Introducción

La explotación de yacimientos minerales es una actividad humana que destruye de manera significativa a los ecosistemas. Por ejemplo, en México, en el año 2012, se reportó una superficie de 30 872 574 hectáreas con algún tipo de actividad minera, desde exploración hasta extracción, lo que representa poco más del 15 % de la extensión del territorio nacional (^{Servicio Geológico Mexicano 2013}).

En las diferentes etapas de la actividad minera se generan diversos impactos al medio ambiente, al haber una alteración y destrucción del hábitat con la consecuente fragmentación de cobertura vegetal, desplazamiento de fauna y en ocasiones bioacumulación de contaminantes (^{Roberts & Johnson, 1978}; ^{Pratas, Prasad, Freitas, & Conde, 2005}). Otras consecuencias son la eutroficación, reducción de disponibilidad de nutrientes en el medio abiótico, cambios significativos en las propiedades del suelo, y contaminación de la red hidrográfica (^{Corona-Chávez, Uribe-Salas, Razo-Pérez, & Martínez-Medina, 2010}; ^{Corona-Chávez, Uribe-Salas, Razo-Pérez, & Martínez-Medina, 2017}). Las alteraciones de la topografía hacen a los suelos susceptibles a la erosión, se genera inestabilidad de taludes y se acumulan residuos en jales y terreros (^{Bradshaw 1997}; ^{Cortinas-de-Nava, 2008}).

Los jales que se generan en los diferentes procesos de extracción de los minerales con valor económico como el oro, plata, zinc y cobre generalmente contienen minerales metálicos residuales que son la fuente de elementos potencialmente tóxicos (EPT), como mercurio (Hg), arsénico (As), cadmio (Cd), plomo (Pb), cobre (Cu) y zinc (Zn) (^{Romero, Armienta, & González-Hernández, 2007}). El principal problema ambiental asociado con los jales está relacionado con la generación de drenajes tóxicos y su dispersión a través de los escurrimientos superficiales (^{Martin & Gutiérrez, 2010}). Cabe destacar que las altas concentraciones de EPT disueltos derivan en problemas ambientales severos, pues al transportarse contaminan suelos, sedimentos, aguas superficiales y aguas subterráneas (^{Armienta & Segovia, 2008}; ^{Jung, 2001}; ^{Lin, 1997}; ^{Johnson et al., 2003}; ^{Moncur, Ptaceka, Blowesa, & Jamborc, 2005}).

Tlalpujahua, Michoacán, en el centro-oeste de México es un sitio con una historia minera significativa de más de 400 años de explotación, que ha dejado residuos mineros en los que ha ocurrido una regeneración natural, pero parcial, de la vegetación después de 60 años de abandono de tal actividad (^{Corona-Chávez et al., 2010}). El descubrimiento de las vetas que contenían oro y plata en Tlalpujahua fue en el año de 1558. Para la extracción del metal de interés se comenzó utilizando el proceso de beneficio del mineral por medio de amalgamación con mercurio, que fue introducido a mediados del siglo XVI en América. Este método lo implementaron por 352 años (1554-1906) en el distrito minero (^{Lacerda 1997}; ^{Martínez-Medina 2009a}). En 1897 se introduce el método de cianuración (proceso de McArthur Forrest), en un principio para reciclar los residuos mineros y se hacía a la par que la amalgamación hasta que éste lo sustituye totalmente en 1906 (^{Uribe-Salas, 2006}; ^{Uribe-Salas, 2008}). Los residuos de dichos procedimientos se acumularon en jales cercanos a la zona de extracción. Por otro lado, las rocas de la formación geológica del Distrito Minero de Tlalpujahua y el Oro, de manera natural poseen concentraciones altas de As, que en los jales oscila entre 3.0 y 83.9 ppm (^{Corona-Chávez et al., 2017}), por lo que este elemento es también una fuente potencial de riesgos para la población.

Los jales han sido una fuente de riesgo constante para las personas que habitan esta zona, como el terrible accidente ocurrido el 27 de mayo en 1937, cuando un desbordamiento de los jales mató a más de 300 personas y derramó desechos tóxicos en toda la zona (^{Macías et al., 2015}).

Se ha reportado la reducción del volumen de los jales en un 37 a 35 % debido a procesos de erosión y fuertes precipitaciones en Tlalpujahua (^{Martínez-Medina 2009b}; ^{Corona Chávez et al., 2010}). Hoy en día, alrededor y en los propios jales se han establecido asentamientos humanos, y se practica agricultura de subsistencia, en particular el cultivo de maíz. En un estudio previo se detectó y cuantificó el Hg contenido en tejidos vegetales de plantas creciendo en el paisaje de Tlalpujahua (^{Osuna-Vallejo, Sáenz-Romero, Escalera-Vázquez, De-la-Barrera, & Lindig-Cisneros, 2019}). Los resultados de este estudio mostraron que las concentraciones más altas de Hg corresponden a muestras de madera de árboles (13.84 ± 3.88 ppm), y que la vegetación que se desarrolla en los bosques alrededor de los jales muestra concentraciones bajas de Hg entre 2.2 y 4.3 ppm; una especie arbórea, Juniperus deppeana, presentó las concentraciones más altas cuando crece en los jales (16.05 ± 2.3 ppm). Las semillas de maíz cultivado en los jales también mostraron concentraciones de Hg de 2.2 ± 0.34 ppm (Figura 1).

Figura 1 Hg en los tejidos de plantas creciendo en los depósitos mineros (jales) y en el bosque circundante. 

Se ha reportado que los residuos mineros de Tlalpujahua no producen drenaje ácido (^{Corona-Chávez et al., 2010}), por lo que la mayoría de los metales pesados que contienen no se dispersan y no se encuentran biodisponibles; sin embargo, los datos obtenidos de la vegetación indicaron que existe cierta movilidad de este elemento en el ecosistema (^{Osuna-Vallejo, Sáenz-Romero, Villegas, & Lindig-Cisneros, 2017}). Por lo anterior, para evaluar la posible exposición de la población al Hg, se llevaron a cabo análisis de agua por absorción atómica de diversas fuentes en Tlalpujahua.

Métodos

Las muestras se tomaron en la semana del 16 al 20 de noviembre de 2019; se localizaron 25 sitios de interés considerando la cercanía y la influencia minera de la zona, para ello se contó con el apoyo del Organismo Operador de Agua Potable de Tlalpujahua de los pozos profundos utilizados para el abastecimiento público de la localidad. El muestreo lo efectuó personal técnico de la Comisión Nacional del Agua (Conagua), acreditado como signatarios de muestreo ante la Entidad Mexicana de Acreditación (EMA) de acuerdo con lo establecido en la NOM-230-SSA1-2002. Se determinaron parámetros de campo (pH, conductividad eléctrica, salinidad, y potencial redox) con apoyo de la sonda marca Hydrolab, modelo DS-5. Cada sitio se georreferenció con apoyo del Sistema de Posicionamiento Global (GPS) marca GARMIN.

Las muestras se analizaron en el Laboratorio de Calidad del Agua perteneciente al Organismo de Cuenca Balsas de la Conagua, en el municipio de Cuernavaca, Morelos, y que cuenta con la acreditación ante la EMA de la NMX-AA-051-SCFI-2001 para la determinación de metales pesados por absorción atómica (marca Perkin Elmer y el modelo de hidruros es FIAS 100), en la cual se incluyen los parámetros en estudio As y Hg. Los sitios considerados para la toma de muestras fueron tres pozos profundos, un tanque de almacenamiento, dos manantiales, un ojo de agua, dos tomas del río Tlalpujahua, dos tomas de agua inmediatas a una entrada de la mina Dos Estrellas y 14 tomas domiciliarias con agua provenientes de la red de distribución de agua potable del municipio. Los sitios de toma de muestras se muestran en la Figura 2.

Figura 2 Mapa de los puntos de muestreo del distrito minero Tlapujahua-El Oro. 

Resultados

Los resultados de los análisis que se observan en la Tabla 1 nos indican que en las muestras tomadas en los pozos profundos de agua considerada para uso y consumo humano se encuentran dentro los límites máximos permisibles establecidos en la Norma Oficial Mexicana ^{NOM-127-SSA1-1994 (1996)}, donde la cantidad máxima permisible para As es de 0.025 ppm y Hg es de 0.001 ppm.

Los resultados obtenidos de las muestras tomadas en el río Tlalpujahua están dentro de los límites máximos establecido por los Criterios Ecológicos de Calidad del Agua (CE-CCA-001/89), considerando la clasificación para uso en riego agrícola, donde el máximo permisible para As es de 0.1 ppm, mientras que el mercurio no se regula para estos fines de uso.

En cumplimiento al control de calidad analítica y como control se consideró dentro del muestreo un blanco de viaje con agua destilada para arsénico y otro para mercurio, los cuales se consideran como el valor referencia a restar de cada resultado obtenido para cada sitio, lo que quiere decir que las muestras que presenten como resultado estas mismas concentraciones se consideran como “no detectable”. Los resultados obtenidos del blanco de viaje para arsénico < 0.0020 mg/l y para mercurio < 0.0010 mg/l.

En concordancia con lo anterior y del análisis de los resultados obtenidos de las muestras se consideran con valores “detectables” en el parámetro arsénico los siguientes cuerpos de agua:

Sin embargo, los resultados obtenidos de arsénico tanto en el río Tlalpujahua como en el cuerpo de agua Los Cedros se encuentran dentro de las concentraciones máximas recomendadas por los CE-CCA-001/89 “uso riego agrícola”. Para el caso de Los Cedros se toma de seguimiento la muestra colectada en el aportador de la Mina Dos Estrellas (considerada como punto aguas abajo del mismo cauce), que muestra concentraciones “no detectables”, indicativo de la dilución natural del cauce. En el caso del Pozo San Isidro, se toma como concentración máxima permisible según NOM-127-SSA1-1994 para As: 0.025 mg/l, por lo que el resultado obtenido está por debajo del máximo recomendable.

Discusión y recomendaciones de manejo ambiental

Los resultados del presente estudio y del estudio previo sobre mercurio en la vegetación (^{Osuna-Vallejo et al., 2019}) indican que este metal se encuentra en el ambiente de Tlalpujahua, y sugieren que debido a la geología del sitio y las características fisicoquímicas de los jales no se moviliza fácilmente, pues las fuentes de agua están libres de mercurio. Sin embargo, la práctica de cultivar maíz en los jales debe ser evitada dado que se detectaron concentraciones altas del metal en las semillas que son consumidas (^{Osuna-Vallejo et al., 2019}). El hecho de que los árboles, en particular Juníperus deppeana, acumulen mercurio en la madera permite proponer que se les utilice para secuestrar este metal y mantenerlo, en la medida de lo posible, fuera de las redes tróficas (^{Cunningham, Berti, & Huang, 1995}; ^{Wong, 2003}; ^{Petruzzelli, Pedron, Rosellini, & Barbafieri, 2013}). Por otro lado, el arsénico que forma parte de las rocas de la región también se encuentra en concentraciones muy bajas en el agua aun por debajo de lo que establece la norma oficial mexicana. Sin embargo, se sabe que las actividades mineras pueden causar que se contaminen las fuentes de agua con arsénico (^{Armienta & Segovia, 2008}) y que en algunas regiones de México la sobreexplotación de acuíferos puede incrementar la concentración de este elemento en el agua (^{Martínez-Rodríguez, Faz-Contreras, Rivera-González, Núñez-Hernández, & De-Paul-Alvarez-Reyna, 2006}; ^{Salas-Escageda, Salas-Plata-Mendoza, Sanín, & Dena-Ornelas, 2015}). Con base en lo anterior, se propone para los jales del distrito minero de Tlalpujahua y El Oro que se prescinda del cultivo en los mismos, así como de actividades pecuarias, para evitar que el Hg sea consumido por los pobladores y la zona se reforeste con especies de coníferas.

En un ensayo de restauración se determinaron dos especies, Pinus pseudostrobus y Pinus devoniana, que tuvieron el mayor incremento en altura dos años después de plantados, pero Juníperus deppeana mostró la mayor supervivencia (96 %). Pinus devoniana es exótica al sitio de prueba en Tlalpujahua y se localiza de manera natural en menor altitud que la plantación (2 596 m), por lo que podría ser de utilidad para compensar los efectos del cambio climático. Así, en cuanto a la escala del paisaje (Figura 3), se propone establecer plantaciones para biosecuestración en los jales y limitar las actividades agropecuarias fuera de estos depósitos mineros. Por otro lado, la reforestación y restauración de los bosques permitiría conservar la recarga de los acuíferos, y evitar el fenómeno de aumento en la concentración de arsénico por sobreexplotación que se ha observado en otras partes del país.

Figura 3 Esquema de manejo propuesto para el distrito minero de Tlalpujahua y El Oro para reducir el riesgo de la población a la exposición de mercurio y arsénico. 

En cuanto a los resultados de pH en los sitios de muestreo todo está dentro de los rangos permisibles en la Norma Oficial Mexicana PROY NOM-250-SSA1-2014.