Geología ambiental del río Tinto a través de un mapa conceptual

Nue os es ánda es en la inno ación docen e en His o ia Na u al. Ac as del I Cong eso In e nacional de Inno ación Docen e Uni e si a ia en His o ia Na u al Geología ambien al del ío Tin o a a és de un mapa concep ual J.C. Fe nández Caliani1, C. Ba ba B ioso2, A. Rome o2, I. González2, E. Galán2 1Dp o. de Geología, Uni e sidad de Huel a. 2Dp o. de C is alog a ía, Mine alogía y Química Ag ícola, Uni e sidad de Se illa [email p o ec ed],[email p o ec ed],[email p o ec ed],[email p o ec ed],[email p o ec ed] RESUMEN En es a ponencia se p esen a un mapa concep ual sob e las condiciones geo- ambien ales del ío Tin o (Huel a), uno de los ecosis emas más singula es de nues o plane a debido a la ex ema acidez y a las ele adas concen aciones de sul a os y me ales pesados que anspo an sus aguas. El mapa concep ual se ha elabo ado con la he amien a F eeMind (so wa e lib e basado en Ja a) y abo da concep os oncales, como el o igen y las uen es de con aminación híd ica, que de i an de o ma p og esi a y je á quica hacia aspec os más especí icos y complejos, como el p oceso de gene ación de aguas ácidas, el impac o ambien al sob e el medio ísico, biológico y socioeconómico, y la composición química y mine alógica de los sedimen os y suelos a ec ados. Palab as cla e: Geología ambien al, ío Tin o, mapa concep ual SUMMARY En i onmen al Geology o he Tin o i e using concep mapping echnique. In his pape , we p esen a concep map o o ganizing and ep esen ing knowledge abou geo-en i onmen al condi ions o he Tin o Ri e (Huel a), a unique ecosys em on Ea h due o he ex eme acidi y and high concen a ions o sulpha es and hea y me als dissol ed in he wa e . The concep map was d awn wi h he so wa e F eeMind (a mind-mapping ool based on Ja a) showing how ha speci ic opics, such as p ocesses o acid mine d ainage o ma ion, en i onmen al impac s, and chemical and mine alogical composi ion o sedimen s and soils a ec ed, s emming om he main concep s (o igin, sou ces and e ec s o wa e pollu ion). 82 Geología ambien al del ío Tin o a a és de un mapa concep ual Keywo ds: En i onmen al Geology, Tin o i e , concep map INTRODUCCIÓN El ío Tin o nace en la cuenca mine a de Rio in o, uno de los dis i os mine o-me alú gicos más impo an es del mundo, y desemboca jun o con el ío Odiel en la Ría de Huel a. A pesa de su co a longi ud (92 km), el Tin o es uno de los íos españoles más conocidos po la belleza c omá ica de sus pin o escas aguas ojizas y po el in e és que susci an sus condiciones biogeoquímicas en la comunidad cien í ica in e nacional. De hecho, el cu so al o es un espacio na u al p o egido (Paisaje P o egido del Río Tin o), decla ado como al po la Jun a de Andalucía en 2005 pa a p ese a sus alo es paisajís icos, man ene la singula idad de sus aguas y p omo e la in es igación cien í ica, en e o as acciones. Recien emen e se ha solici ado el es a us de Geopa que Eu opeo pa a in eg a el ío Tin o en es e p og ama auspiciado po la Unesco. En es e abajo se p e ende c ea un mapa de concep os undamen ales, in e elacionados, pa a comp ende y ija el conocimien o geoambien al de es e peculia ecosis ema lu ial. Los p incipales aspec os que se abo da án son: las uen es de con aminación, la gene ación de aguas ácidas po disolución oxida i a de pi i a, los pa áme os indicado es de con aminación híd ica, el impac o sob e el medio ambien e, la composición química y mine alógica de los sedimen os lu iales y la mo ilidad ela i a de sus con aminan es me álicos. METODOLOGÍA Los mapas concep uales son ins umen os de ep esen ación g á ica del conocimien o que pe mi en o ganiza y ansmi i con cla idad ideas o concep os complejos y je á quicamen e elacionados, acili ando an o la enseñanza como el ap endizaje. Es a écnica ue desa ollada en la década de 1970 po J.D. No ak (No ak y Gowin, 1984), basándose en las eo ías del ap endizaje signi ica i o de D.P. Ausubel (1963). Algunas aplicaciones educa i as de los mapas concep uales son: azado de una u a de ap endizaje, p epa ación de abajos esc i os o de exposiciones o ales, explo ación del conocimien o p e io de los alumnos y écnica de e aluación, en e o as. El mapa concep ual se ha elabo ado con la he amien a F eeMind (so wa e lib e basado en Ja a) y abo da concep os oncales, como el o igen y las uen es de con aminación híd ica, que de i an de o ma p og esi a y je á quica hacia aspec os más especí icos y complejos, como el p oceso de gene ación de aguas ácidas, el impac o ambien al sob e el medio ísico, biológico y socioeconómico, y la composición de los sedimen os con aminados. 83 J.C. Fe nández-Caliani, C. Ba ba-B ioso, A. Rome o, I. González, E. Galán RESULTADOS Las igu as 1, 2 y 3 cons i uyen el mapa concep ual del ío Tin o cuya explicación ex ual se esume a con inuación. O igen y uen es de con aminación Los yacimien os mine ales de Rio in o albe gan una de las masas de pi i a (FeS2) más g andes del mundo, o mada como consecuencia de la ac i idad hid o e mal subma ina que acon eció hace unos 350 millones de años en la Faja Pi í ica Ibé ica (Almodó a y Sáez, 2004). La exposición subaé ea de las masas p o ocó la me eo ización química (disolución oxida i a) de la pi i a y la consiguien e o mación de un depósi o supe génico de oxi-hid óxidos de hie o (gossan), libe ando de modo na u al (d enaje ácido de oca) una ingen e can idad de aguas ácidas y me ales en disolución. Recien es in es igaciones ealizadas po el Cen o Español de As obiología en colabo ación con la NASA (Amils y cols., 2008) sugie en que el ío Tin o cons i uye el sis ema de desagüe de los p oduc os gene ados po la oxidación de la pi i a en una especie de bio eac o sub e áneo, debido a la ac i idad mic obiológica del subsuelo. En cualquie caso, la ené ica ac i idad indus ial desa ollada en las minas de Rio in o mul iplica on los ocos de con aminación y ampli ica on los e ec os hid oquímicos del d enaje ácido na u al. Las p incipales uen es de con aminación de i adas de las ope aciones mine o-me alú gicas ue on (Fe nández-Caliani, 2008): las esco en ías de las labo es a cielo abie o, los desagües de gale ías sub e áneas, los e luen es de p ocesos indus iales, las escomb e as de es é iles, las balsas de decan ación y lixi iación, los esiduos y cenizas de os ación, las esco ias de undición, e c. Oxidación de pi i a y d enaje ácido de minas La disolución oxida i a de la pi i a es un p oceso biogeoquímico complejo, que implica a nume osas eacciones in e elacionadas (No ds om, 1982). En una e apa inicial, la pi i a se oxida en condiciones ae obias de acue do con la eacción: 2FeS2 + 7O2 + 2H2O = 2Fe2+ + 4 SO4 2- + 4H+. El p oceso iene un ca ác e esencialmen e abió ico, y la asa de oxidación química aún es baja. Con o me aumen a la acidez, el p oceso de oxidación se acele a debido a la acción ca alizado a de mic oo ganismos quimioli ó o os acidó ilos, y la oxidación mic obiológica p e alece sob e la química, dando luga a la ans o mación del hie o e oso en é ico: 2Fe2+ + O2 + 2H+ = 2Fe3+ + H2O. El hie o é ico sus i uye al oxígeno como agen e oxidan e e in e acciona con la pi i a, acele ando su disolución, según la eacción: FeS2 + 14Fe3+ + 8H2O = 15Fe2+ + 2SO4 2- + 16H+. El agua de d enaje se ca ac e iza po ele adas concen aciones de sul a os y me ales disuel os, y una elación Fe3+/Fe2+ al a. El d enaje ácido de minas se e ie e al agua con aminada esul an e de la disolución oxida i a y lixi iación de sul u os me álicos cuando se exponen a i icialmen e, po la ac i idad mine a, a las condiciones ísico-químicas que p e alecen en la supe icie e es e, es deci en p esencia de abundan e agua y gases a mos é icos. Las aguas del ío Tin o, desde su cabece a has a su desembocadu a, se ca ac e izan po una acidez ex ema, con alo es de pH muy bajos (2-4), 84 Geología ambien al del ío Tin o a a és de un mapa concep ual concen aciones ele adas de sul a os que se aducen en una acusada conduc i idad eléc ica, y al os con enidos de elemen os aza po encialmen e óxicos en aguas y sedimen os, ales como As, Cd, Cu, Pb y Zn, en e o os me ales pesados. Es os pa áme os son indica i os de una con aminación se e a. Impac o ambien al El d enaje ácido de las minas ha p oducido al e aciones ísicas, químicas y biológicas en el medio na u al, que se mani ies an en la pé dida de la calidad o iginal del agua y en la con aminación de los sedimen os lu iales. Como esul ado de la acidi icación y de las ele adas concen aciones de me ales pesados, no exis e ida piscícola y el agua no es ap a pa a ningún ipo de uso, lo que puede compo a iesgos sani a ios pa a la población ibe eña. No obs an e, las aguas del ío Tin o man ienen una so p enden e biodi e sidad mic oscópica o mada po bac e ias, algas y hongos que se han adap ado a i i en condiciones ex emas (Ama al-Ze le y cols. 2002). A endiendo a su in e és as obiológico (el conocimien o de es os ex emó ilos pod ía se cla e pa a explo a as os de ida ex a e es e), algunos in es igado es se oponen a cualquie p oyec o de descon aminación del ío pa a p ese a es e peculia sis ema geomic obiológico. Mine alogía y geoquímica de los sedimen os con aminados Los sedimen os del Tin o es án compues os po mine ales neo o mados a pa i de las eacciones oxida i as de la pi i a, inducidas po la ac i idad me abólica de los mic oo ganismos quimioli o ó os (Fe nández-Remola y cols., 2005), jun o con los mine ales de í icos he edados de las ocas e osionadas po el ío, ales como cua zo, eldespa os, mosco i a, caolini a y pi i a (Galán y cols., 1996). Los p incipales p oduc os de oxidación de la pi i a son oxi-hid oxi-sul a os de hie o (ja osi a, schwe manni a, goe hi a, e ihid i a) que o man depósi os supe iciales, de onalidades oc es, muy ca ac e ís icos en el cauce del ío Tin o. En e ano, las ibe as del ío se cub en de cos as y e lo escencias de sul a os hid a ados de hie o que p ecipi an po e apo ación, debido a la ele ada ca ga iónica de las aguas. Po lo an o, el hie o es un componen e químico esencial de los sedimen os del Tin o, especialmen e en su cabece a, donde la concen ación de hie o o al es dominan e (has a 56% Fe2O3). Así pues, el ecosis ema es á basado en el ciclo del hie o, azón po la cual el ío Tin o es conside ado un análogo geoquímico de Ma e (Amils y cols., 2007). Los sedimen os del ío Tin o ambién con ienen ele adas concen aciones de me ales y me aloides pesados (p incipalmen e As, Cu, Pb, Zn y Cd), que supe an en a ios ó denes de magni ud los alo es no males de los sedimen os lu iales (Galán y cols., 2003). Es os elemen os aza po encialmen e óxicos se encuen an dis ibuidos desigualmen e en di e en es acciones geoquímicas del sedimen o, según los esul ados analí icos de la ex acción química secuencial ealizada po Galán y cols. (op. ci .). Los óxi-hid óxidos de hie o ( acción geoquímica educible) juegan un papel undamen al en la e ención de a sénico y me ales pesados, si bien una p opo ción signi ica i a de Zn, Cu y Cd es á en o ma de especies in e cambiables y solubles en ácido, po lo que pueden 85 J.C. Fe nández-Caliani, C. Ba ba-B ioso, A. Rome o, I. González, E. Galán mo iliza se ácilmen e po p ocesos de disolución, deso ción o eacciones de in e cambio iónico. Figu a 1. Mapa concep ual sob e el o igen de la con aminación híd ica del ío Tin o. 86 Geología ambien al del ío Tin o a a és de un mapa concep ual Figu a 2. Mapa concep ual sob e el impac o ambien al de la con aminación del ío Tin o, pa icula men e sob e los sedimen os de su cauce. 87 J.C. Fe nández-Caliani, C. Ba ba-B ioso, A. Rome o, I. González, E. Galán Figu a 3. Mapa concep ual sob e el epa o geoquímico, mo ilidad ela i a y pelig osidad ambien al de los me ales pesados concen ados en los sedimen os del ío Tin o. 88 Geología ambien al del ío Tin o a a és de un mapa concep ual REFERENCIAS Almodó a , G.R. y Sáez, R. (2004). Los sul u os masi os de la Faja Pi í ica Ibé ica. En: Geología de España. (Ve a, J.A., ed.). Sociedad Geológica de España – Ins i u o Geológico y Mine o de España, Mad id, 207-209. Ama al-Ze le , L. y cols. (2002). Euka yo ic di e si y in Spain’ Ri e o Fi e. Na u e, 417, 137-137. Amils, R. y cols. (2007). Ex eme en i onmen s as Ma s e es ial analogs: The Río Tin o case. Plane a y & Space Science, 55, 370-381. Amils, R. y cols. (2008). Subsu ace geomic obiology o he Ibe ian Py i e Bel . En: Mic obiology o Ex eme Soils. (Dion, P. y Nau iyal, C.S., eds.). Sp inge , 205-223. Ausubel, D.P. (1963). The Psychology o Meaning ul Ve bal Lea ning. New Yo k: G une and S a on. Fe nández-Caliani, J.C. (2008). Una ap oximación al conocimien o del impac o ambien al de la mine ía en la Faja Pi í ica Ibé ica. Macla, 10, 24-28. Fe nández-Remola y cols., (2005). The Rio Tin o basin, Spain: Mine alogy, Sedimen a y Geobiology, and implica ions o in e p e a ion o ou c op ocks a Me idiani Planum, Ma s. Ea h & Plane a y Science Le e s, 240, 149-167. Galán, E. y cols. (1996). P o enance and e olu ion o suspended clay mine als in he Río Tin o (SW Spain). Geologica Ca pha ica – Clays, 5, 33-38. Galán, E. y cols. (2003). Hea y me al pa i ioning in i e sedimen s se e ely pollu ed by acid mine d ainage in he Ibe ian Py i e Bel . Applied Geochemis y, 18, 409-421. No ds om, D.K. (1982). Aqueous py i e oxida ion and he consequen o ma ion o seconda y i on mine als. En: Acid Sul a e Wea he ing. (Ki ick, J.A. ed.). Soil Science o Ame ica, Special Publica ion, 10, 37-56. No ak, J.D. y Gowin, D.B. (1984). Lea ning how o Lea n. Camb idge: Camb idge Uni e si y P ess. 89