El agua subterránea es un recurso vital para los seres humanos y constituye el principal suministro de este líquido para más de 1500 millones de personas alrededor del mundo. Las aguas subterráneas en Yucatán es la principal fuente de abastecimiento de este líquido; sin embargo, la alta permeabilidad del material geológico hace que el acuífero sea vulnerable a la contaminación.

El riesgo de contaminación de acuíferos puede determinarse considerando la interacción entre las cargas contaminantes subsuperficiales y la vulnerabilidad del acuífero.  La clase de vulnerabilidad moderada ocupa la mayor extensión. Las zonas de alta peligrosidad y zonas de alto riesgo se encuentran ubicadas principalmente en la zona metropolitana de Mérida.

Los acuíferos están experimentando una creciente contaminación causada por la urbanización, el desarrollo industrial, las actividades agrícolas y la minería. Una vez que el acuífero se contamina, la implementación de las técnicas para la detección, el monitoreo y la remediación de la contaminación es un proceso complejo, costoso y parcialmente efectivo; por lo cual se ha dado gran énfasis a la prevención de la contaminación, la cual varía espacialmente.

Por ello es necesario enfocar los esfuerzos, las tecnologías y las estrategias a las áreas más amenazadas; además cabe destacar que todos de una y otra manera contaminamos; no hay un solo responsable; por eso entre todos viendo también la necesidad del progreso, desarrollo y bienestar, hagamos conciencia y unidos buscar los satisfactores. Los ambientalistas también sean propositivos y aporten y no sólo busquen frenar u obstaculizar los avances en las comunidades; es el momento de unir todo por el bien del medio ambiente y el desarrollo que puedan converger por el bien del ser humano y de las ciudades y comunidades en crecimiento.

Con esta misma finalidad nos centramos en el diseño de un estudio ambiental para la determinación de cadmio en las aguas subterráneas del estado de Yucatán. Por Julia Pacheco Ávila, Armando Cabrera Sansores, Manuel Barceló Quintal, Ligia Alcocer Can, Mercy Pacheco Perera; el Conacyt, que financió el proyecto “Diseño de un estudio ambiental para la determinación de cadmio en el agua subterránea del estado de Yucatán”, clave 67654.

Se destaca que el agua subterránea es la fuente de abastecimiento más utilizada en México y se extrae por medio de pozos perforados. En algunos lugares del país, las profundidades pueden ser mayores de 600 m.

Asimismo, la recarga del agua subterránea puede ser muy lenta (de decenas a cientos de años) lo que implica a veces un serio problema para las grandes ciudades que sobreexplotan el acuífero. Aunado al problema de abastecimiento de agua, se tiene otro más grave: la contaminación natural o antropogénica. Desde la revolución industrial, los desperdicios de la sociedad aportan gran cantidad de elementos tóxicos al agua y esto produce cantidades anómalas de elementos contaminantes en el agua (principalmente subterránea). Por increíble que parezca, sólo se necesitan unos miligramos de algunos elementos para ser contaminantes.

El estado de Yucatán, México, presenta un ambiente cárstico caracterizado por la presencia de cavernas, cenotes, vegetación caducifolia, por una pequeña pendiente topográfica del terreno. Como única fuente de agua, cuenta con un sistema de acuíferos frágiles consistentes en agua dulce flotando sobre agua salina, el cual es susceptible de ser alterado por acciones antropogénicas. La fuente de abastecimiento de agua en el estado de Yucatán es el agua subterránea, por lo que es importante conocer y cuidar su calidad.

Contaminación más grave y dañina a la salud; el cadmio

Dentro de las sustancias consideradas contaminantes están los metales traza, debido a que en concentraciones por arriba de los límites permitidos pueden ocasionar daños a la salud.  En lo que respecta a la calidad química de las aguas subterráneas para fines de abastecimiento público; los niveles de metales trazas, en este caso de cadmio (Cd), son considerados un parámetro indicativo de contaminación, ya que en concentraciones elevadas pueden ocasionar deterioro del agua subterránea y problemas de salud muy graves al ser humano.

El cadmio es un metal pesado asociado con la actividad antrópica, pues se utiliza en muchos procesos industriales, como la galvanoplastia, la elaboración de baterías, los plaguicidas, los fertilizantes y los plásticos.

Además, está documentado que el cadmio ocasiona numerosas afecciones al organismo en los sistemas cutáneo, gastrointestinal, renal, hepático, óseo, inmunológico, cardiovascular y reproductor.

Estudios realizados por Pacheco (2004b), utilizando las técnicas de determinación de cadmio establecidas en las normas mexicanas y la comparación de sus datos con los límites permisibles, mostraron la presencia de cadmio en el agua subterránea. Los valores encontrados fueron clasificados en dos grupos: el primero, con concentraciones menores de 0.02 mg/l que fue el límite de detección y que pudieron o no cumplir con el límite establecido para el cadmio en la Norma Oficial Mexicana (nom) que es de 0.005 mg/l; y el segundo, con concentraciones entre 0.021-0.062 mg/l, valores que excedieron el límite permisible en 72% de las muestras analizadas.

Por lo anterior, se propone la realización de un protocolo que contemple: a) el control y el aseguramiento de la calidad del procedimiento analítico normado para la determinación del cadmio, que es uno de los principales cuestionamientos científicos, dada la complejidad del método para asegurar la confiabilidad de los resultados obtenidos, y b) el desarrollo de un protocolo de muestreo que incluya la planeación cuidadosa de los procedimientos de colección, manejo y transferencia de las muestras de agua, así como la localización y frecuencia del muestreo con base en la consideración de los resultados del estudio realizado como un muestreo preliminar.

Contaminación del agua subterránea, los metales traza, como el cadmio, existen en aguas subterráneas debido al efecto de las actividades volcánicas, de la erosión, de los escapes de depósitos profundos y superficiales, de las rocas, por extracción y purificación de minerías, por la fundición y por la combustión de carbón y petróleo; por la producción y uso de productos industriales que contienen metales; las actividades agrícolas y pecuarias; los sitios de disposición final de químicos tóxicos; por los cementerios, los derrames accidentales de químicos, los pozos de inyección y por la lixiviación en los rellenos sanitarios (Cárdenas, 2001; Chi et al., 2006).

El impacto de la contaminación de las aguas subterráneas depende de la magnitud del elemento traza que entra (como elemento simple o múltiple), de la duración de la entrada, de la forma física y química, y de los químicos asociados. Dichos factores determinarán la concentración del elemento en el agua, su disponibilidad relativa, el transporte y su toxicidad. El factor más importante es la forma química en que exista el elemento en solución, lo cual a su vez dependerá del pH, de la solubilidad, de la temperatura, de la naturaleza de las otras especies químicas presentes y de otros factores del agua subterránea (Chi et al., 2006; Fifield y Haines, 2000; Price, 2003).

Los perfiles naturales del suelo atenúan activamente muchos, aunque no todos, los contaminantes del agua. Adicionalmente, la dispersión hidrodinámica que acompaña al flujo de aguas subterráneas resulta en dilución de los contaminantes persistentes y móviles; especialmente en la zona saturada de los acuíferos. Habrá mezcla y más dilución en los pozos de extracción ya que, por lo general, éstos interceptan o inducen el flujo de agua subterránea a varias profundidades y direcciones, y no todos ellos estarán contaminados.

La preocupación por la contaminación de las aguas subterráneas se relaciona principalmente con los llamados acuíferos no confinados o freáticos, sobre todo en lugares donde la zona no saturada es delgada y el nivel freático, poco profundo. Por lo general, los abastecimientos de aguas subterráneas derivados de acuíferos más profundos y altamente confinados no serán afectados por la contaminación desde la superficie del suelo, salvo por los contaminantes más persistentes, y a muy largo plazo (Albert, 1990; Manahan, 1994).

La naturaleza cárstica del estado de Yucatán hace que el agua subterránea sea el único medio de abastecimiento y es muy vulnerable a la contaminación. En la mayoría de los sistemas de abastecimiento municipales, el uso del suelo en los alrededores es principalmente habitacional, agrícola y pecuario, por lo que el uso no controlado de agroquímicos y la disposición inadecuada de los desechos son considerados fuentes potenciales de la contaminación del agua subterránea (Ávila, 2006).

Cadmio en las aguas subterráneas

El cadmio es un metal pesado natural, raro y poco abundante. El cadmio ingresa al ambiente mediante diversas fuentes, tanto naturales como antropogénicas; las principales son lodos residuales; fertilizantes fosfatados y nitrogenados; industria de plateado y galvanizado; industria de esmaltado y vitrificado; minería del cinc, cobre, plomo y otros metales; industria de fundición de metales; incineración; industria de alimentos fosfatados para animales; actividad volcánica y rocas (Roberts, 1996).

Actualmente se sigue relacionando la contaminación por cadmio con este tipo de industria, y también con la combustión de basuras, con la combustión de carbón, con la industria del acero, con la producción de cementos y de fertilizantes fosfatados artificiales (Albert, 1990; Derache, 1990; epa, 2005b, y 2005a; Underwood, 1973).

El límite permisible de cadmio en aguas subterráneas para abastecimiento público, según la norma mexicana (nom-127- ssa-1994) es de 0.005 mg/l; dicho límite se refiere a su concentración total en el agua, la cual incluye al metal cadmio como material suspendido y el disuelto (epa, 2005a). Según la oms, la cantidad de cadmio en el agua de consumo humano debe ser inferior a 0.005 mg/l (5 µg/litro) y la media de consumo de cadmio semanal en una dieta normal está en un rango de 0.0028 – 0.0042 mg de Cd por kg de peso (2.8 a 4.2 µg/kg de peso) (oms, 1995 y 2000; Wright y Welbourn, 2002).

Investigaciones recientes señalan que la exposición a reducidas concentraciones de cadmio produce alteraciones en los huesos con consecuentes riesgos de fracturas. Esto, debido a que el cadmio puede interferir con el metabolismo del calcio, de la vitamina D y del colágeno; produciendo, a largo plazo, alteraciones tales como la osteomalacia y la osteoporosis (Staessen et al., 1999).

Estudios

Entre los estudios realizados en el estado de Yucatán referentes a la contaminación del acuífero por cadmio y al posible grado de afectación al acuífero por dicho metal figuran:

  • Trafford et al. (1994), quienes realizaron un estudio en la ciudad de Mérida en 1991 y determinaron la presencia de metales en el agua subterránea; entre ellos el cadmio, con concentraciones menores al límite de detección, y cuyo valor promedio fue de 0.03 mg/l.
  • Sauri y Comas (1995) evaluaron el acuífero entre 1990- 1991 y compararon sus resultados con los obtenidos en la misma zona entre 1981-1982. La presencia de cadmio no fue detectada en 51.6% de los pozos someros; el valor máximo obtenido fue de 17.6 µg/l, y correspondió al pozo somero número 8 durante el muestreo de julio de 1990, el cual fue el único que rebasó el límite de concentración recomendado por la oms para agua potable (5µg/l), por lo que se pensó que este punto estuvo sometido a un evento fuera de lo común durante ese mes. En el caso de los pozos profundos, ninguno rebasó el valor guía de la oms, pero sólo en 66% de los puntos de muestreo fue detectado, posiblemente porque el metal se precipitó por las características del acuífero; además, excepto en julio, los valores promedio de la concentración de cadmio en el agua de pozos profundos mayores a 18 m fueron mayores que los niveles encontrados en los pozos someros. En octubre de 1990 en que se detectó la concentración máxima; debido tal vez al fin de la temporada de lluvias que favoreció el arrastre del cadmio al acuífero.
  • Pacheco (2004a), cuyo objetivo fue delinear una zona de reserva hidrogeológica, en la que se encuentra el principal campo de pozos para el abastecimiento de agua potable de la ciudad de Mérida, Yucatán, reportó en 39 pozos muestreados durante la época de lluvia que la concentración promedio de cadmio fue de 0.02169 mg/l, con una desviación estándar de 0.03167, y con valores máximo y mínimo de 0.2 mg/l y 0.007 mg/l, respectivamente. En la temporada de estiaje se obtuvieron muestras de 44 pozos, cuyo promedio para el cadmio fue de 0.01832 mg/l, con una desviación estándar de 0.003751, y con valores máximo y mínimo de 0.03 mg/l y 0.012 mg/l, respectivamente. Los estudios reportados demostraron la presencia de cadmio en el agua subterránea. En concentraciones que, en algunas ocasiones, rebasan el límite permisible y que hacen necesario realizar más estudios al respecto.

Región de estudio. El estado de Yucatán se encuentra situado al sureste de México, en el norte de la Península de Yucatán (mapa 31.1). Según el 354 retos de la investigación del agua en México sistema de Köppen modificado por García (1981), el clima del estado de Yucatán es tropical cálido subhúmedo con lluvias en verano. Presenta una estacionalidad marcada y se distinguen tres épocas: nortes, secas y lluvias. La temperatura promedio del lugar es de 26°C (16.2-35.6°), con precipitación anual de 500 mm noroccidental, 900-1,100 mm sur oriental (Inegi, 2002).

El estado de Yucatán carece de corrientes superficiales; así, gran parte de las abundantes precipitaciones pluviales se evapotranspira y el resto se infiltra en el manto subterráneo a través de fracturas, oquedades y conductos cársticos en las calizas que se encuentran a diferentes profundidades del subsuelo.

El acuífero de Yucatán es de tipo libre, aunque existe una banda a lo largo de la costa de alrededor de 5 a 30 km de ancho, con características de acuitardo y la presencia de substrato arcilloso en la zona sur del estado.

El agua subterránea está normalmente saturada con respecto a la calcita, pero cerca de la línea de costa se combina con agua salina; resultando una mezcla insaturada que propicia disoluciones de carbonatos y ensanchamiento de fracturas (Conagua, 2004). Se trata de un solo acuífero con marcada heterogeneidad respecto a sus características hidráulicas; por lo tanto existe un solo manto freático, pero que presenta variaciones en la calidad del agua en forma estratificada.

La calidad del agua dulce y tolerable se encuentra en la mayor parte del estado; la salada se localiza al suroeste y adyacente a las costas (Inegi, 2002). Es una cuenca hidrológica abierta en condiciones naturales. En la porción central se aprecia una zonificación horizontal en su calidad; en la parte superior se tiene agua dulce con un espesor cercano a los 40 m, la cual descansa sobre una zona de mezcla o interface salina, y a una profundidad aproximada de 60 m comienza el agua salada (Villasuso, 1980).

Las profundidades de los niveles estáticos varían de acuerdo con su lejanía de las costas; pues entre éstas y Mérida tienen de 1 a 5 m; entre Mérida y el Cordón Puuc, de 10 a 30 m; y después de éste, de 60 a 100 m (Conagua, 2004). La dirección del flujo está regida por la compleja morfología subterránea representada por las fisuras; por las galerías de diversas formas y diámetros, por intersticios, por planos de estratificación; sin embargo, se puede afirmar que el flujo es radial a partir del sur del estado hacia las costas con direcciones preferenciales SE-NW, S-N y SW-NE, en un medio cavernoso altamente complicado (Inegi, 2002).