Distribution, source dynamics, pollution characteristics, and health risk assessment of potentially toxic elements of dust in Osogbo, southwestern Nigeria

Resumen Técnico: Distribución, Dinámica de Fuentes, Características de Contaminación y Evaluación de Riesgos para la Salud de Elementos Potencialmente Tóxicos en Osogbo, Nigeria

Planteamiento del Problema
La rápida urbanización y el crecimiento poblacional en las naciones en desarrollo han intensificado la acumulación de Elementos Potencialmente Tóxicos (EPT) en el polvo de las calles urbanas, creando amenazas significativas para el medio ambiente y la salud pública. Si bien existe una investigación extensa sobre las principales ciudades nigerianas y las capitales federales, hay una brecha de datos crítica con respecto a las ciudades secundarias de tamaño medio y rápida urbanización como Osogbo. Osogbo, ubicada en el suroeste de Nigeria, exhibe una mezcla compleja de actividad comercial, reciclaje artesanal de metales, eliminación informal de desechos y tráfico pesado, pero carece de un perfil toxicológico exhaustivo de su polvo de calle. El estudio aborda la necesidad de caracterizar la distribución, la diferenciación de fuentes, los riesgos ecológicos y las implicaciones para la salud humana de los EPT en este microentorno urbano específico.

Metodología
El estudio empleó una estrategia de muestreo basada en el uso del suelo en cinco microentornos urbanos distintos en Osogbo: Áreas de Tráfico/Transporte (TTA), Áreas Comerciales/Mixtas (CMA), Áreas Industriales (IDA), Áreas Escolares (SCA) y Áreas de Residuos Sólidos Municipales (MSA).

• Muestreo: Se recolectaron veintiocho (28) muestras de polvo de calle durante la estación seca para maximizar la acumulación y minimizar el lavado estacional. Las muestras se recolectaron utilizando cepillos de polietileno y bandejas de plástico previamente limpiados.
• Análisis: Las muestras fueron sometidas a digestión química mediante aqua regia modificada (HCl:HNO₃:H₂O) y fueron analizadas para trece EPT (Fe, Al, Cu, Pb, Zn, Ni, Co, Mn, Cd, V, La, Cr y Ba) utilizando Espectrometría de Emisión Óptica de Plasma Acoplado Inductivamente (ICP-OES). El control de calidad se mantuvo utilizando materiales de referencia estándar (OREAS262, BVGEO01, DS11), con recuperaciones que oscilaron entre el 86% y el 104%.
• Marcos de Evaluación:
  • Diferenciación de Fuentes: Se utilizaron el Análisis de Componentes Principales (PCA) y el Análisis de Conglomerados Jerárquicos (HCA) para distinguir entre fuentes geogénicas y antropogénicas.
  • Índices de Contaminación: Se calcularon el Factor de Contaminación (CF), el Factor de Enriquecimiento (EF), el Índice de Geoacumulación ($I_{geo}$), el Índice de Carga de Contaminación (PLI) y el Grado de Contaminación ($C_{deg}$) utilizando las litologías del complejo de basamento local como valores de fondo.
  • Evaluación de Riesgos: Los riesgos ecológicos se evaluaron mediante el Índice de Riesgo Ecológico Potencial (RI) de Hakanson. Los riesgos para la salud humana se evaluaron a través del modelo de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (USEPA), calculando riesgos no carcinogénicos (Cociente de Peligro, HQ; Índice de Peligro, HI) y riesgos carcinogénicos (CR) tanto para adultos como para niños a través de las vías de ingestión, dérmica e inhalación.

Resultados Clave

• Distribución Elemental: La concentración de EPT siguió el orden: Fe > Al > Mn > Zn > Cr > Pb > Cu > Cd > Ni > Co. Los elementos mayores (Fe, Al) mostraron una variación mínima entre zonas, lo que indica un origen geogénico derivado de la meteorización local. Los elementos traza (Pb, Zn, Cu, Cd) exhibieron una variación espacial significativa, con las concentraciones más altas registradas en CMA y MSA.
• Dinámica de Fuentes: El análisis multivariante separó las fuentes en dos grupos distintos:
  • Geogénicas: Fe, Al, Mn, Co y Cr estuvieron asociados principalmente con la meteorización natural del Complejo de Basamento Precámbrico (gneiss migmatítico, esquisto, pegmatita) y la resuspensión del suelo.
  • Antropogénicas: Cu, Cd, Pb, Zn y Ni estuvieron vinculados a actividades humanas, específicamente emisiones vehiculares (desgaste de frenos, abrasión de neumáticos), procesos industriales (reciclaje de metales, fundición) y eliminación de residuos sólidos municipales (quema a cielo abierto).
• Contaminación y Riesgo Ecológico:
  • Contaminación: El Grado de Contaminación ($C_{deg}$) y el Índice de Carga de Contaminación (PLI) indicaron un "grado de contaminación muy alto" en todas las zonas.
  • Enriquecimiento: El cadmio (Cd) mostró un enriquecimiento extremo (EF hasta 825 en CMA), seguido de un enriquecimiento significativo de Pb y Zn.
  • Riesgo Ecológico: El Índice de Riesgo Ecológico Potencial (RI) superó el umbral de 600 en todos los entornos, clasificando el área con un "riesgo ecológico muy alto". El Cd fue identificado como el motor dominante de este riesgo, contribuyendo con el factor de riesgo individual más alto ($E_r$) en todos los sitios, particularmente en el Área de Residuos Sólidos Municipales.
• Riesgo para la Salud Humana:
  • No Carcinogénico: Los valores promedio del Índice de Peligro (HI) para adultos y niños estuvieron por debajo del límite seguro de 1. Sin embargo, los valores máximos de exposición absoluta para niños excedieron los límites de seguridad para Pb (HI = 4.27), Cd (HI = 1.59) y Cr (HI = 1.04), impulsados principalmente por la vía de ingestión.
  • Carcinogénico: Los valores medios de riesgo carcinogénico (CR) para ambos grupos de edad se situaron dentro del rango aceptable ($10^{-6}$ a $10^{-4}$). No obstante, los valores máximos de CR para niños expuestos a Pb y Cd se acercaron o estuvieron cerca del límite superior de aceptabilidad, lo que indica una preocupación potencial bajo escenarios de alta exposición.

Significancia y Reivindicaciones
El estudio establece una línea base crítica para comprender la contaminación del polvo urbano en las ciudades secundarias de Nigeria, que a menudo son ignoradas en el monitoreo ambiental. Los autores afirman que los hallazgos proporcionan la evidencia científica necesaria para la toma de decisiones políticas con respecto al control de la contaminación, la planificación urbana y la protección de la salud pública en Osogbo y ciudades similares del África subsahariana.

El documento enfatiza que, si bien el riesgo poblacional promedio puede parecer manejable, los escenarios específicos de alta exposición —particularmente para los niños que realizan conductas de mano a la boca en las zonas Comerciales y de Eliminación de Residuos— plantean amenazas no carcinogénicas y potencialmente carcinogénicas significativas. La investigación subraya la necesidad urgente de un control eficiente de la contaminación urbana, una mejor gestión de los residuos (específicamente la reducción de la quema a cielo abierto) e intervenciones de salud pública para mitigar el estrés ecológico y los riesgos para la salud impulsados por los EPT antropogénicos en entornos de rápida urbanización.