Metales pesados y medio ambiente

La contaminación por metales pesados es un ejemplo de cómo los ecosistemas se pueden degradar hasta prácticamente desaparecer, siendo prácticamente imposible su recuperación. A pesar de presentarse de manera natural en la corteza terrestre, la toxicidad que provocan estos elementos afecta a todo tipo de organismos, incluyendo al ser humano, por lo que su estudio es de vital importancia para proteger nuestra salud y la del medio que nos rodea.

Repasando conceptos

En primer lugar, el término "metal pesado" puede resultar un tanto ambiguo, ya que por un lado podríamos definirlo estrictamente como todo elemento metálico con peso atómico superior al del hierro (55,9 g/mol). Sin embargo, si vamos a hablar de medio ambiente, esta definición es problemática, ya que estaríamos excluyendo a otros metales potencialmente contaminantes, como el manganeso, el cromo o el vanadio. Del mismo modo, también dejaríamos fuera a otros elementos no metálicos como el arsénico pero con un comportamiento químico similar a los metales, y que también podrían suponer una amenaza para la salud humana o los ecosistemas. Por este motivo, en este artículo abordaremos la definición amplia de "metal pesado", centrándonos en su presencia en la naturaleza y su implicación en la salud y el medio ambiente. Concretamente, los elementos a los que nos referiremos son los siguientes: cadmio, mercurio, plomo, manganeso, cromo, cobalto, níquel, cobre, zinc, plata, talio, antimonio y arsénico (estos dos últimos son metaloides).

A continuación, recorreremos el camino que siguen estos elementos por procesos naturales, desde la corteza terrestre hasta los mismos tejidos de los seres vivos.

De las rocas al medio

Es posible encontrar estos elementos en la naturaleza, principalmente asociados a rocas y minerales, ya sea como metal puro o formando compuestos con otros elementos. Es común encontrarlos en forma de sulfuros, y algunos ejemplos de minerales con metales pesados incluirían la calcopirita (con cobre), la arsenopirita (con arsénico) o el cinabrio (con mercurio).

Arsenopirita. James St. John

Una vez expuestas a factores ambientales como el agua, el viento o la actividad microbiológica, las rocas son degradadas lentamente por varios procesos físicos y químicos, de modo que los metales son liberados y transportados hacia cursos de agua, aguas subterráneas o suelos. Estos procesos se producen lentamente, por lo que pueden pasar años o décadas para obtener mediciones observables a partir de la meteorización de una roca con estos elementos.

Del medio al organismo

La peligrosidad de los metales pesados radica del hecho de que pueden ser directamente absorbidos por ciertos organismos, incorporándose a los tejidos mediante el proceso de bioacumulación.

Cañuela roja, una gramínea metalófita. USDA

Normalmente, en un ecosistema, los primeros en absorber metales pesados son plantas, hongos o microorganismos, que normalmente entran en contacto directo con los suelos o las aguas contaminadas, sin embargo, estos elementos pueden trasladarse a otros niveles de la cadena trófica, como animales.

Muchas especies están adaptadas a la presencia de metales pesados en sus tejidos, en el caso de las plantas, estas especies se denominan "metalófitas". Es importante mencionar que muchos de estos elementos son nutrientes esenciales que cumplen diversas funciones en el organismo, sin embargo, una concentración excesiva puede llegar a interferir con procesos metabólicos y provocar serios daños sobre el individuo y el ecosistema.

Tomemos como ejemplo una planta que se desarrolla en un suelo con altas concentraciones de cobre: A través de las raíces, esta planta absorberá el agua y los nutrientes necesarios para realizar sus funciones metabólicas (nitrógeno, calcio, fósforo, potasio, etc.), sin embargo, a estos nutrientes hay que sumarles una cierta cantidad de cobre presente en el suelo, que también será incorporado por la planta. A pesar de ser un nutriente necesario para la planta, a medida que la concentración de cobre supere cierto umbral, comenzarán a manifestarse algunos síntomas que nos indican que la planta tiene problemas de toxicidad. En este caso, el principal problema es sencillo: el cobre sustituye al magnesio en las moléculas de clorofila, por lo que la actividad fotosintética se verá perjudicada. De este modo, comenzaremos a observar que las hojas se marchitan, el crecimiento de las raíces se reducirá, y es posible que muchas plantas no puedan sobrevivir bajo estas condiciones. Si el suelo tiene altas concentraciones de estos metales, se puede dar el caso de que la vegetación no se pueda desarrollar, y solamente las especies adaptadas (metalófitas) podrán colonizar este suelo.

Por suerte para los humanos, el cobre no suele provocar efectos tan graves en los animales como en las plantas, sin embargo, imaginemos que en el ejemplo anterior hubiésemos tratado con arsénico en lugar de cobre. La planta hubiese absorbido este elemento de la misma manera, incorporándolo a sus tejidos. Ahora consideremos que dicha planta es una hortaliza y una persona la cosecha para su consumo, alimentándose de estas plantas durante años. El arsénico es considerado un elemento cancerígeno, es decir, una exposición prolongada a este elemento podría aumentar significativamente la probabilidad de que esta persona termine desarrollando un cáncer (en toxicología, los compuestos se pueden clasificar en cancerígenos y no-cancerígenos).

¿De qué depende su peligrosidad?

¿Qué es lo que hace que los metales pesados puedan ser tan peligrosos? Evidentemente, tenemos que examinar el contexto en el que nos encontramos, ya que, bajo diferentes condiciones, el mismo elemento puede suponer un riesgo mayor o menor. En primer lugar, debemos tener en cuenta la forma química en la que se encuentre el metal, ya que no todas las formas químicas están igual de disponibles para las plantas. Por ejemplo, si el cobre está en forma mineral (como la calcopirita), será prácticamente inaccesible para la planta, sin embargo, si el cobre está en una forma soluble, la planta podrá absorberlo fácilmente en sus raíces. Generalmente, cuanto más soluble sea el compuesto, la peligrosidad será mayor.

Además, si el metal se encuentra en formas químicas solubles, podrá ser transportado hacia aguas subterráneas o cursos de agua, afectado a todos los organismos que habiten en estas aguas o que las consuman.

Por supuesto, existen muchos factores que determinan la peligrosidad de los metales, incluyendo el pH del suelo, el contenido en arcillas, la mineralogía, la presencia de materia orgánica o la salinidad. Obteniendo datos sobre todos estos factores, podríamos diagnosticar el comportamiento de los metales pesados en el ambiente y sus posibles efectos negativos sobre los organismos expuestos.

De qué manera intervenimos

Anteriormente, hemos comentado la manera en la que los metales pesados se liberan de manera natural, es decir, por la degradación de rocas y minerales a lo largo del tiempo. Es raro que en la naturaleza se rebasen los umbrales de toxicidad, sin embargo, la cantidad de metales pesados liberados al medio por procesos naturales es prácticamente insignificante, comparada con la cantidad que se libera por actividad humana.

Quizá la minería sea una de las principales fuentes de contaminación por metales pesados, especialmente cuando no se gestiona de manera adecuada, ya que en muchas ocasiones se pueden producir grandes acumulaciones de material contaminante en las escombreras.

Este material no es aprovechable económicamente, pero contiene grandes concentraciones de metales que pueden impedir que la vegetación se desarrolle y el ecosistema se recupere de manera natural. Por este motivo, si no se realiza una restauración adecuada de las explotaciones mineras, es posible que la contaminación por arsénico, mercurio o cobre bloquee completamente la regeneración del ecosistema original.

Se pueden citar otras actividades como la agricultura, donde se emplean fertilizantes orgánicos, enmiendas y lodos de depuradoras, además de aguas de riego que pueden estar contaminadas con estos elementos. Generalmente, los residuos producidos por las industrias también pueden suponer problemas de contaminación por metales pesados.

Abordando el problema

El problema de los metales pesados es que son persistentes, no se pueden degradar. En el caso de la contaminación por compuestos orgánicos (como los hidrocarburos), sería posible degradarlos a formas no tóxicas, sin embargo, esto no ocurre con los metales pesados. Por este motivo, si nos encontramos ante un espacio contaminado con un metal pesado, tenemos las siguientes opciones:

a. Extraer todo el material contaminado: En el caso de un suelo contaminado, tendríamos que mover grandes masas de tierra que tendría que ser posteriormente tratada o almacenada de alguna manera.

b. Inmovilizar el metal: Esto se puede lograr aplicando compuestos como materia orgánica o caliza, que impedirían que los metales sean transportados por el agua hacia otros lugares. Otro modo es colocar barreras para confinar el emplazamiento contaminado. Las plantas también pueden utilizarse para este fin, sobretodo las especies adaptadas a los metales pesados y que son capaces de inmovilizarlos en sus raíces (en este caso, la técnica se denomina fitoestabilización.

c. Extraer el metal: Esto se puede realizar mediante un lavado del suelo con distintos compuestos o bien mediante el uso de plantas, en el proceso conocido como fitoextracción, en el cual se emplean plantas resistentes a los metales pesados para que absorban estos elementos y puedan ser posteriormente retirados.

Si quisiéramos profundizar en las técnicas empleadas para descontaminar suelos con metales pesados, podríamos escribir páginas y páginas de información. Muchas de estas tecnologías son extremadamente costosas, por lo que la prevención suele ser la mejor opción para tratar con la contaminación por metales pesados. La fitorremediación, es decir, el empleo de plantas para reducir los efectos de la contaminación, es un tema interesante dentro del contexto de los metales pesados, ya que es una tecnología relativamente más barata y con una mayor aceptación social y ambiental, aunque sería conveniente dedicar un artículo para hablar específicamente de esta técnica y cómo se puede aplicar.

Dado que gran parte de los alimentos que consumimos pueden estar expuestos a estos elementos, es importante monitorizar la presencia de metales pesados a lo largo de la cadena trófica. Además, los ecosistemas pueden verse fuertemente alterados como consecuencia de esta contaminación, por lo que la investigación en este ámbito puede ser clave para nuestra salud y la conservación de los recursos naturales.