Source Apportionment and Toxicological Risk of Potentially Toxic Elements in River Osun Ecosystem Within Ilesha Gold Belt

Resumen Técnico: Valoración de la Fuente y Riesgo Toxicológico de Elementos Potencialmente Tóxicos en el Ecosistema del Río Osun dentro del Cinturón de Oro de Ilesha

Planteamiento del Problema
El estudio aborda los riesgos ambientales y de salud pública asociados con los elementos potencialmente tóxicos (EPT) en el ecosistema del río Osun, específicamente dentro del cinturón de oro de Ilesha, en el estado de Osun, Nigeria. Las actividades de minería de oro, particularmente las operaciones artesanales, se identifican como fuentes significativas de contaminación por metales pesados liberados en el agua y el sedimento a través de procesos industriales, fundición y la disposición inadecuada de desechos. La investigación se centra en la caracterización de los parámetros físico-químicos y las concentraciones de metales en estas matrices para evaluar los riesgos ecológicos y los posibles peligros para la salud humana derivados de la exposición a largo plazo, específicamente por ingestión.

Metodología
La investigación empleó un enfoque multifacético que involucró muestreo de campo, análisis de laboratorio y modelado estadístico:

• Muestreo: Se recolectaron muestras de agua y sedimento en septiembre de 2024 en cuatro ubicaciones distintas dentro del cinturón de oro: dos sitios cerca de Ora (ORS1 y ORS2), uno en Oke-Ibode (OKS) y uno en Osogbo (OSS). El sedimento se recolectó de una profundidad de 0–25 cm utilizando un dragado tipo Ekman.
• Análisis Fisicoquímico: Se realizaron mediciones in situ de pH, oxígeno disuelto, sólidos disueltos totales, conductividad eléctrica y dureza total utilizando una sonda multiparamétrica.
• Preparación y Digestión de Muestras: Las muestras de agua se digirieron con ácido nítrico (HNO₃) y ácido clorhídrico (HCl) concentrados a 90 °C. Las muestras de sedimento se secaron al aire, se tamizaron (2 mm) y se extrajeron utilizando una mezcla de HCl, HNO₃ y ácido fosfórico (H₃PO₄).
• Análisis Instrumental: Las concentraciones de metales pesados se cuantificaron mediante Espectroscopía de Emisión Óptica de Plasma Acoplado Inductivamente (ICP-OES) con un sistema Agilent 720-ES.
• Estadística y Evaluación de Riesgos:
  • Valoración de la Fuente: Se utilizó el Análisis de Componentes Principales (PCA) con rotación varimax para identificar patrones, agrupar elementos con tendencias geoquímicas similares y distinguir entre procesos geológicos naturales e insumos antropogénicos.
  • Riesgo Ecológico: Se calculó el Índice de Riesgo Ecológico (ERI) basado en factores de contaminación y factores de respuesta tóxica (Hakanson, 1980).
  • Riesgo para la Salud Humana: Se realizó una evaluación de riesgo no carcinogénico utilizando los modelos de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (USEPA, 2011). Esto implicó el cálculo de la Ingesta Diaria Crónica (CDI) y el Cociente de Peligro (HQ) para la exposición de adultos vía ingestión.

Resultados Clave

• Concentraciones de Metales:
  • Agua: Se observaron variaciones significativas entre los sitios. ORW1 exhibió concentraciones notablemente más altas de Potasio (2.59 mg/L), Calcio (3.59 mg/L), Bario (4.59 mg/L) y Vanadio (5.59 mg/L) en comparación con otros sitios. Los niveles de Hierro (Fe) y Manganeso (Mn) también variaron, mostrando ORW1 la mayor concentración de Fe (1.30 mg/L).
  • Sedimento: El sitio ORS1 mostró las concentraciones medias más altas para varios elementos, incluyendo Sodio (4.92 mg/kg), Magnesio (7.48 mg/kg) y Aluminio (1077.82 mg/kg). El sitio ORS2 mostró niveles elevados de Plata (8.88 mg/kg) y Cadmio (0.38 mg/kg).
• Valoración de la Fuente (PCA): Se identificaron tres componentes principales.
  • El Componente 1 explicó la mayor parte de la varianza, agrupando elementos como Na, Mg, K, Ba, V, Fe, Ni, Cu, Al, Se, Th y U, lo que sugiere un origen geoquímico o mineralógico común.
  • El Componente 2 destacó variaciones en metales de transición y compuestos ricos en calcio (Ca, Mn, Fe, Co, Pb, Cd).
  • El Componente 3 se caracterizó por Cr, Ag, Cd y Th, indicando distribuciones específicas de metales traza potencialmente vinculadas a factores industriales o ambientales. La Plata (Ag) fue identificada como un valor atípico, comportándose de manera diferente a los elementos agrupados.
• Riesgo Ecológico: El Índice de Riesgo Ecológico (ERI) indicó que el Cadmio (Cd) y el Plomo (Pb) representaban riesgos ecológicos significativos, particularmente en las muestras de sedimento.
• Riesgo para la Salud Humana:
  • El análisis del Cociente de Peligro (HQ) reveló que el Cadmio (Cd), el Plomo (Pb) y el Níquel (Ni) representaban riesgos significativos a través de la ingestión a largo plazo.
  • Los valores específicos de HQ para la ingestión de sedimentos superaron la unidad para varios elementos, incluyendo Cobalto (Co: 1.789), Níquel (Ni: 1.897), Cobre (Cu: 1.765), Zinc (Zn: 1.876) y Uranio (U: 1.548), lo que indica posibles riesgos para la salud no carcinogénicos para adultos expuestos a estos sedimentos.

Significancia y Reivindicaciones
El estudio establece que las concentraciones de metales pesados en el agua y el sedimento del cinturón de oro de Ilesha exhiben niveles variables de contaminación, con sitios específicos (notablemente ORS1 y ORS2) que muestran signos de contaminación significativa a extrema. Los autores concluyen que las variaciones elementales observadas son impulsadas por una combinación de operaciones mineras y procesos geológicos naturales.

La principal significancia del trabajo radica en la identificación de riesgos toxicológicos específicos. Los hallazgos sugieren que son necesarias medidas regulatorias en regiones donde ocurren actividades mineras para proteger la salud pública. El artículo hace un llamado explícito a la monitorización continua de las concentraciones de metales pesados para mitigar los peligros ambientales y preservar la calidad del agua. Además, aboga por la adopción de métodos de minería sostenibles y estrategias adecuadas de gestión de residuos para reducir los niveles de contaminación asociados con las actividades de minería de oro en la región. El estudio no propone nuevos protocolos experimentales ni aplicaciones futuras más allá de estas recomendaciones de regulación y gestión.