INTRODUCCIÓN

INTRODUCCIÓN

La Asamblea General de las Naciones Unidas (ONU) declaró el pasado 28 de julio de 2022 que " Todas las personas del mundo tienen derecho al medio ambiente saludable". Este mismo organismo afirma que la contaminación actualmente mata a 9 millones de personas al año, el doble que el COVID-19.

Esta polución puede afectar al agua, aire, suelo… Con un incremento de la población mundial que se espera que alcance alrededor de los 9000 millones para 2050, la contaminación del planeta es un problema cuya gravedad está en aumento y degrada nuestros suelos, envenena los alimentos que comemos, el agua que bebemos y el aire que respiramos.

Teniendo en cuenta que el 95 % de los alimentos que consumimos provienen del suelo, parece obvio que el hecho de que el suelo esté contaminado va a repercutir directamente en la calidad de dichos alimentos, y por tanto, nos afectará también a las personas que los ingerimos.

Las fuentes de contaminación del suelo son diversas: vertido de residuos incontrolados, escombros industriales, almacenamiento incorrecto de productos y/o residuos en actividades industriales, y ciertas actividades agrícolas.

De todos los contaminantes que afectan al suelo, los metales pesados van a constituir el objeto de estudio de este proyecto. Concretamente se estudiará y recreará el

mecanismo por el cual las plantas son capaces de eliminar estos metales pesados del suelo.

MARCO TEÓRICO

1. BIOLOGÍA

1.1 Fitorremediación: ¿Qué es? ¿Cuál es su historia?

La fitorremediación es una ecotecnología basada en la utilización de plantas a las que llamamos plantas hiperacumuladoras o fitorremediadoras, para la descontaminación del agua, del aire o de la tierra mediante la tolerancia, absorción, degradación o acumulacion del contaminante en cuestión.

La fitorremediación no es un método que se haya inventado recientemente ya que desde hace 300 años los seres humanos se han aprovechado de este poder purificante de las plantas para limpiar el agua. La fitorremediación comenzó su desarrollo de manera más firme en el siglo XVIII cuando el científico de Reino Unido Joseph Priestley y el químico y biólogo frances Antoine Lavoisier descubrieron que ciertas plantas eran capaces de descontaminar la atmósfera cuando se exponían a la luz; estos científicos, sin embargo no fueron más allá, y hubo que esperar hasta 1885 cuando se obtuvieron más datos sobre la fitorremediación al encontrarse grandes cantidades de zinc en las hojas de algunas plantas situadas en suelos contaminados con este metal. Un siglo después, ya en los años 90, se acuñó por primera vez el término fitorremediación, el cual proviene de Phyto, que significa “planta” y Remedium que significa “recuperar el equilibrio”.

Las plantas perfectas para la fitorremediación deben ser capaces de producir grandes cantidades de biomasa, es decir, de crecer rápidamente, también deben ser fáciles de recolectar, ya que una vez estas absorban los contaminantes, han de ser retiradas, y además deben tener una gran capacidad de acumulación de metales pesados en sus partes recolectables (plantas hiperacumuladoras), que suelen ser las hojas. No obstante, a día de hoy, no conocemos ninguna planta que cumpla perfectamente todas estas expectativas.

1.2. Tipos de fitorremediación Hay varios tipos de fitorremediación entre los que encontramos la fitoextracción, en ella las plantas extraen los contaminantes de los suelos a través de sus raíces, y estos contaminantes se acumulan en grandes cantidades en las hojas de dichas plantas, de hecho en este tipo de fitorremediaciones, hay casos en los que es posible recuperar el metal absorbido por la planta, y a este proceso por el cual se recupera el metal se le

denomina fitominería, este será el tipo de fitorremediación que se empleará en la investigación a realizar. Otro tipo de fitorremediación es la fitodegradación en la cual las plantas degradan los contaminantes orgánicos en moléculas más simples, lo que se consigue a través de las actividades enzimáticas de la planta. Por último tenemos la fitovolatilización, la cual es realizada por plantas capaces de absorber a través de sus raíces los metales pesados del suelo, pero en vez de quedarse con los metales en las hojas, lo que hacen es expulsar a la atmósfera los contaminantes mediante el proceso de transpiración. (Ver anexo I, figura 1).

1.3. ¿Cómo funciona?

En el caso de que queramos usar la fitorremediación para descontaminar un suelo previamente contaminado, se comienza midiendo la contaminación del suelo en el que vamos a plantar nuestra plantas hiperacumuladoras, también hay que fijarse en el nivel de ácido que se desprende en algunos casos por la oxidación de ciertos sulfuros metálicos, ya que estos ácidos son capaces de matar a algunas plantas fitorremediadoras, como en el caso de la mina de Aznalcóllar (1998), cuyo tema se tratará más adelante. Una vez se ha medido todo lo mencionado anteriormente, se procede a seleccionar la planta que debe usarse según la cantidad de ácido, los metales que se encuentran en el suelo y la concentración que hay de estos. Seleccionada la planta a utilizar, se procede a plantarla. Cuando la planta ha absorbido todos los metales, se recolecta y el suelo queda descontaminado.

A continuación, se tratará de explicar cómo es el proceso por el cual una planta absorbe un metal pesado que se encuentra en el suelo. Las plantas deben de fabricar su propio alimento usando el Sol, el agua o sales minerales del suelo. Los procesos que sigue la planta son absorción a través de los pelos absorbentes de las raíces, transpiración a través de las hojas y actividades enzimáticas (las enzimas son proteínas catalizadoras, es decir, aumentan la velocidad de las reacciones químicas).

La absorción se lleva a cabo en el proceso de nutrición de la planta, el cual presenta distintas etapas. La primera es la absorción de agua y sales minerales, en la que además de estas dos sustancias, se encuentra el metal que queremos recoger del suelo. En esta etapa, los pelos absorbentes que se encuentran en la raíz de la planta, se encargan de absorber las sustancias del suelo, esta entrada se produce por ósmosis (difusión pasiva que ocurre cuando dos espacios de un medio tienen una gran diferencia en sus

concentraciones) ya que en la raíz encontramos una gran concentración salina y sin embargo fuera tenemos un medio hipotónico, es decir, con poca concentración. Después de que el agua haya sido absorbida, necesitamos que también sean absorbidas las sales minerales y así conseguir que estas también lleguen al xilema (parte de la planta que se encarga de llevar la savia bruta hacia las hojas). La absorción de las sales minerales tiene dos vías, la primera sería la vía simplástica, en la cual las sales entran en la raíz por transporte activo, es decir, con gasto de energía, y van pasando de célula a célula hasta llegar al xilema sin ningún tipo de problema. Por otro lado tenemos la vía apoplástica, en esta vía, las sales también entran por transporte activo, pero esta vez viajan por los espacios intercelulares, es decir, por fuera de las células. (Ver anexo I figura 4). Esta vía sí que presenta un problema y es que al llegar a la banda de Caspary (un tejido impermeable que se encuentra dentro de la raíz) las sales minerales no encuentran hueco para pasar entre las células de esa banda por lo que tienen que seguir por la vía simplástica (atravesando las células) hasta llegar al xilema. (Ver anexo I figura 2 y figura 3).

Una vez tenemos la savia bruta dentro del xilema, esta debe subir hacia las hojas. Por un lado, sube por presión radicular, es decir, el agua entra por ósmosis, como hemos dicho antes, y al entrar encontramos una presión positiva en la raíz, y gracias a esta presión, el agua es capaz de ascender. Por otro lado, está el proceso de adhesión-cohesión, mediante el cual las moléculas de agua al ser polares, son capaces de “pegarse” a la pared y además formar puentes de hidrógeno (enlaces no demasiado fuertes que se forman gracias a la densidad de carga negativa de oxígeno en una molécula y la densidad de carga positiva de hidrógeno en otra molécula) entre ellas, formando una especie de cadena que las ayuda a subir.

Una vez la savia bruta ha conseguido subir, al llegar a las hojas se produce la transpiración, el agua consigue impulsar la savia bruta y esta entra en el mesófilo (es un relleno de células de la hoja) y las células de las hojas se deshidratan (este es el agua que finalmente sale al exterior). Dependiendo del metal empleado este puede quedarse en alguno de los pasos anteriores, por ejemplo puede quedarse en la raíz o directamente ser expulsado al exterior por la transpiración con el agua, como en el caso de la fitovolatilización. En nuestro caso, estos metales van a quedarse en las hojas (fitoextracción).

1.4. Casos en los que la fitorremediación ha sido empleada

El caso más conocido en el que se ha empleado la fitorremediación para descontaminar un suelo, es el de la mina de Aznalcóllar en Huelva (1998). (Ver anexo I figura 5 y figura 6). Lo que ocurrió principalmente fue que la presa minera gestionada por Boliden, una empresa minera sueca centrada en la extracción de metales pesados, se rompió y eso provocó una enorme cantidad de vertidos extremadamente contaminantes. Supuso un vertido de contaminantes tan grande que es considerada el mayor de Europa en cuanto a volumen (de 5 a 6 millones de m3). Además de ser el mayor vertido contaminante por minería en Europa, se encuentra entre los 59 primeros del mundo

Todo empezó con un ruido muy fuerte que provenía de la prensa mencionada anteriormente, tras ese ruido la prensa se rompió vertiendo además de lodo extremadamente tóxico, aguas ácidas con cadmio y zinc entre otros muchos metales; estas aguas llegaron a los ríos Guadiamar y Agrio haciendo que estos se contaminen por completo. Cuando el estallido ocurrió la empresa y la Junta de Andalucía, comenzaron a construir diques y represas para evitar que el agua pasase y así no llegase más lejos, de este modo consiguieron que el lodo tóxico se quedase a las puertas del parque natural. Meses después se procedió a realizar la fitorremediación tanto para las aguas contaminadas como para el suelo.

Las consecuencias del desastre fueron masivas, murieron miles de especies desde aves hasta peces, además con el desastre se batió el récord mundial de cantidad de contaminantes en aves acuáticas. De hecho, según se informó, con los 7 millones de metros cúbicos de lodo, también se limpiaron hasta 30 toneladas de animales muertos. A pesar del esfuerzo empleado para recuperar la zona, Aznalcóllar aún tiene un 7% de suelo contaminado con elevados niveles de acidez y metales pesados como zinc y cobre entre otros.

También en el marco teórico de este proyecto, se debe dedicar una parte a la química puesto que es precisamente con elementos químicos, concretamente con metales pesados, con los que se va a trabajar en la parte experimental.

2. QUÍMICA

2.1. Sulfato de cobre(II)

El sulfato de cobre (II) o CuSO4, es usado como fertilizante para plantas; es una fuente de SO4 2y de Cu2+ , el cual es un oligoelemento esencial para la planta. Se usará en exceso en la parte experimental, intentando aumentar la concentración de cobre en el suelo , simulando de este modo una situación en la que el suelo está contaminado por metales pesados. El sulfato de cobre es un compuesto químico inorgánico también denominado sulfato cúprico. Se trata de una sal ternaria formada a partir del ácido sulfúrico (H2SO4). El sulfato se obtiene al hacer reaccionar al ácido sulfúrico, en este caso, con un metal que sería el cobre (Cu). La forma más común del sulfato de cobre (II), es pentahidratado qué es exactamente el que se utilizó en la parte experimental de este proyecto. El compuesto tiene forma de sal de color azul muy potente. (Ver anexo II figura 7).

2.2. Nitrato de níquel(II)

El nitrato de níquel (II) o Ni(NO3)2 también es usado como fertilizante. Al ser una sal muy soluble, en disolución, se disocia en NO3 y Ni2+; ambos iones son absorbidos por la planta.

Es además un compuesto químico inorgánico, y es además también una sal ternaria, en este caso, formada a partir del ácido nítrico (HNO3) y del metal níquel (Ni). Este compuesto inorgánico presenta tal y como he mencionado anteriormente un aspecto de sal, pero esta vez coloreada de verde oscuro. También se procederá a emplear esta sal para contaminar el suelo con el metal pesado Níquel, donde se harán crecer las plantas. (Ver anexo II figura 8).