La contaminación por mercurio en las vías fluviales de California representa una amenaza tanto para el medio ambiente como para la salud humana. Este metal pesado de origen natural puede liberarse al medio ambiente a partir de fuentes geológicas naturales, pero lo más común es que se produzca en operaciones mineras antropogénicas. Este metal representa una amenaza no solo por sus efectos sobre los organismos, sino también por la dificultad de eliminarlo de las vías fluviales y la dificultad para detectarlo de manera eficiente. Las raíces del envenenamiento por mercurio en las vías fluviales comenzaron con la minería histórica de oro en los lechos fluviales y las laderas de California; desde la Fiebre del Oro de California , el mercurio se ha utilizado para la extracción de oro por su capacidad como catalizador del metal precioso. Debido al proceso de extracción y lavado, el mercurio utilizado se quemaba en forma de vapor peligroso o se arrastraba hacia los flujos de agua, lo que provocaba una contaminación generalizada de los sedimentos de los ríos y lagos. El mercurio continúa liberándose hoy en día a través de fuentes antropogénicas, aunque las agencias estatales y federales trabajan para gestionar y prohibir estas prácticas y mitigar su efecto sobre el medio ambiente y las personas. Muchos cuerpos de agua en el estado de California tienen advertencias sobre el consumo de pescado debido al contenido de mercurio.
Históricamente, la fiebre del oro representa el comienzo de la contaminación por mercurio en las vías fluviales de California, así como una plétora de problemas relacionados con el agua. La fiebre del oro de California se remonta al descubrimiento de oro por parte de James Marshall el 24 de enero de 1848 en la propiedad de John Sutter . [1] Marshall era un carpintero que ayudó a construir el aserradero de Sutter para Sutter, y la noche anterior al icónico descubrimiento de oro, Marshall desvió agua del río American a través del aserradero que estaba construyendo para lavar la grava suelta y la suciedad. A la mañana siguiente (24 de enero de 1848) descubrió motas metálicas donde el agua del río fluía a través del aserradero. Pensó que era oro de inmediato, pero no lo buscó hasta que se completó el aserradero de Sutter. [1]
Cuando Marshall descubrió oro en la primavera siguiente, comenzó la mayor fiebre del oro de la historia de Estados Unidos. En ese breve año, la población no indígena aumentó de 14.000 a 100.000 personas. [1] La población aumentó nuevamente hasta 250.000 en el año 1892. [1]
Aunque inicialmente se extraía fácilmente de los sedimentos del río mediante la extracción y el ensilado del suelo y la grava del río, también se desarrolló el método de arrastre de fondo para extraer más oro a la vez. A medida que aumentaron la cantidad de mineros y la tasa de minería, el oro de placer de fácil recolección se volvió más escaso y se desarrollaron nuevas técnicas de minería para extraer oro de manera más eficiente de los ríos y el oro de veta más difícil de alcanzar. [2] Uno de los métodos principales, y también el más destructivo, fue la minería hidráulica. Esto implicaba redirigir el agua del río hacia un canal estrecho, hacia una gran manguera de lona y una boquilla de hierro. Luego, estos cañones de agua, que se llamaban monitores, disparaban un chorro de muy alta presión que rompía las laderas. El agua, el lodo y los escombros, principalmente grava, fluían sobre grandes compuertas y túneles de drenaje. [3] Una de las herramientas más útiles para aumentar la recolección de oro fue el uso de mercurio, que impulsó el uso masivo y la minería de mercurio en respuesta.
Históricamente, el mercurio, también llamado "azogue", se utilizaba durante el proceso de minería. [2] Durante la minería hidráulica, cuando el agua, el lodo y los escombros fluían por las compuertas y los túneles de drenaje, las partículas también se mezclaban con mercurio líquido. [3] El mercurio se utilizaba durante el período de extracción durante el proceso de minería. El mercurio se utilizaba para atraer el oro y, a veces, la plata del mineral de la mina, para su extracción. [4] El uso más común del mercurio para la extracción era un proceso llamado amalgamación de mercurio.
El proceso consiste en mezclar el mercurio con el limo o mineral de la mina, y luego el mercurio se adhiere al oro, separándose así del mineral y del limo, formando una pieza sólida de amalgama de mercurio y oro. [5] La separación adicional del limo y el mineral se realiza lavando el mineral con agua hasta que solo quede la amalgama. El siguiente paso del proceso es separar el oro real del mercurio, ahora inútil. Para ello, los mineros calientan la amalgama de mercurio y oro a alta temperatura para vaporizar el mercurio y dejar solo el oro, tan deseado. [5] La vaporización del mercurio requiere una temperatura de al menos 357 °C. [6] Además de la amalgama de mercurio y oro, también hay algunos residuos de mercurio en el limo y el mineral que se lavaron, a veces denominados relaves mineros. Cuando se eliminan estos relaves mineros y durante el proceso de lavado, grandes cantidades del mercurio restante a menudo contaminan y se infiltran en los ecosistemas locales y especialmente en las vías fluviales alrededor y río abajo de los sitios mineros. [3] Hubo una pérdida de 10-30% del mercurio utilizado durante el proceso de extracción, por temporada, lo que resultó en sedimentos altamente contaminados en y río abajo de los sitios mineros. [3] Los niveles más altos de contaminación por mercurio están presentes y pueden provenir del área de Placer en California. [3] Gran parte del mercurio para la minería se produjo a partir de depósitos en el lado oeste del valle central de California por la cordillera de la costa, y se estima que 220,000,000 lb de mercurio se obtuvieron de estos depósitos entre 1850 y 1981. [7]
Una gran parte de la contaminación por mercurio que se conoce actualmente en las vías fluviales de California se debe no solo a los métodos de extracción no regulados de la fiebre del oro, sino también a las prácticas mineras más modernas de extracción de mercurio u oro. Estas fuentes de contaminación se conocen como fuentes puntuales (una fuente de contaminación localizada y estacionaria) y, a menudo, se producen debido a que el mercurio se dispersa a través de los relaves de las minas y las aguas residuales durante el trabajo, que se infiltran y llevan mercurio a las fuentes de agua. Si bien estas fuentes puntuales son las más visibles de los contaminantes, la gran mayoría de la contaminación por mercurio en los cuerpos de agua se produce a través de la deposición de mercurio gaseoso de la atmósfera. [8] El mercurio circula por su entorno de forma natural y pasará por períodos de vaporización y depósito de nuevo en el agua o la tierra desde la atmósfera. El mercurio también puede circular más fácilmente por el medio ambiente a través de la acción de las bacterias anaeróbicas que procesan el azufre y que se encuentran en el agua. El mercurio en su forma orgánica se acumulará en la biota (organismos como peces o plantas) y, a través de procesos naturales, acabará siendo contenido dentro de organismos que mueren y se descomponen, atrapando el mercurio en el sedimento de los cuerpos de agua. [9] El mercurio se recicla naturalmente de esta manera, pero la liberación humana de mercurio vaporoso a través de las industrias del oro y del mercurio ha aumentado enormemente la cantidad disponible en el medio ambiente, creando mucha más contaminación orgánica por mercurio de lo que es natural para nuestro medio ambiente.
Además, el mercurio puede liberarse en grandes cantidades en los cursos de agua a través de medios geotérmicos naturales. Se descubrió que las muestras de sedimentos tomadas del lago Clear tenían una alta concentración de mercurio, que se cree que se debió a la apertura de fisuras geotérmicas durante la actividad sísmica, que liberaron una masa de elementos ricos en mercurio almacenados en el lago. [10] Un estudio de muestra de los sedimentos del lecho del lago determinó que la cantidad de mercurio liberada al agua era de alrededor de 2400 toneladas.
El mercurio provocó deformidades en el nacimiento y el desarrollo de las aves acuáticas.
Cuando el mercurio ingresa por primera vez a las vías fluviales y los ecosistemas, se considera mercurio inorgánico elemental. Si bien este metal pesado es altamente tóxico en su forma elemental, puede volverse más tóxico al manipularlo para obtener una forma biológicamente accesible conocida como metilmercurio . Si bien no se comprende por completo el proceso completo de cómo funcionan o varían el proceso de metilación y la magnificación trófica en diferentes circunstancias, se sabe que las bacterias desempeñan un papel principal en la inclusión del mercurio en el ecosistema al absorber mercurio elemental, metilarlo en una forma orgánicamente accesible y liberar el metilmercurio en el medio ambiente donde es absorbido por el plancton o al ser consumido por otro organismo que se alimenta de las bacterias. [11] Estas bacterias se conocen como especies de bacterias anaeróbicas, que convierten el mercurio elemental en metilmercurio al metilar el mercurio oxidado a metilmercurio. [11]
Esta forma recién transformada de mercurio (metilmercurio) comienza entonces a bioacumularse en las muchas especies que habitan los cursos de agua y ecosistemas contaminados. [5] Muchas plantas y organismos autótrofos absorben pasivamente metilmercurio a lo largo de su vida, e incluso bajo exposición a largo plazo con metilmercurio, su aptitud no se reduce significativamente. [12] Los autótrofos como los animales, por otro lado, acumulan metilmercurio en su cuerpo más rápido a medida que consumen otros organismos que contienen mercurio, lo que da como resultado el proceso de cada nivel sucesivo en la cadena alimentaria que consume niveles más altos de metilmercurio ( biomagnificación ). Se ha descubierto que los niveles de bioacumulación de metilmercurio tóxico son los más altos en las especies de peces depredadores más grandes, los animales que comen peces y los humanos para quienes el pescado es una fuente de alimento importante. [13] Aunque también se han encontrado trazas de metilmercurio en reptiles, anfibios, invertebrados, flora, aves e incluso el suelo circundante. [3]
Los entornos en los que se encuentran con mayor frecuencia niveles altos de metilmercurio son humedales, embalses recientemente inundados, áreas acuáticas cercanas a sitios mineros o fábricas, bahías y vías fluviales con niveles bajos de pH, ya que esto está fuertemente correlacionado con la tasa de producción bacteriana de metilmercurio. Los sitios de liberación de mercurio de fuentes antropomórficas y naturales pueden contaminar vías fluviales a grandes distancias si se encuentran cuesta arriba de una cuenca hidrográfica. [13]
Los numerosos efectos que el metilmercurio tiene sobre la salud de la fauna silvestre incluyen problemas y reducciones reproductivas, problemas enzimáticos y del sistema inmunológico, problemas de desarrollo y alteraciones genéticas. [13] Estos problemas han tenido los mayores efectos sobre las aves acuáticas debido a sus dietas ricas en pescado. Algunas de las aves acuáticas que experimentan más problemas con el metilmercurio son la garceta grande, el pato buceador, las garzas y los colimbos. Las investigaciones y los estudios científicos han demostrado una reducción drástica de los polluelos de colimbos y un cambio en los juveniles de las garcetas grandes con una correlación directa con los altos niveles de metilmercurio. [13] Los ecosistemas con metilmercurio y el elemento selenio pueden producir una mezcla aún más tóxica y potencialmente mortal para la fauna silvestre. [13]
Se han realizado numerosos estudios sobre los efectos negativos para la salud relacionados directamente con la contaminación por mercurio, tanto en los alimentos como en el medio ambiente. Una de las principales fuentes de contaminación por mercurio y de consumo excesivo es el pescado, que ya está contaminado con altos niveles de mercurio. El mercurio puede perjudicar, dañar e incluso destruir el funcionamiento del tejido nervioso, de forma muy similar al plomo. [15] El consumo excesivo de metilmercurio también puede reducir la respuesta del sistema inmunológico y dañar el sistema nervioso, incluida la coordinación, el sentido del tacto, el gusto y la vista. [13]
Una de las principales amenazas para la salud que presenta el consumo excesivo de estos altos niveles de mercurio es el desarrollo de discapacidades de aprendizaje y problemas de desarrollo en los niños. Esto es el resultado de la exposición excesiva al mercurio después del nacimiento y/o el consumo excesivo de niveles altos de mercurio de la madre durante el embarazo. La gran preocupación es porque el mercurio puede pasar de la madre embarazada a través de la placenta al feto no nacido. [15] La forma en que se consume el mercurio es metilmercurio, que el gobierno federal ha clasificado como una neurotoxina, que se describe como una sustancia venenosa que ataca el sistema nervioso y afecta la función de los nervios y el tejido nervioso. [16] Incluso pequeñas cantidades de esta neurotoxina pueden causar problemas de desarrollo del cerebro y del sistema nervioso. Los efectos de esta transferencia utero (antes del nacimiento en el útero) [16] también pueden tardar varios meses o incluso años antes de que aparezcan los signos, lo que dificulta su seguimiento. Las formas en que se manifestará la exposición al metilmercurio son que el niño tendrá períodos de atención más cortos, habilidades motoras finas deficientes, desarrollo lento del lenguaje, habilidades visoespaciales (como dibujar) y memoria. [15] La exposición y el consumo de metilmercurio por parte de la madre antes del embarazo también pueden ser tan graves como la exposición durante el embarazo, porque el metilmercurio se excreta lentamente del cuerpo y, a veces, tarda meses en abandonar por completo el organismo de una persona. Esto puede afectar en gran medida al desarrollo del feto, ya que muchas etapas importantes del desarrollo del sistema nervioso y del cerebro ocurren durante los dos primeros meses de embarazo. Los expertos en salud sospechan que los niños son más susceptibles al metilmercurio que los adultos, porque comen más alimentos en relación con su peso corporal total, lo que provoca un mayor porcentaje de contaminación. [15] Se ha llegado a la conclusión de que 60.000 niños que nacen cada año corren el riesgo de sufrir efectos en el desarrollo neurológico debido a la exposición intrauterina al metilmercurio. [13]
Otra forma de exposición humana al mercurio elemental es la inhalación de la forma vaporizada del elemento directamente de su fuente en el medio ambiente. Esta forma de exposición es especialmente común en los antiguos yacimientos mineros y sus alrededores. [13] Esta forma de exposición puede causar gingivitis, temblores, daños en el tracto gastrointestinal, menor productividad enzimática y, en casos raros, insuficiencia renal. [13]
Se han realizado muchos estudios sobre la purificación y extracción de mercurio de fuentes de agua y, a veces, incluso de los suelos afectados alrededor de las fuentes de agua contaminadas. Algunos de estos métodos que se investigan y muestrean continuamente son el uso de cromatografía líquida de alto rendimiento (HPLC) combinada con espectrometría de masas de plasma acoplado inductivamente (ICP-MS). [17] Debido a que las diferentes formas de mercurio tienen diferentes formas de toxicidad, este método permite la eliminación de cada forma y un estudio exhaustivo de la toxicidad y el daño potencial de cada forma por separado. Esto se debe a que la concentración típica de metilmercurio en fuentes de agua y metilmercurio está por debajo de las tasas de detección, pero no significa necesariamente que la acumulación continua en el cuerpo de los consumidores o el medio ambiente presente algún síntoma. El método de especiación más común para la eliminación es la cromatografía de gases o la cromatografía líquida de alta presión combinada con detectores de fluorescencia, elementos naturales y fotometría. [17] La desventaja de esta forma de detección es que requiere una gran cantidad de muestras para probar los niveles de concentración y toxicidad. Otros métodos incluyen la carga de iones para separar los elementos tóxicos y las toxinas del agua para su extracción. Estos métodos son los más comunes en la actualidad en China, para la eliminación de estos metales pesados tóxicos para el uso del agua potable. [17] Una teoría que está siendo probada por el gobierno federal para limpiar el metilmercurio de las vías fluviales es encontrar una bacteria que transforme el metilmercurio nuevamente en mercurio elemental. Con este proceso de transformación, el mercurio elemental puede vaporizarse y evaporarse de las vías fluviales de manera natural. [11]