Trace metal partitioning and potential mobility in the naturally acidic sediment of Lake Caviahue, Neuquén, Argentina

Abstract

El Lago Caviahue es un cuerpo de agua extremadamente ácido ubicado en el norte de la Patagonia Argentina. La acidez se debe a que la naciente de uno de sus afluentes principales se encuentra en un manantial de efluentes del volcán Copahue. Durante los últimos 18 años, el pH del lago a aumentado progresivamente hasta hallarse cerca del umbral de precipitación del ion férrico (pH>3,0). Si el hierro precipitara, la composición del agua y del sedimento cambiaría. Para determinar una línea de base previa a este cambio, se realizó un estudio del fraccionamiento de metales traza (Cu, Cd, Cr, Pb, Zn y Mn) en tres testigos de sedimentos (de 0 a 16 cm de profundidad en el sedimento) en tres sitios representativos del lago. Para ello se utilizaron un método de extracción secuencial (SEP) y el protocolo de extracción de sulfuros ácidos volátiles y metales simultáneamente extraídos (AVS/SEM). El contenido total de los metales estudiados en los sedimentos osciló entre 0 y 408 μg g-1 de sedimento seco, con Pb>Cr>Mn>Cu>Zn>Cd. El cadmio se halló siempre por debajo del límite de detección. Dos de los metales más abundantes, Cr y Mn no son tóxicos en la combinación de pH / Eh determinadas en el sedimento de la cuenca. Se determinó que los niveles de Pb hallados se corresponden con un nivel de contaminación moderado, aunque este se halla mayormente asociado a la fracción más recalcitrante del sedimento y por lo tanto su movilidad potencial es baja. Las fracciones de sedimento con mayor contenido de metales fueron la oxidable y la residual, la primera comúnmente asociada con materia orgánica lábil y pirita, mientras que la segunda con materia orgánica recalcitrante y con minerales formadores de rocas. Además, se halló una fuerte correlación entre Cr, Pb y Mn, por lo que estos metales pueden estar sujetos a procesos de precipitación análogos y posiblemente su contenido en los efluentes volcánicos varíe en la misma proporción. No se detectaron metales asociados a la fracción intercambiable/carbonatos que son las más lábiles del sedimento. Sumado a ello, el contenido de metales hallados en la fracción SEM estuvo en todos los casos por debajo del umbral de toxicidad de dos niveles guía internacionales para sedimentos de cuerpos de agua dulce. En este sentido, el indicador de toxicidad calculado como AVS/SEM no arrojó indicios de toxicidad para ninguno de los sitios y estratos evaluados. Estos últimos resultados indican que la movilidad potencial de los metales estudiados en el sedimento ácido del Lago caviahue es muy baja.

Lake Caviahue, in Patagonia (Argentina), is a very acid water body (Patagonia, Argentina) due to the influx of volcanic fluids. Over the past 18 years, the lake has been progressively alkalinizing and pH is close to the ferric iron precipitation threshold (pH>3,0). Should iron precipitate, water and sediment composition will be altered. To set a baseline, trace metal partitioning (Cu, Cd, Cr, Pb, Zn and Mn) was studied for three sediment cores (0 to 16 cm depth) at three sampling stations using a sequential extraction procedure (SEP) and the acid volatile sulfide/simultaneously extracted metals (AVS/SEM) protocol. The total metals content of the sediments ranged between 0 to 408 µg g-1 of dry sediment, with Pb>Cr>Mn>Cu>Zn>Cd. No Cd was measured above the limit of detection. The sediment was richest in Mn and Cr, two non-toxic metals at the pH/Eh combination of the lake basin. Total Pb was at a moderate contamination level although it is associated with the most recalcitrant fraction and therefore has low mobility. The sediment fractions with higher metal content were the oxidizable and residual, the former commonly associated with labile organic matter and pyrite while the latter are related to recalcitrant organic matter and rock forming minerals. In addition, a high correlation was found between Cr, Pb and Mn, thus these metals may be subject to analogous precipitation processes and possibly to co-variation in the volcano effluents. Furthermore, no metals were detected in the exchangeable/carbonates fraction, which is the most labile of all the sediment fractions. The metal content in (SEM) was likewise below the toxicity thresholds of two international sediment quality guidelines and the ratio AVS/SEM was over one, indicative of non-toxicity. Both results indicate that metal mobility in the acidic sediments of lake Caviahue is very low.