La geoquímica de los sedimentos de llanuras de inundación como guía para la valoración ambiental en España

En la presente tesis se estudian los contenidos geoquímicos de los sedimentos de llanura de inundación en diversas cuencas fluviales seleccionadas con el objetivo de contribuir a un mejor conocimiento de sus condiciones medioambientales. En cada cuenca, se ha muestreado un perfil vertical de llanura de inundación, dividiéndolo en tramos que generalmente corresponden a diferentes episodios de inundación. Estos sedimentos se depositan durante los episodios de crecidas una vez que la corriente sobrepasa los límites del canal. Se caracterizan normalmente por tener un tamaño de grano fino y una estructura en capas horizontales que corresponden a los sucesivos episodios de inundación. Muestran dos ventajas principales con respecto a otros medios de muestreo en geoquímica como suelos o sedimentos de corriente: • Pueden almacenar sedimento antiguo así como actual, con lo que se puede estudiar la historia geoquímica de una zona específica en un mismo punto de muestreo (perfil vertical). • Los sedimentos de llanuras de inundación son capaces de caracterizar grandes áreas de drenaje. El origen de los sedimentos es más diverso que en el sedimento de corriente, debido a las mayores áreas de donde proceden las aguas de las avenidas. Las cuencas han sido seleccionadas según las actividades antropogénicas que en ellas se llevan a cabo, en concreto, actividades urbanas e industriales, minería y agricultura. Así mismo, se han estudiado, como referencia, dos cuencas donde no se espera encontrar ningún tipo de actividad contaminante. Una vez hecha la selección, los sedimentos aluviales de las cuencas se han estudiado cuidadosamente para asegurar que no existen depósitos de acreción lateral en el punto seleccionado. Posteriormente se ha procedido al muestreo del perfil vertical. Las muestras han sido analizadas mediante ICP-MS (ataque total) e INAA para conocer los contenidos totales de los elementos traza y mayoritarios. Los análisis de la fracción extraíble se han llevado a cabo mediante ICP-MS (ataque con agua regia). Así mismo, algunas muestras seleccionadas han sido sometidas a una extracción secuencial para un estudio más detallado. La presencia de materia orgánica ha sido estimada mediante el análisis de Carbono Orgánico Total (TOC). Finalmente, se ha llevado a cabo un análisis de isótopos de Pb en muestras escogidas en los perfiles, con el objetivo de hacer una evaluación ambiental. Los contenidos metálicos aumentan hacia la superficie en algunos de los perfiles, mientras en otros muestran una distribución muy constante exceptuando algún nivel específico con un aumento de los contenidos de la mayoría de los metales. Ha sido posible determinar la influencia de las actividades antropogénicas en algunos de los perfiles. Aquellos que pertenecen a cuencas mineras, urbanas o industrializadas muestran generalmente altos contenidos en elementos metálicos. Es el caso de los perfiles muestreados en los ríos Odiel y Tinto, Besaya, Besós y Manzanares. Algunos de estos perfiles pueden incluso correlacionarse con periodos de tiempo en los que ha tenido lugar una actividad antropogénica más intensa. Los perfiles que mejor se correlacionan con la actividad antropogénica de la cuenca son el perfil de Rivas en el río Manzanares (Madrid), que refleja un crecimiento de la contaminación producida por las actividades urbana e industrial en las últimas décadas, y el río Tinto, que muestra un crecimiento llamativo de los contenidos en su mayoría metálicos que puede estar relacionado con el incremento de la actividad minera que tuvo lugar hace aproximadamente 125 años. El análisis de los isótopos de Pb ha resultado ser una herramienta útil en la evaluación ambiental de estos sedimentos. Con este estudio y mediante la comparación con fuentes naturales y antropogénicas, ha sido posible diferenciar las muestras afectadas por diferentes fuentes de plomo, así como detectar las más afectadas antropogénicamente. ABSTRACT The geochemical composition of overbank sediments of some selected river basins is studied in this thesis in order to contribute to a better knowledge of the environmental conditions surrounding them. In each basin a vertical overbank profile has been sampled, dividing it into stretches that usually correspond to different flood events. The overbank sediments are those deposited during a flood event once the flow spills over the channel banks. They are usually characterized by a very fine grain size and a structure of horizontal layers, which correspond to successive flood events. These sediments show two main advantages regarding other sampling media in geochemistry, like soils or stream sediments: • They can store sediment deposited in the past as well as in current times, so that the history of a specific location can be studied at the very same point (vertical profile). • The overbank sediments are able to characterize a large drainage area. The origin of the sediment is wider than in the stream sediments due to the larger areas where the flood water comes from. The basins have been selected depending on the anthropogenic activities developed in them, namely, urban and industrial activities, mining activities and agricultural activities. As well, two pristine basins have been studied as a reference. Afterwards, the alluvial sediments in the basins have been carefully studied in order to sample a vertical profile and make sure that lateral accretion materials are not present in the profile. The samples have been analysed by ICP-MS (total digestion) and INAA to know the total contents of trace and major elements. Analysis of the mobile fraction has been carried out by ICP-MS (aqua regia); as well some of the samples have been subjected to sequential extraction for a more detailed study. The presence of organic matter has been estimated by the analysis of the Total Organic Carbon (TOC). Finally, a lead isotope analysis of some of the samples in the profiles was carried out in order to make an environmental assessment. Metal contents grow towards the surface in some of the profiles, while others show a very steady distribution, except for some of them with a growth of most of the metals in a specific level. XI It has been possible to determine the influence of the anthropogenic activities in some of the profiles. The ones that belong to mining and urban or industrialized basins show generally high contents of metal elements. This is the case of the profiles sampled in the Odiel and Tinto Rivers, the Besaya River, the Besós River and the Manzanares River. Some of these profiles can even correlate with the periods of time when a more intense activity in their respective basins has taken place. The profiles which best correlate with the anthropogenic activity are the Rivas profile in the Manzanares River, which reflects a growth of the pollution produced by urban and industrial activities in the city of Madrid in the last decades and the Tinto profile, which shows a very dramatic growth of the elemental contents (mostly metals) which can be related to the increase of the mining activities that took place in the last 125 years. The analysis of lead isotopes has turned out to be a powerful tool in the environmental assessment in this type of sediments. With this study and through the comparison with natural and anthropogenic sources, it has been possible to determine samples affected by different sources of lead and to detect the most anthropogenicaly affected ones.

Origen y distribución de los hidrocarburos policíclicos aromáticos en sedimentos actuales de la Laguna de El Hito (España central)

Se llevó a cabo la evaluación ambiental y el estudio del estado actual de la cuenca de la Laguna de El Hito referido a 18 hidrocarburos policíclicos aromáticos (PAHs) de 2 a 6 anillos bencénicos. Se determinó su origen a partir de diversos índices (%naftaleno, Fen/Ant y Flu/Pir), interpretándose tanto fuentes no antropogénicas (petrogénica) como antropogénicas (pirogénica). Se obtuvieron los mapas de distribución de las concentraciones de PAHs y de sus índices para localizar los puntos de concentraciones más elevadas. Ningún PAH superó las concentraciones marcadas por los Niveles Genéricos de Referencia (NGR) para la salud humana en los distintos usos del suelo del R.D.09/2005. Los PAHs con las mayores concentraciones fueron el naftaleno y el fenantreno.Environmental evaluation and analysis of the current state of El Hito Lake Basin referred to 18 polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) with 2 to 6 benzene rings was carried out. Different indexes were used to determine the source of PAHs (% naftalene, Phe/Ant and Flu/Pyr). Both non anthropogenic (petrogenic) and anthropogenic (pyrogenic) sources were interpreted. Distribution maps for PAHs and indexes were plotted to locate the position of the higher concentrations and, therefore, their possible sources. None of these compounds showed concentrations above the Soil Screening Levels (SSL) for human health in the different uses of soil as is established in R.D.09/2005. The ones that reached the highest concentrations were naphthalene and phenanthrene.

Origen y distribución de los pesticidas organoclorados (OCPs) en sedimentos actuales de la Laguna de El Hito (Cuenca, España Central)

Se llevó a cabo el estudio del estado ambiental actual de la Laguna de El Hito basado en el análisis y cuantificación de 24 pesticidas organoclorados (OCPs): hexaclorobenceno, hexaclorociclohexanos, diclorodifenil-tricloroetano sus homólogos y metabolitos (DDTs), y ciclodienos (aldrín, dieldrín, endrín, endrín aldehido, endrín cetona, ?-clordano, ?-clordano, endosulfán I, endosulfán II, endosulfán sulfato, heptacloro, heptacloro epóxido B y metoxicloro). Algunos compuestos superaron los Niveles Genéricos de Referencia (NGR) para la salud humana y los ecosistemas del R.D.09/2005. Se determinó su origen a partir de diversos índices interpretándose tanto aplicaciones históricas como más recientes. Se obtuvieron los mapas de distribución de los índices y de las concentraciones de OCPs.Environmental evaluation of the current state of El Hito Lake referred to 24 organochlorine pesticides (OCPs) was carried out: hexachlorobenzene, hexachlorocyclohexanes, dichlorodiphenyltrichloroethane their homologs and metabolites (DDTs), and cyclodienes (aldrin, dieldrin, endrin, endrin aldehyde, endrin ketone, α- chlordane, γ- chlordane, endosulfan I, endosulfan II, endosulfan sulphate, heptachlor, heptachlor epóxide B and metoxichlor). Some of these compounds showed concentrations above the Soil Screening Levels (SSLs) for human health and ecosystems as is established in R.D.09/2005. Different indexes were used to determine their origin. Both historical and recent applications sources were interpreted. Distribution maps for concentrations and indexes were plotted

Origen y distribución de tierras raras (RREs) en el agua y sedimentos de la Laguna de El Hito (Cuenca, España Central).

Determination of Rare Earth Elements (REEs) in the waters and sediments of El Hito Lake and its drainage basin was carried out. Distribution maps for REEs concentrations show increasing values in the lake sediments from the center to the eastern edge reaching 166.5 mg/kg. In the drainage basin, higher values were observed with a maximum of 350.9 mg/kg in the southern part. Concentrations in the water were considerably lower with a maximum value of 1.3 µg/L. Ce, La and Nd were the most abundant elements. When normalized REE concentrations against NASC (North American Shale Composite), a positive anomaly of Eu in the water and of Nd in the sediments (lake and basin) was observed. The (La/Gd)NASC and (La/Yb)NASC ratios determined the predominance of light REE (LREE) over medium (MREE) and heavy REE (HREE). Key-words: Rare Earth Elements, lacustrine sediments and water, Eu anomaly, sulfates RESUMEN: Se llevó a cabo el estudio de Tierras Raras (REEs) del agua y los sedimentos de la Laguna de El Hito así como de su cuenca de recepción. Los mapas de distribución de las concentraciones de REE en los sedimentos de la laguna mostraron valores crecientes desde el centro hacia el margen este alcanzando 166.5 mg/kg. En la cuenca se midieron valores más elevados llegando hasta 350.9 mg/kg en la mitad sur. Los valores en el agua fueron notablemente inferiores, con un máximo de 1.3 µg/L. El elemento más abundante fue el Ce seguido del Nd. Se normalizaron las concentraciones de REEs frente a las del NASC (North American Shale Composite), observándose una anomalía positiva de Eu en el agua, así como de Nd en los sedimentos (laguna y cuenca). Mediante los índices (La/Gd)NASC y (La/Yb)NASC se determinó el predominio de las REEs ligeras (LREEs) frente a las medias (MREE) y pesadas (HREE).