Análisis geoquímico-ambiental del complejo lagunar de Bahía Magdalena, B.C.S., México

Abstract

La laguna Bahía Magdalena en Baja California Sur, México es considerada como la "Reina del Océano Pacífico" por su extraordinaria belleza natural y biodiversidad. Con las islas protegidas por dunas de arena en el lado del Pacífico y los hábitats de manglares al margen de la laguna en el lado continental, resultan ser terrenos cálidos para el apareamiento y el nacimiento de las ballenas grises migratorias y leones marinos. El presente trabajo de investigación tuvo como objetivo evaluar las características ambientales y geoquímicas de los elementos abióticos (agua y sedimentos) y bióticos de la laguna para evaluar el estado de contaminación. En octubre de 2014 se realizó una amplia campaña de muestreo para recolectar muestras de agua, sedimentos y biológicos en ocho transectos con 42 estaciones de muestreo predeterminadas, que cubrían toda la laguna. Se observó in situ las características físicas de las aguas; la temperatura (28.98°C), el pH (8.25), la salinidad (35.2) PSU y la saturación de oxígeno (96.8%). Sin embargo, los perfiles verticales de las propiedades del agua de mar (temperatura, oxígeno, densidad y salinidad) no presentaron capas de estratificación térmica. Las características de las aguas indicaron que la región está sumamente influenciada por los procesos de surgencias, las circulaciones oceánicas, los regímenes de marea, la topografía del fondo del mar, los insumos hidrotérmicos y los patrones de viento. Se registró para la concentración de nutrientes inorgánicos (nitritos, nitratos y fosfatos) fue mayor en las muestras de agua de fondo (4.23 µM) en comparación con la superficie (2.23 µM) debido a la inmediata absorción biológica. Las concentraciones de metales disueltos presentaron más altos niveles en superficie (0.65 mg L-1) en comparación con el fondo (0.54 mg L-1) debido al proceso de reducción fotoquímica. Los resultados del análisis del tamaño de grano en los sedimentos mostraron 98.73% de arena debido a la alta energía, el contenido de carbono total varió entre 0.20 y 1.84%. El análisis de metal total (Si, Al, Fe, Ca, Mg, K, P, S, Ti, Ba, Mn, Cr, Pb, Zn, Cd, Mo, Sr, V, Y, As, Zr, Nb, Th, U, Rb) y las concentraciones de metal lixiviable (Fe, Mn, Cr, Cu, Ni, Co, Pb, Zn, Cd, As y Hg) en los sedimentos se midieron utilizando un espectrómetro XRF y de Absorción Atómica, respectivamente. Las concentraciones de Sr total (421.44 mg Kg-1), Mn lixiviable (123.20 mg Kg-1), Cr (64 mg Kg-1), Ni (16.13 mg Kg-1), Co (8,57 mg Kg-1) en los sedimentos superficiales se adscriben a su fuente a partir de las formaciones

geológicas y su proximidad con la zona de subducción. El comportamiento de la distribución vertical de los metales en los sedimentos del núcleo exhibió el proceso de la diagénesis. Los índices calculados de FE (Factor de Enriquecimiento) e Igeo (Índice de geoacumulación) presentaron un alto enriquecimiento de Cd debido a los depósitos de fosfato, por el contrario prácticamente no existe contaminación en la Laguna Bahía Magdalena. Al comparar las concentraciones de metales con la de las Guías de Calidad de Sedimentos (SQGs), se observó que Cd y As eran más altos en la región. El área de manglar en la laguna parecía haber aumentado de 1986 a 2009 (18.445 hectáreas - 19.767 hectáreas), lo que sugiere un menor impacto de las actividades inducidas por el hombre y las acciones de gran influencia llevadas a cabo por diversas agencias gubernamentales y ONG para proteger, esta dinámica laguna. Los estudios sobre la bioacumulación de metales en las halófitas y las algas marinas demuestran que pueden utilizarse como indicadores para la evaluación de la contaminación por metales en la región. Los moluscos bivalvos (53,83 mg Kg-1) contenían niveles dos veces más altos de metales que los peces (20,77 mg Kg- 1). El alto factor de bioconcentración de Mn sugiere que este elemento está fácilmente disponible para la absorción por la biota y el patrón general del Factor de Acumulación de Sedimentos de Biota (BSAF) exhibió altos valores de Zn, Cu y Cd demostrando la necesidad fisiológica de cada grupo de especies. Los altos niveles de metales en las especies comerciales Mugil curema y Penaeus californiensis demandan condiciones de remediación inmediatas para proteger la pesca comercial en este humedal productivo de México. Los resultados del análisis multivariado indicaron las asociaciones de cada metal en diferentes fracciones y sus posibles fuentes y proceso de especiación en la fase disuelta y en las partículas. El estudio sobre el ciclo biogeoquímico de los metales indicó que está influenciado por la geoquímica del metal, la ruta de exposición y los factores específicos de la especie. El presente estudio intenta satisfacer la necesidad de proporcionar un diagrama que ilustre el estado geoquímico completo y de contaminación de la laguna para la implementación de políticas estrictas para la conservación sostenible de este hábitat altamente productivo.

ABSTRACT

Bahia Magdalena lagoon in Baja California Sur, Mexico is regarded as the “Pacific Ocean’s Queen” for its adventurous pristine beauty and biodiversity. With the protected sand dune islands on the Pacific side and mangrove habitats margining the lagoon on the continental side, they prove to be warm grounds for mating and birthing of the migrating grey whales and sea lions. The present research work aimed to evaluate the environmental and geochemical characteristics of the abiotic (water and sediment) and biotic elements of the lagoon to assess the contamination status. An extensive sampling campaign was conducted during October 2014 to collect water, sediment and biological samples in predetermined 42 sampling stations covering the entire lagoon in eight transects. The average in situ physical characteristics of the waters were observed to be temperature (28.98°C), pH (8.25), salinity (35.2) PSU and oxygen saturation (96.8%). However, the vertical profiles of seawater properties (temperature, oxygen, density and salinity) did not represent layers of thermal stratification. The characteristics of the waters indicated that the region is highly influenced by the upwelling processes, oceanic circulations, tidal regimes, sea bottom topography, hydrothermal inputs and wind patterns. The concentration of inorganic nutrients (nitrites, nitrates and phosphates) were found to be higher in the bottom water samples (0.078 mg/L) compared to the surface (0.039 mg/L) due to the immediate biological uptake. The dissolved metal concentrations presented surface high (0.65 mg L-1) compared to the bottom (0.54 mg L- 1) due to the process of photochemical reduction. The results of the grain size analysis in sediments exhibited 98.73 % of sand due to the high energy and the total carbon content varied betwee The total (Si, Al, Fe, Ca, Mg, K, P, S, Ti, Ba, Mn, Cr, Pb, Zn, Cd, Mo, Sr, V, Y, As, Zr, Nb, Th, U, Rb) and the leachable metal concentrations (Fe, Mn, Cr, Cu, Ni, Co, Pb, Zn, Cd, As and Hg) in the sediments were measured using a XRF analyzer and Atomic absorption spectrometer respectively. The concentrations of total Sr (421.44 mg Kg-1), leachable Mn (123.20 mg Kg-1), Cr (64 mg Kg-1), Ni (16.13 mg Kg-1), Co (8.57 mg Kg-1) in the surface sediments are ascribed to their source from the geological formations and its close proximity to the subduction zone. The behavior of vertical distributions of metals in the core sediments exhibited the

comparing the concentrations of metals with that of the Sediment Quality guidelines (SQGs), Cd and As were observed to be higher in this region. The mangrove acreage in the lagoon appeared to have increased from 1986 to 2009 (18,445 hectares - 19, 767 hectares) suggesting the less impact of human induced activities and the high influential actions carried out by various Governmental and NGO agencies to protect this dynamic lagoon. Studies of bioaccumulation of metals in the halophytes and seagrass prove that they can be used as indicators for the evaluation of metal contamination in the region. Overall trend of metal concentrations in the organisms was Fe > Zn > Cd > Cu > Mn > Pb > As > Hg > Ni > Cr > Co. Bivalve mollusks (53.83 mg Kg-1) contained two fold higher levels of metals than the fishes (20.77 mg Kg-1). The high Bioconcentration factor (BCF) of Mn suggests that this element is readily available for biota uptake and the general pattern of Biota Sediment Accumulation Factor (BSAF) exhibited high values for Zn, Cu and Cd demonstrating the physiological need of each group of species. High metal levels in the commercial species Mugil curema and Penaeus californiensis (brown shrimp) demand instant remedies to protect commercial fishing in this productive wetland of Mexico. Results of multivariate analysis indicated the associations of each metals in different fractions and their possible sources and speciation process in the dissolved and particulate phase. The study on the biogeochemical cycling of metals indicated that it is influenced by metal geochemistry, exposure route, and species-specific factors. The present study has attempted to fulfill the need in providing a comprehensive illustration of the geochemical and contamination status of the lagoon for the implementation of stringent policies for the sustainable conservation of this productive habitat