Radionúclidos naturales en el Parque Nacional de Doñana y su entorno

  1. González Labajo, Jesús
Supervised by:
  1. Juan Pedro Bolívar Raya Director
  2. Rafael García-Tenorio García-Balmaseda Director

Defence university: Universidad de Sevilla

Fecha de defensa: 07 July 2003

Committee:
  1. Manuel García León Chair
  2. Emilio Manuel Romero Macías Secretary
  3. Antonio Salvador Baeza Committee member
  4. Maria Concepción Dueñas Buey Committee member
  5. Federico Vaca Galán Committee member

Type: Thesis

Abstract

El objetivo general de esta tesis doctoral ha sido estudiar y delimitar el papel de los radionúclidos naturales como trazadores de procesos físicos y/o geoquímicos que ocurren en la naturaleza, analizando para ellos dos ecosistemas íntimamente ligados al Parque Nacional de Doñana: el acuífero Almonte-Marismas y el río Guadimar. Para la realización de este estudio se han desarrollado y puesto a punto un conjunto de técnicas radiométricas para la medida de radionúclidos emisores alga y gamma. El análisis de los resultados radioactivos obtenidos a lo largo de acuífero Almonte-Marismas nos ha permitido delimitar en él sus zonas oxidantes y reductoras. Estas caracterización geoquímica se ha basado en el análisis de los resultados obtenidos tanto en disolución como en suspensión (concentraciones de U en disolución, K(d), U-234 en exceso, U-234/U-238). Además, un modelo simple de dispersión para el U-238 en disolución en el acuífero ha permitido estimar la velocidad de flujo de agua que lo transporte. En relación al río Guadiana, se ha comprobado que las actividades mineras realizadas históricamente en su cauce, así como el desastre ecológico producido en 1998, muestran una nula trascendencia radiológica, aunque producen desequilibrios, alteraciones y enriquecimientos selectivos para algunos radionúclidos naturales. En definitiva, el estudio de las actividades y cocientes de diversos radionúclidos naturales han demostrado que éstos pueden ser utilizados como trazadores de diversos procesos básicos que regulan o han regulado el comportamiento de este río. Es bien conocido que en la naturaleza existe un conjunto de isótopos radiactivos que fueron producidos en la etapa de formación de nuestro planeta y que perduran en él debido a poseer unos periodos de semidesintegración comparables o superiores a la edad de la Tierra. Entre ellos cabe destacar sobre todo los isótopos de uranio 238U y 235U y el isótopo de torio 232Th, que son a su vez progenitores de series de isótopos radiactivos formando las denominadas series radiactivas naturales. El estudio y análisis de las concentraciones de estos radionúclidos en diversos compartimentos del medio ambiente, así como de sus cocientes de actividades, puede presentar un elevado y variado interés dependiendo del enfoque establecido. Así por ejemplo, el estudio se puede plantear desde un punto de vista puramente radiológico, asociado a las emisiones radiactivas de los isótopos analizados, y tratando de obtener información sobre su posible incidencia en el ser humano u otros seres vivos en la biosfera. Pero, por otra parte, el estudio se puede fundamentar y plantear hacia el uso de esos isótopos radiactivos como trazadores de procesos naturales o antropogénicos, con el objetivo de explicar aquellos fenómenos que pueden afectar o haber afectado a algunos de los compartimentos de la naturaleza o a la interacción entre ellos. En particular, es cada vez más evidente la preocupación que existe entre la población sobre lo que podemos denominar preservación del medio ambiente ante los impactos producidos desde comienzos del pasado siglo por un incremento notabilísimo, casi exponencial, de las actividades humanas e industriales. Existe por ello, una cada vez más clara concienciación sobre la necesidad de armonizar al máximo posible las actuaciones necesarias para conseguir un más óptimo y mejor nivel de vida y la conservación de los diversos comportamientos medioambientales de la biosfera (o al menos su no alteración descontrolada e irreversible). Así, no debe extrañar que cada vez esté alcanzando más auge la realización de estudios que permitan o bien la evaluación del impacto que diversas actividades humanas e industriales han podido tener en algunos ecosistemas, o bien la caracterización de otros no afectados con el objetivo de tener un conocimiento profundo de su equilibrio natural previamente a su hipotética alteración antropogénica en un futuro. Y estos estudios, tal y como indicamos de forma somera en el párrafo anterior, se pueden realizar bajo un enfoque ciertamente particular: utilizando para ello diversos radionúclidos naturales emisores alfa y emisores gamma como trazadores y/o marcadores, tanto de los posibles impactos ambientales producidos por actividades humanas e industriales, como de los procesos naturales que les afecten. El uso de radionúclidos naturales emisores alfa y gamma como trazadores y/o marcadores de procesos en algunos ecosistemas naturales, constituye el objetivo central de esta memoria. Ello en un principio, no se puede considerar �per se� una aportación novedosa pues se encuentran muchos trabajos en la bibliografía especializada detallando esta posibilidad de uso, fundamentalmente referidos a sistemas acuáticos (Plata., 1972; Cook et al., 200). Sin embargo, sí que resulta totalmente novedoso su aplicación específica en ecosistemas de nuestra región, particularmente ligados o interaccionantes con el Parque Nacional de Doñana, sistema especialmente protegido pero que se puede ver indirectamente afectado a través de su interacción con sistemas colindantes que han sido afectados, o pueden verse irremediablemente afectados en un futuro por actividades antropogénicas. El comportamiento de los radionúclidos en la naturaleza dista mucho de ser un comportamiento estandarizado o simple. La variedad de elementos que conforman el conjunto de radionúclidos naturales, sus diversas propiedades químicas e incluso físicas, y la complejidad de interacciones y vías de interacción que se pueden dar entre diversos comportamientos naturales colindantes o interrelacionados avalan el comentario previo, y hacen que su uso como trazadores o marcadores presenten características y peculiaridades propias inherentes al ecosistema analizado y al tipo de posibles impactos antropogénicos que éste reciba. Ello confiere al estudio que aquí vamos a mostrar un considerable valor añadido. Un esquema simplificado pero muy ilustrativo sobre la complejidad de las interacciones y vías de interacción en la naturaleza se muestra en la Figura 1.1. En dicha figura se ha tratado de plasmar de la forma más didáctica posible las variadas interrelaciones que existen entre compartimentos como atmósfera, agua, suelo y seres vivos que permiten la transferencia de radionúclidos entre sí, así como su posible acumulación preferencial en algunos de ellos. Obviamente, sería utópico intentar analizar en esta memoria todas las vías de interacción mostradas en la Figura 1.1, aunque nos centráramos en una región bien definida y específica de nuestro entrono. Por ello, podemos indicar que nuestro interés se ha centrado, entre todas las interacciones previamente indicadas, en analizar a interacción atmósfera-suelo-agua y la interacción agua-suelo en su aplicación a dos sistemas naturales situados en el entorno, o incluso en el interior, del Parque Nacional de Doñana. Estos compartimentos naturales son el río Guadiamar y el acuífero Almonte Marismas. El interés en el estudio de estos dos sistemas naturales es evidente: ambos interaccionan como veremos de una forma más o menos directa con el Parque Nacional de Doñana (el río Guadiamar, cruza el parque natural en si parte final, y además el parque nacional se encuentra situado sobre una parte del acuífero Almonte-Marismas) y ambos o han sido afectados históricamente por actividades antropogénicas o pueden verse afectados en un futuro. En particular, es bien conocido que en las cercanías del río Guadiamar y afluentes se han desarrollado históricamente actividades mineras relacionadas con la extracción de diversos metales asociados a mineral pirítico y que, además, se han extraído aguas de estos sistemas fluviales para ser analizadas en el proceso minero, aguas que posteriormente han vuelto a ser vertidas al cauce. También es bien conocido el desastre ecológico causado en este sistema natural en el año 1998 por la rotura de una de las balsas mineras conteniendo los residuos de la producción industrial y la consecuente expansión a lo largo de su cauce de enormes cantidades de lodos ácidos enriquecidos en metales pesados. Este desastre ecológico puede haber afectado localmente o incluso afectar en un futuro de una forma más generalizada al acuífero Almonte-Marismas. Nuestro estudio además de focalizarse en los compartimentos anteriormente indicados, se centrará en la determinación y uso para los fines propuestos, e indicados con anterioridad, de radionúclidos pertenecientes a las denominadas series radiactivas naturales. En particular, analizaremos el comportamiento de isótopos de uranio (234U y 238U), isótopos de torio (232Th, 230Th, 238Th), isótopos de radio (226Ra y 228Ra) y 210Po en diversas fases o matrices naturales (aguas, sedimentos, suelos) de estos ecosistemas. Adicionalmente y como único radionúclido primigenio que decae tras su emisión radiactiva en un elemento estable analizaremos el 40K. Estas determinaciones han exigido el desarrollo y puesta a punto de un conjunto variado de técnicas tanto físicas como radioquímicas, las cuales serán detalladas en el Capítulo 3 de esta memoria. Todas estas técnicas se encuentran encuadradas dentro de las técnicas denominadas de recuento de bajas concentraciones de actividad, pues es interesante resaltar en este estadio que ninguno de los ecosistemas analizados se encuentra afectado o ha sido históricamente afectado por aportes antropogénicos de material enriquecido en elementos radiactivos tanto naturales como artificiales. Esta particularidad, diferencia claramente esta investigación de otras realizadas por nuestro grupo de investigación en otros ecosistemas de la región. Ahora bien, previamente a la introducción de las técnicas anteriormente citadas, y en el capítulo 2, realizamos una descripción bastante somera, y basada en la bibliografía, sobre las propiedades generales y comportamiento de los radionúclidos naturales anteriormente indicados en el medio ambiente y particularmente en ecosistemas acuáticos. Este capítulo, adicionalmente se verá complementado con la descripción física, geográfica y geológica de los dos ecosistemas objeto de estudio, y con el estudio tanto de su evolución histórica como de su clara conexión e influencia en la evolución del Parque Nacional de Doñana. Son los capítulo 4 y 5, dedicados respectivamente al acuífero Almonte-Marismas y al río Guadiamar, los que conforman el núcleo fundamental de la memoria. En ellos, tras las determinaciones radiactivas realizadas en diversas fases, y con la ayuda complementaria de otras determinaciones (aniones, cationes, pH, conductividad, etc) se ha evaluado y demostrado la utilidad de diversos radionúclidos naturales para la obtención bien de información sobre diversos procesos naturales que ocurren en ellos, o bien sobre la influencia de diversos impactos antropogénicos que han afectado a su evolución y comportamiento. En particular, se muestran en el capítulo 4 los resultados obtenidos en la determinación de las concentraciones de diversos radionúclidos naturales en disolución y materia en suspensión de las aguas colectadas en casi una treintena de pozos abastecidos por el acuífero Almonte Marismas, y distribuidos a lo largo de toda su extensión. Estos resultados, complementados con determinaciones elementales y con el conocimiento de los valores de diversos parámetros físico-químicos, no sólo han permitido la caracterización radiológica de este acuífero, sino el poder utilizar alguno de los radionúclidos medidos para la caracterización geoquímica de su masa de agua (mediante por ejemplo la localización de los frentes red-ox), el poder evaluar su interacción con otros acuíferos limítrofes o con el Océano Atlántico, el poder determinar la velocidad media del flujo de agua en su interior, y, finalmente, el poder evaluar el posible impacto en él del desastre ecológico de 1998. El capítulo 5 se centra en el estudio del comportamiento y evolución del río Guadiamar y sus principales afluentes (río Agrio y Arroyo de los Frailes). Con ciertas dosis de fortuna, no hay por qué negarlo, este ecosistema había sido escogido para su estudio con anterioridad al desastre ecológico ocurrido en 1988. Ello, ha permitido en primer lugar analizar el comportamiento de un sistema fluvial afectado por actividades mineras convencionales, y mostrar cómo este impacto queda claramente marcado en la distribución y cocientes de diversos radionúclidos naturales en sus diferentes fases. Pero adicionalmente ha permitido mediante la realización de un estudio paralelo dos años después del accidente y una vez finalizadas las labores de limpieza y restauración, comparar el comportamiento y estado de este ecosistema en la actualidad con el que presentaba con anterioridad al desastre ecológico. Veremos, así en particular, cómo las labores de limpieza y restauración han cambiado drásticamente las condiciones naturales de este río y cómo ello se refleja en los resultados radiactivos determinados en sus distintas fases. En definitiva, veremos cómo diversos radionúclidos naturales, a través de sus concentraciones absolutas y sus cocientes de actividades en diversas fases, se constituyen en excelentes marcadores del cambio experimentado por este ecosistema. El conjunto de las principales conclusiones obtenidas en el desarrollo de este trabajo de investigación serán recogidas en el capítulo 6 de esta memoria. Finalmente, y en el capítulo 7se procede a recoger todas las fuentes bibliográficas utilizadas.