Estudio hidrogeoquímico del lago ácido de Cueva de la Mora (IPB, Huelva)controles sobre la concentración de metales y modelo de estratificación

Resumen

Cueva de la Mora forma parte del conjunto de lagos ¿cidos de mina de la Faja Pir¿tica Ib¿rica formadostras el abandono de la miner¿a. El cese de las actividades de bombeo de agua, indispensables durante lavida ¿til de esta mina, provoc¿ la recuperaci¿n de nivel fre¿tico y la inundaci¿n de la corta. Este procesoorigin¿ un lago ¿cido merom¿ctico caracterizado por un elevado contenido en sulfato y en hierro,productos de la oxidaci¿n de la pirita, junto con otros metales y metaloides.A pesar de compartir el mismo origen que el resto de los lagos ¿cidos de esta cuenca minera, Cueva de laMora presenta unas caracter¿sticas inusuales: (i) la detecci¿n en columna de agua de concentracionessignificativas de H2S como consecuencia del proceso de sulfato-reducci¿n bacteriana; (ii) el desarrollode una estratificaci¿n multicapa en el monimolimnion, formado por la sucesi¿n de cuatro capas cuyatemperatura, conductividad, pH y concentraci¿n de CO2 aumenta con la profundidad.El presente trabajo se ha centrado en el estudio de los procesos biogeoqu¿micos que tienen lugar en estelago, siendo su objetivo el de ofrecer una visi¿n global del sistema e identificar los factores que controlanlos par¿metros f¿sico-qu¿micos registrados en columna de agua.La zona de acumulaci¿n de H2S abarca 10 metros de espesor y se inicia al final de la redoxclina, con unm¿ximo de concentraci¿n situado a unos 10 m de profundidad, que paulatinamente disminuye hacianiveles inferiores. La interacci¿n del H2S biog¿nico con la carga de metal(oid)es del lago provoca laaparici¿n de una banda de turbidez formada por la precipitaci¿n de sulfuros secundarios. Este procesoprovoca la retirada en disoluci¿n del cobre, adem¿s de una disminuci¿n del contenido de elementostraza como As, Cd, Pb, U, Th, Tl y Sb. El estudio de la evoluci¿n de los perfiles f¿sico-qu¿micos a lo largode las distintas campa¿as ha permitido asociar la intensidad de la sulfato-reducci¿n bacteriana con laproducci¿n primaria desarrollada en el mixolimnion, y tambi¿n con la separaci¿n entre la oxiclina y laredoxclina. De acuerdo con el muestro detallado de la quimioclina y los c¿lculos geoqu¿micos realizadosmediante PHREEQC, la precipitaci¿n de los sulfuros sigue la secuencia: CuS> CdS> PbS> As2S3> NiS> ZnS.Asimismo, el an¿lisis mediante microscop¿a electr¿nica de barrido y energ¿a dispersiva de rayos-X (SEMEDS)de la part¿cula retenida en trampas de sedimento ha permitido reconocer sulfuros secundarios decobre, ars¿nico y zinc.El estudio de la masa de agua a partir de la estimaci¿n del balance h¿drico y la composici¿n isot¿pica(¿18OW, ¿2HW, 3Hw) de las diferentes capas concluye que Cueva de Mora es un lago de descarga, en el quela estratificaci¿n que presenta hoy en d¿a el monimolimnion se desarroll¿ ya durante el proceso dellenado y ha permanecido inalterada desde entonces. La interpretaci¿n, digitalizaci¿n y visualizaci¿n(mediante ArcGIS 9.3) de la informaci¿n minera recopilada desde diferentes fondos documentales hapermitido conocer la estructura de la mina. El factor determinante del desarrollo de la estructuramulticapa del monimolimnion es la conexi¿n de la corta con diferentes niveles de galer¿as subterr¿neas.Por otra parte, la estimaci¿n del ratio de densidad (R¿) indica que el proceso de doble convecci¿ndifusiva puede ser el origen de la capa m¿s superficial del monimolimnion.Mediante diversos ensayos de laboratorio se han evaluado los dos principales sistemas de amortiguaci¿ndel pH de la columna de agua. El aumento de pH en el mixolimnion se encuentra tamponado por laprecipitaci¿n de schwertmannita, Fe8O8(SO4)1,4(OH)5,2¿13H2O. Esta fase contiene, como componentestraza, Al y Si, pero tambi¿n presentan una elevada capacidad de retenci¿n de carbono org¿nico, As, Cr, Vy Sb.A partir de los 20 m de profundidad, la concentraci¿n de aluminio se encuentra en equilibrio con lahidrobasaluminita-basaluminita. La retenci¿n de Si, V, Sb, Cr, Be, Pb, Se y U en estos hidroxisulfatos dealuminio explica el descenso de la concentraci¿n de estos elementos a medida que aumenta laprofundidad.Los ensayos de disoluci¿n ¿cida de diferentes litolog¿as de caja han permitido relacionar la actividadprimaria (fotos¿ntesis) desarrollada en el mixolimnion, con el contenido en carbonatos y f¿sforo de laslitolog¿as del yacimiento. Asimismo, se puede concluir que la disoluci¿n de carbonatos yaluminiosilicatos, presentes tanto en la roca de caja como en la mineralizaci¿n, es la principalresponsable del aumento del pH en columna de agua. La disoluci¿n de la pirita libera, adem¿s de Fe ySO42, una cantidad significativa de Zn, Mn, Cu, Pb y As, y concentraciones traza de Cd, Sb, Cr, Tl y U.Por ¿ltimo, se ha realizado un estudio del sedimento mediante extracci¿n secuencial de los diferentescomponentes; el an¿lisis qu¿mico de los lixiviados, y la identificaci¿n mineral¿gica del residuo s¿lidomediante difracci¿n de rayos X (DRX y DRXD). El sedimento profundo presenta una composici¿n muyhomog¿nea, formada principalmente por detr¿ticos de sulfuros primarios y silicatos, de lo que se deduceun bajo grado de alteraci¿n. Por el contrario, en el sedimento somero se distinguen dos capas: unasuperficial, formada principalmente por oxi-hidroxisulfatos de hierro y otra profunda, cuya fracci¿nmayoritaria se asocia al contenido de sulfuros secundarios y a la materia org¿nica. En este sedimento seestablecen ciclos biogeoqu¿micos bien definidos de Fe y S debido a un mayor desarrollo de la actividadmicrobiana.