Drenaje ácido de rocas y cambio climático

Artículo de D. Kirk Nordstrom, 2008. Resumido por Andrea Coloma.

 

El presente texto tiene como objetivo dar a conocer la dinámica que provoca una tormenta lluviosa entre el incremento y la disminución  de concentraciones de ácidos y metales en cuerpos de agua. Estos ácidos y metales son provenientes de desechos mineros, como también de áreas no mineralizadas. El incremento de concentraciones se encuentra estrechamente ligado a largas temporadas de sequía seguidas de una fuerte tormenta, lo cual se relaciona al cambio climático asociado con el calentamiento global. 

Varios lugares se han visto afectados por la oxidación de la pirita que causa el incremento de las concentraciones de ácidos y metales de manera gradual en periodos de sequía y de manera súbita en la primera parte de una tormenta (en especial después de una prolongada temporada de sequia). Este incremento súbito es denominado como “primera oleada” o “first flush”, a la cual le corresponde la escorrentía superficial inicial de una tormenta. Término que permitirá comprender los procesos explicados más adelante. 


Dinámica entre escorrentía de una tormenta y el ”first flush”

Luego de un evento de lluvia, se lavan componentes solubles de los suelos y sedimentos, lo cual incrementa muchas veces el nivel de concentración de acidez y metales, tanto en cuerpos de agua como en el suelo. 

Edwards, en 1973, obtuvo como resultado que la concentración de nitratos, sulfatos, sodio, potasio y cloro aumentan con el incremento de la descarga de una tormenta, en especial luego de una temporada seca. A este proceso se le denomina “proceso de lavado” o “flushing effect”, lo cual se relaciona directamente con el proceso de “first flush”, el cual se refiere al cambio rápido de la calidad del agua. 

Figura 1: La conducta de las concentraciones varía según la descarga de una tormenta.

Figura 1: La conducta de las concentraciones varía según la descarga de una tormenta.


Caso del sulfato

El estudio demostró que diferentes solutos otorgaban diferentes valores en las variaciones de concentración. Por ejemplo, los sulfatos poseen el mayor rango de concentración a comparación de otros solutos (4.5-64 mg/L). Se observó que la concentración del sulfato llega a su pico antes de que la descarga de agua llegue al suyo, luego de este episodio la concentración disminuye hasta niveles anteriores a la tormenta y mientras aumente la frecuencia de las tormentas la concentración de sulfatos disminuye aun más.

Tras el estudio realizado se determinó que las concentraciones de sulfato aumentan linealmente y gradualmente con el tiempo durante la época de sequía. Las diferencias entre la concentración de solutos y el aumento o disminución de la descarga  de una tormenta (su inicio y fin), provoca un efecto de histéresis. El cual se refiere a una tendencia de los solutos a continuar aumentando su concentración gradualmente en ausencia del estimulo (lluvia). 

Figura 2: Muestra la disminución drástica del pH al llegar al pico de descarga. La concentración de Sulfato y manganeso aumentan en el pico de la descarga, decaen, tiempo seguido gradualmente aumentan su concentración.

Figura 2: Muestra la disminución drástica del pH al llegar al pico de descarga. La concentración de Sulfato y manganeso aumentan en el pico de la descarga, decaen, tiempo seguido gradualmente aumentan su concentración.

 

Estudios en zonas mineras

Los estudios presentados a continuación se basan en datos minas localizadas en Estados Unidos y otros estudios alrededor del mundo:

 

Iron Mountain California

Se determinó que la concentración de ácidos y metales aumenta por la descarga de un tributario contaminado proveniente de la zona de mina Richmond. 

La concentración de ácidos y metales aumenta durante la tormenta por la rápida disolución de abundantes sales solubles eflorescentes. Estas sales y metales sulfatados se encuentran a gran escala en las pilas de residuos rocosos, pilas de desechos, plantas de cementación de cobre y a lo largo del canal que lleva el drenaje ácido de alta concentración a la planta.

La concentración de sulfatos y metales en la corriente principal receptora Spring Creek aumentaba consistentemente con la disminución de la descarga de lluvias durante la temporada seca como se observa en la figura 2.

Figura 3: Concentraciones de cobre y zinc, descarga del efluente de la minera Richmond a Iron Mountain.

Figura 3: Concentraciones de cobre y zinc, descarga del efluente de la minera Richmond a Iron Mountain.

 

Estudios Relacionados

Al norte de Australia, se informó incrementos en las concentraciones de fierro, manganeso, cobre y zinc durante el aumento de la descarga de una inundación. Que respondía a la información de que la rápida disolución o el lavado de sales se da fácilmente en suelos superficiales. 

El aumento en la acidez y metales se da durante las etapas tempranas de la descarga o el “first flush” en áreas de suelos con sulfato ácido. Este aumento en la concentración se da por la disolución de sales solubles en el área del drenaje. 

En el Río Merse, Italia, se informaron cargas de metales durante condiciones de pre-tormentas y tormentas. Esta cuenca se ha visto afectada por siglos de explotación minera. Se encontró que las concentraciones de metales disueltos no varía mucho, pero sí hay un gran aumento de concentración de coloides y otros sedimentos de suspensión a partir de los cambios dinámicos en el flujo de entrada. La carga de hierro aumentó 21 veces, la de cobre y manganeso 8 y 7 veces respectivamente, durante la escorrentía de la tormenta.

 

Cambios en el Clima

El oeste de EE.UU. ha experimentado un aumento en la temperatura media durante los últimos 5 años. Estos patrones de cambio climático se relacionan con la Oscilación Decadal del Pacífico (PDO), El Niño Oscilación Sur (ENOS), North American Monsoon (NAM), y el calentamiento global.

El cambio en la escorrentía del deshielo está controlado por las tendencias del clima, relacionadas con el calentamiento global. Este cambio del derretimiento tiene varias consecuencias ya que prolonga el periodo seco del verano, aumenta la acumulación soluble de sales y se evapora agua residual, en especial en la zona de Norte-América.

Además, en las temporadas de lluvia es muy probable que por muy poco frecuente que se vuelvan las tormentas, estas tengan mayor intensidad, incrementando los resultados de todos los procesos comentados con anterioridad. 

La remediación de agua contaminada tendrá que considerar condiciones extremas. A su vez, se volverá más cara debido a que la capacidad de las plantas de tratamiento deberá ser mayor, lo que confiere planes de ingeniería para aumentar la potencia y productividad.

 

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Posted on July 25, 2014 and filed under Medio ambiente, Hidrología.