguez-Mariani, Garrido, y Avilés (2015)} en muestras de agua extraídas de fondos de minas abandonadas de Huautla, Morelos, donde las concentraciones no sobrepasaron 1.0 mg·L^-1. En contraste, en fuentes de agua de otras minas abandonadas, ^{Elyaziji, Khalil, Hakkou, Benzaazoua, y Alansari (2016)} y ^{Oyarzún, Maturana, Paulo, y Pasieczna (2003}) encontraron valores parecidos o muy superiores a los encontrados en el presente trabajo. El agua contaminada por metales es frecuente en áreas de minería abandonadas, debido al intemperismo de los minerales (^{Elyaziji et al., 2016}; ^{Steller et al., 2015}).

Los cuerpos de agua en los PA de Noria de Ángeles representan un riesgo importante para el ganado doméstico y fauna silvestre que consumen agua directamente de estos lugares. Además, los elementos tóxicos se podrían estar bioacumulando en productos como la carne y leche, y representar una amenaza para la salud de los pobladores locales que consumen dichos productos (^{Nava-Ruíz & Méndez-Armenta, 2011}; ^{Nouri & Haddioui, 2015}).

Conclusiones

Las concentraciones de Pb, Cd y As de los pasivos ambientales (PA) y las concentraciones de Pb, Cd, Hg y As en los cuerpos de agua rebasan los límites permisibles establecidos en normas nacionales e internacionales. Por tanto, los PA y cuerpos de agua son un riesgo para la salud de la población, para la fauna silvestre y animales domésticos, principalmente por la inhalación de polvo e ingestión de agua contaminados.