El cambio climático está acidificando y contaminando el agua potable y los ecosistemas alpinos

Garrett Rue creció pescando con mosca en el centro de Colorado, a menudo rodeado de montañas teñidas de ámbar y granate, y caminando a lo largo de arroyos que parecían tomar prestados esos colores. A veces lanzaba truchas nativas y regresaba sin nada, porque no había nada que pescar. Luego comenzó a escuchar historias sobre personas en comunidades montañosas cercanas que no podían beber su propia agua. Comenzó a preguntarse: “Estos arroyos tienen problemas para mantener los ecosistemas y no se pueden usar para beber. ¿Que está pasando aqui?"

Hoy en día, Rue, una científica postdoctoral que estudia vías fluviales en el Instituto de Investigación Ártica y Alpina de la Universidad de Colorado, sabe cómo leer el código de colores de la ecología de las corrientes: rojo oxidado o naranja para el óxido de hierro, blanco calcáreo para el aluminio y amarillo para el manganeso. Tales colores revelan la presencia de minerales que lavan las laderas de las montañas; los resultados pueden ser hostiles para la vida acuática local y peligrosos para los sistemas de agua potable. Cierta mineralización y acidificación ocurren naturalmente. Pero décadas de investigación muestran que parte también es el resultado de excavaciones históricas y prácticas de eliminación de desechos en minas regionales de oro, plata y otras, que a menudo se encuentran en regiones montañosas. Ahora, el cambio climático parece estar acelerando el proceso.

La química comienza en los valles de alta montaña, muchos de los cuales han servido durante mucho tiempo como torres de agua naturales del mundo. El cambio climático está elevando las temperaturas y aumentando la frecuencia e intensidad de las sequías en esos entornos alpinos de gran altitud, donde normalmente se ubican las minas. Un creciente cuerpo de investigación relaciona estas condiciones más cálidas y secas con un agua cada vez más ácida, lo que hace que las rocas viertan más minerales en las vías fluviales. Y la lista de lo que entra en esas aguas sigue creciendo. Estas tendencias podrían comprometer potencialmente la calidad del agua en las cuencas hidrográficas de cualquier parte del mundo donde las montañas contengan altas concentraciones de minerales, desde las Montañas Rocosas hasta el Himalaya y los Andes.

La investigación en coautoría de Rue se encuentra entre las últimas entradas en este frente, y una de las primeras en vincular el aumento de las temperaturas con el aumento de las concentraciones de elementos disueltos de tierras raras en los arroyos de montaña. Estos elementos metálicos se utilizan para pulir y colorear el vidrio, y para fabricar las baterías y los imanes que hacen funcionar nuestros omnipresentes teléfonos celulares, televisores y vehículos motorizados. Rue dice que sus hallazgos, publicados en agosto en Ciencia y Tecnología Ambiental, podría tener aún más ramificaciones para la seguridad del agua superficial utilizada para beber y para la salud a largo plazo de los ecosistemas alimentados por estos arroyos.

Los elementos de tierras raras identificados por Rue son relativamente nuevos en la investigación sobre problemas de calidad del agua. Poco se sabe sobre los efectos de estos elementos en la salud humana, y las reglamentaciones de agua potable de la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. no especifican umbrales para ellos. Por lo general, se encuentran en el agua en partes por billón, a menudo indetectablemente bajas, dice Rue. En muestras recolectadas entre 2012 y 2019 en la cuenca del río Snake de Colorado para la investigación reciente de Rue, el equipo encontró decenas de partes por mil millones de metales disueltos de tierras raras lantano, cerio, neodimio, samario, gadolinio, disprosio, erbio, iterbio e itrio. “Es posible que no hayan sido tóxicos en niveles bajos”, dice Rue, pero “podríamos estar cruzando un umbral”. Rue también informó haber encontrado elementos de tierras raras en los cuerpos de los insectos que habitan en los arroyos, lo que sugiere que estos metales están ingresando a la red alimentaria.

Incluso en partes de la cuenca del río Snake sin antecedentes de minería, Rue descubrió que las concentraciones de elementos de tierras raras en las vías fluviales están aumentando. Esto sugiere que los depósitos minerales de montaña, que han arrojado estos elementos a un ritmo relativamente constante durante décadas, también se filtrarán más extensamente a medida que aumenten las temperaturas y empeoren las condiciones de sequía, dice la coautora del estudio e ingeniera civil y ambiental Diane McKnight de la Universidad de Colorado. Roca. No existen estándares de calidad del agua relacionados con elementos de tierras raras. Por lo tanto, McKnight y Rue observaron los estándares de calidad del agua de EE. UU. para el plomo y el cadmio para estimar el riesgo potencial que podría representar esta lixiviación. Los investigadores encontraron concentraciones de elementos de tierras raras por encima del nivel en el que el plomo y el cadmio se consideran seguros para la vida acuática y la salud humana.

Dejando a un lado el clima, los vínculos entre las minas y las preocupaciones sobre la calidad del agua río abajo, a menudo relacionadas con la liberación de varios metales más allá de los que se pretende extraer, son generalizados y, en algunos casos, duraderos. En otras partes de las Montañas Rocosas, incluida la cuenca del río Coeur d'Alene de Idaho, un estudio de 1998 rastreó los metales de antiguas minas que ingresaban a las vías fluviales. Los investigadores encontraron metales en sedimentos y rocas de río 50 millas río abajo de la minería histórica. Los residentes de la isla italiana de Cerdeña se han enfrentado en las últimas décadas a la contaminación de las aguas subterráneas provocada por las inundaciones acidificadas cargadas de zinc, cadmio y plomo que drenan de las minas, incluidas las fenicias milenarias. Y en Alemania, el agua altamente ácida que fluye de las minas de plata, plomo, cobre y zinc excavadas durante los últimos 800 años, según se informa, continuó contaminando las aguas subterráneas hace apenas 20 años.

Ha habido poca o ninguna investigación formal sobre el papel del cambio climático en los ejemplos anteriores. Pero si las sequías relacionadas con el clima están afectando la calidad del agua río abajo en otros lugares, podría haber muchos sitios para investigar solo en los Estados Unidos. Más de 100.000 minas abandonadas permanecen en este país, según recuentos federales. Rue estima que más del 40 por ciento de los principales ríos de EE. UU. tienen cabeceras montañosas potencialmente contaminadas por metales pesados ​​relacionados con las minas o por fuentes naturales de los mismos. En Australia, donde la minería también floreció en el siglo XIX, un grupo de expertos en políticas públicas informa de unas 60.000 minas abandonadas.

Las prácticas mineras convencionales contribuyen a la posible contaminación del agua. Por cada onza de oro, plata, cobre y plomo extraída, los mineros contratados para perseguir esas vetas producen toneladas de roca estéril. Hasta la década de 1970, la ley de minería de los EE. UU. permitía a las empresas privadas, los buscadores individuales y los operadores de molinos dejar montones de esos desechos. Las vetas de minerales a menudo están entrelazadas, lo que significa que estas pilas de rocas incluyen una variedad de metales que emergen del suelo junto con el mineral objetivo. La investigación de Rue agrega elementos de tierras raras a la lista de componentes potenciales que se eliminan de las rocas.

Las pilas de roca estéril pueden parecer inocuas, pero los metales extraídos a menudo se encuentran en rocas que también contienen sulfuros. Cuando se erosionan con el tiempo por el aire y la precipitación, los sulfuros se degradan y crean ácido sulfúrico, que puede eliminar los restos de aluminio, cadmio, hierro, plomo, zinc y otros metales, incluidas las tierras raras en los sitios de la cuenca del río Snake del estudio de Rue y McKnight. . El deshielo o la lluvia transportan estos metales río abajo.

Cantidades suficientes de lluvia y agua de deshielo pueden diluir el impacto de los metales en las vías fluviales cuesta abajo, y los humedales pueden servir como filtros de agua. Pero un clima más cálido y seco, con las sequías que lo acompañan de duración cada vez mayor, reduce estos factores atenuantes.

Para obtener una visión detallada de cómo estos impactos climáticos afectan la salud de los arroyos, los investigadores han revisado las muestras químicas de los arroyos recolectadas durante los últimos 40 años en la cuenca del río Snake en el centro de Colorado. Un estudio de 2012 que analizó estos datos relacionó el aumento de las temperaturas de verano en el área con un aumento de cinco veces en las concentraciones de zinc y otros metales de preocupación ecológica en las vías fluviales de la cuenca. Andrew Manning, geólogo investigador del Servicio Geológico de EE. UU., fue coautor de ese estudio y lo siguió en 2013 con un estudio que demuestra que a medida que el cambio climático prolonga la temporada de verano en la cuenca, esos meses más cálidos y secos reducen el nivel del agua. mesa—exponiendo potencialmente capas más profundas de roca a la intemperie que produce el ácido sulfúrico corrosivo. La disminución de la capa de nieve causada por el calentamiento global también puede conducir a mayores concentraciones de minerales disueltos en cuerpos de agua cada vez más pequeños, agrega Rue.

“Es sorprendente cómo, cuando comienzas a jugar con el clima, todas estas consecuencias imprevistas se unen”, dice Manning. “Y estos ecosistemas, especialmente en lugares como el Ártico y las montañas, se entrelazaron delicadamente en base a un clima bastante estable”.

McKnight ha estudiado la cuenca del río Snake durante décadas, registrando agua cada vez más ácida que liberará más metales pesados ​​(probablemente incluyendo tierras raras) de las rocas. La primera vez que un estudiante probó el pH de un arroyo en un sitio y lo reportó en un 2.7 extremadamente ácido, recuerda: “Dije: 'Eso no puede ser correcto'. Y eso fue." La lluvia ácida generalmente se ubica más cerca de la neutralidad, alrededor de 4 en la escala de pH, que también es el nivel en el que se disuelven suficientes metales en el agua como para que mueran las truchas arcoíris de la cuenca, concluyó un estudio de 2007.

Río abajo, los metales disueltos pueden comprometer el suministro de agua de las comunidades humanas. Por ejemplo, la cuenca del río Snake desemboca en el embalse Dillon, que proporciona agua potable a Denver. La dilución y la sedimentación abordan gran parte de la preocupación, dice Todd Hartman, vocero de Denver Water, pero la compañía de servicios públicos observa de cerca el problema del drenaje del agua de la mina hacia el agua potable. Si las áreas de esquí cercanas tienen que depender de agua acidificada y mineralizada más intensamente para hacer nieve artificial, eso podría agravar el problema, agrega McKnight. El derretimiento primaveral podría arrastrar los metales que se acumularon en la nieve artificial del invierno anterior hacia los arroyos cercanos en un pulso concentrado.

Los hallazgos de Rue son menos un motivo de alarma que una señal para una investigación adicional, dice Manning.

“Hay tan pocas cuencas donde tenemos datos de calidad del agua a largo plazo que nos queda la gran pregunta de '¿Qué tan extendido está esto?'”, dice Manning, quien recientemente tomó muestras de cuencas en todo Colorado para tratar de responder esa pregunta. “Esto es una gran preocupación, pero una de las cosas más importantes que estamos tratando de resolver en este momento es qué tan preocupados debemos estar. Simplemente no lo sabemos”.

El trabajo de Rue lo ha visto chapoteando en los cursos de agua en Nueva Zelanda, algunos de ellos lo suficientemente gruesos con óxido de hierro como para manchar sus tenis de naranja. En sus viajes allí hace casi cuatro años, Rue visitó una mina de carbón abandonada donde se utilizan tanques de conchas de ostras, que son naturalmente alcalinas, para neutralizar la escorrentía ácida de los viejos pozos de la mina y reducir la carga de metales que provienen de ellos. Él espera ver innovaciones similares en los EE. UU. para abordar la escorrentía contaminada de las minas abandonadas. Con la demanda de elementos de tierras raras superando la cadena de suministro global, la recolección de minerales del agua contaminada en estos arroyos de montaña podría abordar una necesidad de fabricación y aliviar las preocupaciones ambientales, si se pueden superar los obstáculos tecnológicos y legales.

“Pero no se trata de encontrar el próximo auge”, dice Rue. “Se trata de encontrar soluciones sostenibles a los problemas ambientales…. Ya estamos en este lío, así que tenemos que salir de él con la ciencia”.