Área de estudio

El área de estudio se encuentra en la península de Yucatán, la cual está situada en el extremo oriental de la República Mexicana y colinda geográficamente con el Mar Caribe y el Golfo de México. El territorio de la región se describe como una superficie plana y de baja altitud conformada principalmente de rocas carbonatadas. La península corresponde a un sistema geológico-hidrológico y es clasificada como una región kárstica húmeda y subtropical (^{Hubp et al. 1992}). Debido a la conformación del terreno este carece de una red fluvial, la precipitación que se presenta en la parte continental se evapotranspira y el resto se infiltra a través de fracturas formando un manto freático que se encuentra muy cercano a la superficie (^{Aguirre 1986}, Hubp et al. 1992). Ocasionalmente cuando se disuelven las calizas debido a la actividad de sus aguas ocurre un hundimiento del terreno que da lugar a dolinas conocidos como cenotes (^{Rodríguez y Crespo 2010}). La ^{CONAGUA (2012)} menciona que los cenotes son cuerpos de agua que hoy son aprovechados como fuentes de abastecimiento y como sitios de recreación (balnearios, ecoturismo, buceo subacuático y espeleobuceo). Los sitios de muestreo se ubican en la porción norte de la península de Yucatán, se ubicaron nueve sitios de muestreo en el estado de Quintana Roo y 10 sitios en el estado de Yucatán, en cada uno de los sitios de muestreo se obtuvo la posición geográfica con un GPS marca Garmin (Figura 1).

Figura 1 Ubicación de los sitios de muestreo (P = pozo y C = cenote). La Información de número de pobladores por municipios y en las ciudades cercanas a los sitios de muestreo proviene del ^{INEGI (2020)}. 

Colecta de la muestra

El muestreo se realizó durante septiembre del 2019 y agosto del 2021, se colectaron 19 muestras de agua subterránea en pozos y cenotes, de las cuales 13 fueron de pozos y seis de cenotes. Las muestras de agua subterránea colectadas en Quintana Roo se tomaron con una botella vertical de metal tanto en pozos como en cenotes. Posterior a la toma, las muestras se vaciaron en botellas de HDPE y se taparon inmediatamente para evitar la contaminación atmosférica. En los sitios localizados en Yucatán se tomaron muestras de agua subterránea directamente del pozo con botellas de HDPE (^{Panno et al. 2019}). Previamente al muestreo, cada una de estas botellas fueron enjuagadas vigorosamente cinco veces con agua desionizada, este número de enjugues se obtuvo de un ensayo previo donde se observó que se eliminan las posibles partículas plásticas derivadas del material con el que están hechas las botellas. Todas las muestras se transportaron al laboratorio de la Unidad de Ciencias del Agua del Centro de Investigación Científica de Yucatán (CICY) donde se mantuvieron refrigeradas a 4 °C hasta el momento del análisis.

Tratamiento de la muestra y extracción de microplásticos

El estudio de MP en el medio acuático se encuentra en una fase de desarrollo, por lo que actualmente no existe una metodología estandarizada para la separación de estos polímeros de muestras tomadas de la columna de agua, de la superficie del agua o de sedimentos. Al respecto, ^{Prata et al. (2018)} mencionan que el filtrado o tamizado es el método más frecuente en la separación de MP de muestras de agua; ya que el tamaño de los poros o de la malla permite determinar el tamaño más bajo de los MP a detectar. En el presente estudio la filtración de cada muestra se hizo mediante vacío y se utilizaron filtros Millipore con poros de 0.45 μm de diámetro. Con el fin de evitar contaminaciones cruzadas se utilizaron filtros de ultra celulosa ya que el uso de filtros de nylon contradice las recomendaciones de minimizar el uso de materiales plásticos a la hora de realizar determinaciones. Los filtros con el material retenido se almacenaron en papel aluminio dentro de un recipiente hermético a temperatura ambiente.

Identificación de microplásticos

Cada uno de los filtros fueron observados utilizando un microscopio estereoscópico (Nikon modelo SMZ 745) para identificar y cuantificar (abundancia) las partículas de MP. El criterio para la identificación de MP se basó en la ausencia de estructuras celulares u orgánicas; un espesor homogéneo de las partículas y colores y brillo homogéneos (^{Lusher et al. 2017}). Adicionalmente, se aplicó la técnica conocida como hot needle, que consistía en aplicar la aguja caliente a las partículas para asegurar si era material plástico (^{Pizzurro et al. 2022}, ^{Mengatto y Hanae 2022}). Los MP fueron contados y clasificados según su morfología, además se registró el color de cada partícula microplástica. Los MP fueron reportados en número de partículas por volumen de agua (partículas L^-1).

Relación entre actividades humanas y abundancia de microplásticos

Como un proxi de que las actividades humanas tengan relación con el número de partículas (L^-1) de MP en el agua de las muestras colectadas, se eligieron las variables del número total de población por municipio y la distancia (metros) a la ciudad más cercana de los sitios de muestreo. La información fue obtenida del Censo de Población y Vivienda 2020 (^{INEGI 2020}). La información se espacializó en un Sistema de Información Geográfico (QGIS versión 3.14.1-Pi) y se realizaron los análisis espaciales para extraer valores raster a puntos y se creó una matriz de distancia entre las ciudades y los sitios de muestreo.

Análisis estadístico

Se utilizó el análisis multivariante permutacional de varianza de una vía (PERMANOVA, ^{Anderson et al. 2008}) para determinar diferencias estadísticamente significativas de la variable abundancia de MP (partículas L^-1) entre el agua de pozos y de cenotes. La prueba se realizó con 9999 permutaciones bajo la suma de cuadrados (SS) de Tipo III y un modelo reducido para generar un estadístico F permutado y un valor de p. Los análisis se realizaron con el software PRIMER 6 & PERMANOVA+ (^{Anderson et al. 2008}).

Para determinar si existe efecto antropogénico (proxi) con el número de partículas (L^-1) de MP en el área de estudio se realizaron dos regresiones lineales. Una regresión entre el número de partículas (L^-1) de MP y el número de población del municipio y otra regresión entre el número de partículas (L^-1) de MP y la distancia a la ciudad más cercana de cada sitio de muestreo. Los análisis se realizaron en el programa R (^{R Core Team 2013}).

Abundancia de los microplásticos

Todas las muestras de agua subterránea colectadas contenían partículas de MP con una concentración mínima de 10 y máximo de 936 partículas L^-1, con media de 102.8 ± 210.8 partículas L^-1. En muestras de agua subterránea obtenidas en pozos la abundancia media fue de 42.7 ± 37.3 partículas L^-1, con concentración mínima de 10 partículas L^-1 y máxima de 122 partículas L^-1. Mientras que, en cenotes, la abundancia media fue de 233 ± 356.4 partículas L^-1. En general, los cenotes tuvieron las concentraciones más altas en comparación con los pozos (Tabla 1). Sin embargo, el análisis de PERMANOVA indicó que no existe diferencia significativa (F permutado = 1.3823; p = 0.247) entre la abundancia de microplásticos (partículas L^-1) en el agua entre pozos y cenotes. El que no existan diferencias en cuanto a la presencia de microplásticos en torno a que si el agua se encuentra en un pozo o en un cenote tiene su fundamento en que en toda la PY la única fuente de agua es subterránea (^{Bauer-Gottwein et al. 2010}). La presencia de MP se ha relacionado con la urbanización, que es una de las variables fundamentales en la distribución espacial de MP en el agua de pozos y cenotes (^{Lin et al. 2022}). Al respecto ^{Laskar y Kumar (2019)} mencionan que la contaminación plástica se origina principalmente en el área urbana y suburbana. Los resultados del presente estudio sugieren que los asentamientos humanos son posibles zonas de entrada de MP al agua subterránea, ya que se observa que las concentraciones de MP altas se ubican dentro o en las inmediaciones de poblaciones. En relación con la densidad poblacional se ha identificado una correlación positiva con la concentración de MP en cuerpos de agua (^{Ma et al. 2022}). Se encontró una correlación positiva entre en el incremento del número de partículas (L^-1) de MP tanto con el incremento de número de población del municipio y la distancia a la ciudad más cercana de cada sitio de muestreo, lo que reafirma lo encontrado por otros autores. Al realizar una espacialización de la información de los sitios con mayor concentración de MP y la densidad poblacional por municipio en el área de estudio, se manifiesta una tendencia directamente proporcional entre la concentración de MP y la densidad poblacional (individuos km^-2), por lo que se confirma que las actividades antropogénicas son la mayor fuente de MP en el acuífero de la PY, como se ha reportado en otros trabajos (^{Browne et al. 2011}, ^{Lin et al. 2022}). Un factor que probablemente esté favoreciendo la presencia de MP en las muestras de agua subterránea colectadas es la vulnerabilidad intrínseca del sistema kárstico en la PY. Debido a que el sistema kárstico es heterogéneo, anisotrópico y presenta dolinas (llamados localmente cenotes), sumideros, hoyos, fisuras y fracturas (^{Molerio-Leon 2004}, ^{Antigüedad et al. 2007}), estas geoformas se conectan directamente con el acuífero lo que propicia nula o mínima atenuación de contaminantes, entre ellos los emergentes como los MP, incrementando con ello la vulnerabilidad del agua subterránea e influyendo en cambios en las características del agua y una posible afectación de su calidad (^{Aguilar et al. 2016}). Al respecto, ^{Samandra et al. (2022)} sugieren que los MP ingresan al sistema de aguas subterráneas por la alta permeabilidad del suelo. Así mismo, ^{Panno et al. (2019)} identificaron que la topografía kárstica permite el movimiento de MP con forma de fibras hacia los sistemas de flujo de agua subterránea y asociaron la fuente de origen a los efluentes sépticos circundantes a su zona de estudio e identificaron a las escorrentías superficiales como una fuente potencial de MP. Debido a que los cenotes (dolinas) generalmente son abiertos y promueven la conectividad entre el agua subterránea y la superficie, puede generar que muchos elementos como los MP lleguen de manera directa al agua subterránea. En la PY existen cenotes abiertos localizados dentro de las localidades y son conocidos como cenotes urbanos (CU). Estos cenotes debido a su característica de abiertos probablemente están mediando el ingreso directo de los MP al acuífero, ya que muchos de estos CU son utilizados como depósitos de basura (^{Arcega-Cabrera et al. 2021}). Algunos cenotes cercanos a zonas arqueológicas, localidades o sitios turísticos son utilizados con fines recreativos (^{Reul et al. 2015}), lo que podría favorecer a la contaminación por MP debido al desprendimiento de fibras sintéticas textiles de bañadores o por la fragmentación a largo plazo de plásticos como visores, aletas, entre otros.

Características morfológicas de los microplásticos

Las partículas de MP se presentaron en tres formas: fragmentos (formas irregulares), fibras y circulares o esféricas (Figura 2, Tabla 2), siendo las fibras la forma más abundante. En cuanto a la característica de color se registraron seis diferentes tipos de color: azul, negro, rojo, morado, rosa y blanco, este último fue el color más abundante en todas las partículas de MP con un 51.3% (Tabla 2). Solo las fibras fueron observadas en todos los sitios de muestreo y se presentaron en los seis colores (azul, negro, rojo, morado, rosa y blanco). Todos los fragmentos registrados presentaron forma irregular, en el caso de los cenotes se registraron los seis colores, mientras que en los pozos se registraron fragmentos de forma irregular de color azul, negro, morado y blanco. Las partículas circulares o esféricas solo representaron en el 1% de las muestras de MP y solo se presentaron de color rojo en los pozos y de color blanco en los cenotes. Se identificaron tres formas de microplásticos y la forma más abundante fue la fibra (94%). Algunos trabajos han reportado que las formas dominantes en aguas subterráneas suelen ser las fibras y pellets (circulares) (Harttman et al. 2019). Lo anterior, está acorde a lo encontrado por ^{Panno et al. (2019)} donde todas las partículas de MP en el acuífero kárstico de Illinois fueron fibras. Por otra parte, en las aguas subterráneas y superficiales de la costa sur de la India, las fibras junto con las espumas representaron entre el 62 y 90% de MP en las muestras (^{Selvam et al. 2021}). De acuerdo con los resultados obtenidos, la mayor presencia de fibras y en menor cantidad de formas circulares o esféricas, implica que podrían estar relacionadas con aguas residuales, ya que los MP de forma circulares o esféricas son altamente utilizados en artículos de cuidado personal o cosméticos (^{Guerranti et al. 2019}). En contraste, las fibras están asociadas a aplicaciones textiles donde los procesos de lavandería doméstica pueden desprender fibras sintéticas. Estas, al ser partículas con un tamaño diminuto no son filtradas en las plantas de tratamiento y se vierten a través de las aguas residuales (^{Andrady 2011}, ^{Re 2019}). Aunque los fragmentos fueron los que se reportaron en menor cantidad, estos suelen estar asociados a empaques y residuos plásticos (^{Chia et al. 2021}) que tras su exposición a diferentes factores ambientales comienzan a fragmentarse, generando así MP secundarios.

Figura 2 Diferentes formas y colores de microplásticos: a), b), c) y d) fibras; e) circulares o esféricas; f) y g) fragmentos. 

Para el color, el blanco fue el más abundante en el presente estudio con 51.3%, esta misma tendencia también se ha visto en los trabajos realizados por ^{Ma et al. (2022)}. Al respecto, ^{Brarath et al. (2021)} atribuyen la dominancia del color blanco en sus muestras al proceso de degradación y exposición a la intemperie que interviene durante un largo periodo transformando los colores originales en blanco. Por lo cual, el color de los MP podría ser un indicador de la edad del polímero (^{Turner y Holmes 2011}). Por otra parte, los MP blancos también pueden originarse de productos producidos originalmente de este color, como bolsas de plástico (^{Stolte et al. 2015}). Además, se encontraron MP en una amplia gama de colores (azul, negro, rojo, morado y rosa), lo que indica que provienen de varias fuentes y productos (Zhou et al. 2020). Estos colores también han sido reportados en menores porcentajes por varios autores (^{Panno et al. 2019}, ^{Shruti et al. 2019}, ^{Brarath et al. 2021}, ^{Selvam et al. 2021}).

Relación entre actividades humanas y abundancia de microplásticos

En los sitios de muestreo que se ubicaban dentro de áreas urbanizadas o muy cercanas a estas se encontraron concentraciones mayores a 100 partículas L^-1 (Figura) 3). Los sitios que registraron concentraciones entre 10 y 20 partículas L^-1 se encontraban un poco más retirados de asentamientos humanos. Las concentraciones mayores a 100 partículas L^-1, a excepción de los sitios C2 y P3 (Tabla 1), tienen una densidad poblacional mayor a 100 individuos-km²; mientras que los sitios de muestreo con concentraciones menores a 20 partículas L^-1 tienen una densidad poblacional menor a 30 individuos-km². Es importante señalar que los sitios C2 y P3 aunque se encuentran en municipios con una densidad menor a 30 individuos-km^-2, los dos sitios de muestreo se encuentran dentro de asentamientos poblacionales, el C2 se ubica dentro del poblado de Leona Vicario y el sitio P3 se encuentra a 4 500 m del poblado de Panabá (5 318 habitantes). Aunque el análisis de regresión indica una tendencia (p < 0.05) en el incremento del número de partículas (L^-1) de MP tanto con el incremento de número de población del municipio y la distancia a la ciudad más cercana de cada sitio de muestreo, los valores del coeficiente de correlación fueron de 0.21 y 0.29. Algunas de las fuentes potenciales que pueden proveer MP al agua subterránea de la PY, pueden ser la basura antropogénica, pozos de inyección (^{Re 2019}), pozos de absorción, drenaje, fosas sépticas en malas condiciones (^{Panno et al. 2019}), escurrimiento superficial e infiltración (^{Samandra et al. 2022}). La inyección directa de agua contaminada al sistema subterráneo puede ocurrir en los pozos de inyección de aguas negras. Algunas localidades de la PY aún no cuentan con drenaje, por lo que algunos hogares cuentan con fosas sépticas, las cuales al estar mal diseñadas pueden representar un alto riesgo de contaminación por MP. Para realizar un análisis de las posibles fuentes se debe tomar en cuenta la eliminación indiscriminada de plásticos, ya que, con el tiempo, tienen el potencial de degradarse en MP secundarios (^{Cole et al. 2011}).

Figura 3 Concentración de microplásticos registrados en el acuífero de la península de Yucatán, México. 

Se detecta la presencia de MP en el acuífero kárstico de la península de Yucatán, la mayor concentración se registró en cenotes cercanos a asentamientos urbanos como la ciudad de Cancún, Puerto Morelos y Leona Vicario. La fibra fue la más abundante y se encontraron en más del 90% de las muestras de agua, lo que sugiere que las posibles fuentes de origen de MP son efluentes de aguas residuales.

Los colores blanco y azul de las partículas de MP fueron los más abundantes (89.5%). Se encontró la presencia de MP en todas las muestras de agua subterránea evaluadas. El siguiente paso es caracterizar a que tipos de polímeros corresponden estos MP. El presente estudio aporta información de la presencia de MP en el agua subterránea. Es importante realizar más investigaciones que permitan identificar las principales fuentes de emisión.