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Seasonal and spatial study of heavy metals in runoff at Rasht city: Environmental and health risks assessment

Este estudio de la escorrentía urbana de la ciudad de Rasht revela que las concentraciones de metales pesados, particularmente mercurio y cadmio, son significativamente más altas durante la estación seca, lo que plantea graves riesgos para la salud no carcinogénicos y carcinogénicos para niños y adultos que exceden las directrices internacionales de seguridad.

Autores originales: Seyed Davod Ashrafi, Jalil Jaafari, Mehrdad Moslemzadeh

Publicado 2026-08-19

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CC BY 4.0

Autores originales: Seyed Davod Ashrafi, Jalil Jaafari, Mehrdad Moslemzadeh

Artículo original bajo licencia CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Esta es una explicación generada por IA del artículo a continuación. No ha sido escrita ni avalada por los autores. Para mayor precisión técnica, consulte el artículo original. Leer descargo de responsabilidad completo

El agua que fluye sobre el suelo después de una tormenta es más que simple lluvia lavando la suciedad; es una colección en movimiento de todo lo que la tormenta ha tocado. En las ciudades, esta escorrentía recorre calles, estacionamientos y mercados, recogiendo aceites, polvo y productos químicos antes de transportarlos hacia ríos y arroyos. Entre las muchas cosas que transporta, los metales pesados son particularmente preocupantes. Estos son elementos densos como el mercurio, el plomo y el cadmio que no se descomponen con el tiempo. En su lugar, persisten en el medio ambiente, acumulándose en el suelo y el agua, y eventualmente entrando en la cadena alimentaria. Debido a que estos metales pueden causar graves problemas de salud, desde daños al sistema nervioso hasta un mayor riesgo de cáncer, comprender cuánto de ellos está presente en nuestras vías fluviales urbanas es una cuestión crítica para la salud pública.

En la ciudad de Rasht, Irán, un equipo de investigadores se propuso medir exactamente qué se escondía en esta escorrentía. Rasht es conocida como la "Ciudad de la Lluvia", recibiendo una cantidad significativa de precipitación cada año, lo que crea un flujo constante de agua a través de sus calles. Los investigadores querían saber si la cantidad de metales pesados en esta agua cambiaba dependiendo de la época del año, y si los niveles eran lo suficientemente altos como para representar un peligro para las personas. Recolectaron sesenta muestras de escorrentía de una zona de mercado diario muy concurrida, tomando treinta muestras durante los meses secos y treinta durante los meses húmedos. Utilizando equipos de laboratorio precisos, midieron la concentración de quince metales diferentes en cada muestra para ver cómo el entorno de la ciudad estaba afectando la calidad del agua.

El estudio reveló un patrón claro y consistente: el agua estaba mucho más contaminada durante la estación seca que durante la estación húmeda. Cuando llueve intensamente, el gran volumen de agua diluye los contaminantes, dispersándolos y reduciendo su concentración. Sin embargo, durante los meses secos, el volumen de agua es mucho menor, lo que permite que los contaminantes se acumulen. Los investigadores encontraron que, si bien la mayoría de los metales se mantenían dentro de los límites seguros, dos elementos específicos, el mercurio y el cadmio, excedieron frecuentemente las directrices de seguridad establecidas por las organizaciones internacionales de salud. En la estación seca, los niveles de mercurio alcanzaron los 0.078 mg/L, y los niveles de cadmio llegaron a 0.180 mg/L, ambos muy por encima de lo que se considera seguro para el agua. Estos altos niveles fueron probablemente causados por la acumulación de polvo de neumáticos, aceite y otros desechos urbanos en las calles, que luego fueron lavados hacia la escorrentía cuando finalmente llovía o cuando el agua fluía sobre las superficies secas.

El peligro que representa esta agua no es solo para el medio ambiente; es para la salud humana. Los investigadores calcularon el riesgo para las personas que podrían entrar en contacto con esta escorrentía, ya sea tragando accidentalmente una pequeña cantidad o por tenerla en contacto con su piel. Encontraron que el riesgo era significamente mayor para los niños que para los adultos, simplemente porque los niños son más pequeños y sus cuerpos absorben los contaminantes más fácilmente en relación con su tamaño. Durante la estación seca, el riesgo de efectos de salud no cancerígenos fue alarmantemente alto. Para los niños, la puntuación de riesgo total alcanzó 19.209, una cifra que indica una seria amenaza para la salud, mientras que los adultos enfrentaron una puntuación de 2.076. El mercurio fue el principal impulsor de este riesgo, actuando como la principal fuente de peligro en el agua. El estudio también analizó el riesgo a largo plazo de desarrollar cáncer debido a la exposición a metales como el arsénico, el cadmio y el cromo. Los resultados mostraron que el riesgo de cáncer de por vida para los niños expuestos a esta escorrentía fue de 0.0127 durante la estación seca, una cifra que excede el rango de seguridad aceptable establecido por las autoridades de salud.

Los investigadores también mapearon dónde era peor la contaminación dentro de la ciudad. Encontraron que la contaminación no estaba distribuida uniformemente; en cambio, variaba significativamente de un lugar a otro, con ciertas áreas mostrando niveles de metales mucho más altos que otras. Este mosaico de contaminación sugiere que actividades locales específicas, como el tráfico o la descarga industrial, están creando puntos críticos de contaminación. El estudio concluye que la contaminación por metales pesados en la escorrentía de Rasht es un problema serio que requiere atención inmediata, particularmente durante los meses secos cuando las concentraciones alcanzan su punto máximo. Los hallazgos sugieren que los gestores de la ciudad deben centrarse en controlar las fuentes de estos metales y mejorar la gestión de las aguas pluviales para proteger tanto el ecosistema local como la salud de las personas que viven allí.

Resumen Técnico: Estudio Estacional y Espacial de Metales Pesados en la Escorrentía en la Ciudad de Rasht

Planteamiento del Problema
La escorrentía superficial urbana sirve como una vía crítica para el transporte de metales pesados (MP) hacia los ecosistemas acuáticos, lo que plantea riesgos significativos para la ecología y la salud humana. En Rasht, Irán —una ciudad caracterizada por altas precipitaciones, topografía plana y una densa urbanización— la escorrentía suele acumular contaminantes provenientes de fuentes no puntuales, tales como el tráfico, las actividades industriales y la deposición atmosférica. Si bien estudios previos han examinado las variaciones estacionales en la contaminación del aire y los contaminantes del suelo en climas similares, existe la necesidad específica de cuantificar la concentración, la distribución espacio-estacional y los riesgos asociados de los metales pesados en la escorrentía superficial de Rasht. El estudio aborda la brecha en la comprensión de cómo los cambios hidrológicos estacionales (seco vs. húmedo) influyen en la acumulación de metales y los subsiguientes riesgos para la salud no carcinogénicos y carcinogénicos para la población local, particularmente para los niños.

Metodología
El estudio empleó un enfoque de métodos mixtos que involucró muestreo de campo, análisis de laboratorio y modelado de riesgo probabilístico:

Muestreo y Análisis: Se recolectaron un total de 60 muestras de escorrentía superficial en un área de mercado diario concurrida en Rasht. Treinta muestras se tomaron durante la estación seca (junio–septiembre de 2023) y 30 durante la estación húmeda (octubre de 2023–mayo de 2024). Las muestras fueron analizadas para 15 metales pesados (As, Cd, Pb, Cr, Ni, Cu, Zn, Mn, Hg, Fe, Co, Se, V, Al, Ag) mediante Espectrometría de Emisión Óptica de Plasma Acoplado Inductivamente (ICP-OES).
Análisis Estadístico y Espacial: Debido a la distribución de datos no normales, se utilizaron pruebas no paramétricas (Mann–Whitney U y Kruskal–Wallis) para evaluar las diferencias estacionales y espaciales. Se utilizaron Sistemas de Información Geográfica (SIG) con interpolación de Kriging para mapear la heterogeneidad espacial.
Evaluación de Riesgo:
- Riesgo Ambiental: Se calculó el Índice de Carga de Contaminación (PLI) utilizando los valores de referencia de la US EPA para determinar los niveles de contaminación.
- Riesgo para la Salud: Los riesgos no carcinogénicos se evaluaron mediante la Ingesta Diaria Estimada (EDI), el Cociente de Peligro (HQ) y el Índice de Peligro (HI) para las vías de exposición oral y dérmica. Los riesgos carcinogénicos se evaluaron para As, Cd y Cr(VI) utilizando modelos de Riesgo de Cáncer de la Vida (LCR).
- Análisis de Incertidumbre: Se realizó una simulación de Monte Carlo (20,000 iteraciones) utilizando Oracle Crystal Ball para considerar la variabilidad en los parámetros de exposición e identificar los impulsores dominantes de la incertidumbre.

Resultados Clave

Concentración y Estacionalidad: Las concentraciones de metales pesados fueron significativamente más altas durante la estación seca en comparación con la estación húmeda para casi todos los elementos (excepto el Plomo, que no mostró una variación estacional significativa). Esto se atribuye a la reducción de la dilución y la acumulación de contaminantes en las superficies impermeables durante los períodos secos.
Excedencia de Estándares: El Mercurio (Hg) y el Cadmio (Cd) fueron los principales contaminantes de preocupación. En la estación seca, el Hg alcanzó 0.078 mg/L y el Cd alcanzó 0.180 mg/L, superando significativamente los valores de guía de la OMS y la EPA. Otros metales generalmente se mantuvieron dentro de los límites permisibles, aunque el Manganeso (Mn) y el Aluminio (Al) se acercaron a los umbrales de la EPA en la estación seca.
Distribución Espacial: Se observó una heterogeneidad espacial significativa en los sitios de muestreo en ambas estaciones. Se identificaron puntos críticos de contaminación en zonas comerciales y de tráfico intenso. En la estación húmeda, las altas concentraciones se concentraron en la parte norte de la ciudad debido a la dirección del flujo de escorrentía hacia la planta de tratamiento de aguas residuales; en la estación seca, los puntos críticos estaban más dispersos.
Riesgo Ambiental (PLI): El PLI indicó una baja contaminación en la estación húmeda (0.21–0.63). En contraste, la estación seca mostró una transición de contaminación baja a moderada-alta (0.39–2.13), impulsada principalmente por la acumulación de Hg.
Evaluación de Riesgo para la Salud:
- Riesgo No Carcinogénico: El Índice de Peligro (HI) para la exposición oral excedió los límites seguros (HI > 1) en ambas estaciones, pero se elevó críticamente en la estación seca. El HI acumulado alcanzó 19.209 para niños y 2.076 para adultos durante la estación seca. El mercurio fue el contribuyente dominante, con valores de HQ individuales alcanzando 13.016 para niños.
- Riesgo Carcinogénico: Los valores de Riesgo de Cáncer de la Vida (LCR) excedieron el rango aceptable de la USEPA ( $10^{-6}$ a $10^{-4}$ ) en ambas estaciones, siendo los riesgos de la estación seca mayores (0.0127 para niños frente a 0.0023 en la estación húmeda). El Cadmio fue identificado como el principal impulsor del riesgo carcinogénico.
Análisis de Sensibilidad: Las simulaciones de Monte Carlo revelaron que la concentración del contaminante (C) fue el factor dominante que controló la incertidumbre en ambos modelos de riesgo (no carcinogénico y carcinogénico), explicando más del 94% de la varianza en las estimaciones de riesgo.

Significancia y Reivindicaciones
Los autores afirman que este estudio proporciona una evaluación sistemática de la contaminación por metales pesados en la escorrentía urbana en Rasht, destacando que las condiciones secas exacerban significativamente las cargas de contaminación y los riesgos para la salud. El artículo sostiene que el Mercurio y el Cadmio son los principales contaminantes que requieren atención inmediata. Específicamente, el estudio concluye que:

Dinámicas Estacionales: La estación seca plantea un riesgo sustancialmente mayor debido a la reducción de la dilución y la acumulación de contaminantes, lo que hace esenciales las estrategias de gestión estacional.
Poblaciones Vulnerables: Los niños corren un riesgo significativamente mayor que los adultos debido a su menor peso corporal y mayores tasas de ingesta por unidad de masa corporal.
Implicaciones de Gestión: Los hallazgos subrayan la necesidad de estrategias de control de la contaminación dirigidas, específicamente medidas de control en la fuente para reducir los aportes de Hg y Cd, una mejor gestión de las aguas pluviales y un monitoreo continuo. El estudio enfatiza que reducir las concentraciones de contaminantes es la estrategia más efectiva para mitigar tanto los riesgos ecológicos como los de la salud humana, ya que la concentración es el principal motor de la incertidumbre del riesgo.

El documento mantiene un alcance modesto, reconociendo que la evaluación del riesgo para la salud se limitó a las vías de exposición directa (ingestión y contacto dérmico) y no incluyó vías indirectas como la transferencia a través de la cadena alimentaria, lo cual se señala como una limitación del trabajo.

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