El proyecto

Consecuencias de eventos ambientales singulares sobre el ciclo de los metales en lagunas costeras y su influencia en la incorporación de metales por parte de los productores primarios

Resumen

Las áreas costeras son ambientes sensibles sujetos a gran presión antropogénica por la población e industria que se les atribuye. Entre estas presiones, la contaminación por metales es una preocupación prioritaria ya que estos contaminantes pueden alcanzar concentraciones en agua que exceden los niveles establecidos para proteger a los organismos sensibles en el ecosistema.

En lagunas costeras, sistemas poco profundos con intercambio reducido con el mar, las concentraciones de metales pueden ser uno o dos órdenes de magnitud más altas que en aguas abiertas. Además, estos sistemas dinámicos están sujetos a variaciones fisicoquímicas que pueden alterar el ciclo biogeoquímico de los metales. Los eventos ambientales singulares, como fuertes vientos causan la resuspensión de sedimentos, los eventos de lluvia torrencial provocan entrada masiva de contaminantes, y las floraciones de fitoplancton aumentan dramáticamente la concentración de materia orgánica en el agua. Estos eventos provocan alteraciones en la concentración de metales en el agua, así como en la partición de estos entre fase particulada y disuelta y cambios en su especiación. Esto tendrá un impacto directo en los organismos del área, ya que la toxicidad y biodisponibilidad de los metales depende de su especiación química. La materia orgánica disuelta (DOM) es la variable que más influye en la especiación del metal y su biodisponibilidad.

Sin embargo, los efectos de la DOM en la biodisponibilidad del metal aún no están claros mostrando resultados contradictorios según el metal y el organismo analizados. Algunos muestran que el DOM protege contra la toxicidad del metal y otros, resultados opuestos. Esta propuesta pretende estudiar cómo el ciclo biogeoquímico de metales en la columna de agua de lagunas costeras está influenciado por los eventos ambientales singulares citados y cómo esto afecta la incorporación de metales por parte de los productores primarios, en este caso microalgas, enfocándose en el efecto de la materia orgánica disuelta en la bio-absorción de metales. La laguna del Mar Menor es elegida como área de estudio al ser un sistema de gran valor ecológico afectado antropogénicamente. Recibe aguas contaminadas de la antigua zona minera, especialmente durante eventos de lluvia, y son frecuentes la resuspensión de sedimentos enriquecidos con metales por vientos fuertes y presenta eventos de eutrofización.

El trabajo propuesto combina un muestreo intensivo de campo y trabajo analítico (muestreo mensual de agua con el objetivo de establecer el ciclo de los metales en condiciones estacionarias y su alteración por eventos ambientales singulares, así como la bioacumulación de metales a lo largo del cadena alimentaria) con experimentos de laboratorio basados en hipótesis con fitoplancton (para mejorar el conocimiento sobre la biodisponibilidad de los metales en presencia de materia orgánica disuelta, utilizando soluciones sintéticas bien definidas y muestras naturales del Mar Menor). Este proyecto contribuirá a ampliar el conocimiento sobre el comportamiento de los metales en las áreas costeras y a determinar cómo la presencia de DOM afecta su toxicidad y, por lo tanto, las concentraciones de metales que pueden tolerarse sin representar un riesgo excesivo para el medio ambiente. Los resultados obtenidos serán extrapolados a otros sistemas de lagunas costeras del Mediterráneo o del mundo con las mismas características y singularidades que el Mar Menor.

Este proyecto se está llevando a cabo con la colaboración del proyecto DMMEM del IEO-CSIC para la monitorización de la eutrofización del Mar Menor.

Hipótesis

La hipótesis de partida es que en zonas costeras muy antropizadas, como la Laguna del Mar Menor, los niveles de metales en el agua, bajo determinadas condiciones ambientales extremas, superan los valores establecidos por las directivas europeas como valores máximos permitidos para este tipo de aguas, poniendo en riesgo el buen estado ambiental del ecosistema.

Objetivo principal

El objetivo general del proyecto es estudiar cómo el ciclo biogeoquímico de los metales traza en el agua se ve influenciado por eventos ambientales singulares como lluvias torrenciales, resuspensión de sedimentos después de fuertes vientos o floraciones de algas y eventos de eutrofización y cómo esto afecta la incorporación de metales por los productores primarios, en este caso, microalgas, con especial énfasis en el efecto de la materia orgánica disuelta en la biocaptación de metales.

Este objetivo principal se alcanzará a través de varios objetivos parciales:

Objetivo 1

Estudiar el ciclo biogeoquímico de los metales en la columna de agua de la laguna del Mar Menor en condiciones estacionarias (IP: Juan Santos)

Objetivo 2

Estudiar la influencia de eventos ambientales singulares en el ciclo estacionario de metales traza en la columna de agua de la laguna del Mar Menor (IP: Juan Santos).

Objetivo 3

Estandarización de una metodología robusta para el estudio de la internalización a corto plazo de Pb y Cu por dos microalgas marinas (IP: Paula Sánchez).

Objetivo 4

Estudiar la internalización de Cu y Pb por parte del fitoplancton en presencia de DOM, cationes competidores y salinidades variables en soluciones sintéticas bien definidas (IP: Paula Sánchez).

Objetivo 5

Determinar la biodisponibilidad de metales en muestras del Mar Menor recolectadas en diferentes condiciones hidrográficas (IP: Paula Sánchez).

Objetivo 6

Determinar el factor de bioacumulación de los metales traza a lo largo de la cadena alimentaria del Mar Menor (IP: Juan Santos).

Localización

Murcia (España)

Estaciones de muestreo

Green: Water sample, organic speciation // Purple: Water sample, total metal concentration // Blue: Ports

Metodología

La metodología propuesta para llevar a cabo este proyecto se describe siguiendo las tareas a continuación.

Tarea 1. Estudio del ciclo biogeoquímico anual de los metales traza en la columna de agua.

Tarea 1.1. Campañas y estrategia de muestreo. Se realizará un muestreo trimestral, durante un período de un año, de 10 estaciones distribuidas a lo largo de la laguna (Figura 1) (te la adjunto).

Tarea 1.2. Análisis total de metales traza disueltos y particulados

Tarea 1.3. Análisis de la especiación orgánica de metales traza.

Tarea 1.4. Determinación de clorofila-a.

Tarea 1.5. Análisis y caracterización de la MOD. En colaboración con el investigador X.A. Álvarez-Salgado del Instituto de Investigaciones Marinas (IIM-CSIC).

Tarea 1.6. Correlación de metales y resto de variables.

Tarea 2. Estudio de la influencia de eventos ambientales singulares en las lagunas costeras (lluvias torrenciales, vientos fuertes y floración de algas o eutrofización) sobre el ciclo estacionario de metales traza en la columna de agua.

Tarea 2.1. Estrategia de muestreo y campañas. De manera extraordinaria al muestreo trimestral, se realizarán 3 muestreos durante los eventos ambientales singulares y recurrentes anuales en el Mar Menor, como lluvias torrenciales a finales de verano u otoño, fuertes vientos del este que provocan resuspensión de sedimentos y finalmente floraciones de algas (Figura 2 que te adjunto).

Tarea 2.2. Análisis de las muestras. Se realizarán diferentes análisis en las muestras determinando las mismas variables que en las Tareas 1.2, 1.3, 1.4 y 1.5.

Tarea 3. Estandarización de una metodología robusta para el estudio de la internalización a corto plazo de Pb y Cu por dos microalgas marinas.

Tarea 3.1. Optimización de los procedimientos de recolección con mínimo impacto en la viabilidad celular.

Tarea 3.2. Optimización de los medios de cultivo de bajas concentraciones en metales traza para las dos especies de fitoplancton.

Tarea 3.3. Optimización de experimentos de captación a corto plazo.

Tarea 4. Estudiar la internalización de Cu y Pb por el fitoplancton en presencia de MOD, cationes competidores y salinidades variables en soluciones sintéticas bien definidas.

Tarea 4.1. Experimentos de internalización de metales con fitoplancton en presencia de MOD.

Tarea 4.2. Experimentos de internalización de metales en presencia de cationes competidores en diferentes salinidades.

Tarea 4.3. Determinación de concentraciones de metales disueltos y especiación de metales en soluciones experimentales.

Tarea 4.4. Interpretación y análisis de datos.

Tarea 5. Determinar la biodisponibilidad de metales en muestras del Mar Menor recolectadas en diferentes condiciones hidrográficas.

Tarea 5.1. Muestreo y tratamiento de muestras. El muestreo se realizará como se explica en la Tarea 1, en fechas de muestreo y sitios de muestreo que representen diferentes condiciones hidrográficas. Estos incluirán tres muestras afectadas por los eventos ambientales singulares (viento, floración de fitoplancton y fuertes lluvias) y otras tres muestras que representan una situación normal en diferentes sitios de la laguna.

Tarea 5.2. Análisis de especiación de Cu y Pb, capacidad de complejación y caracterización de MOD.

Tarea 5.3. Experimentos de internalización de metales con muestras naturales

Tarea 5.4. Interpretación y análisis de datos