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Biología

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pág. 1

CONTAMINACIÓN AMBIENTAL, BIOACUMULACIÓN Y BIOMAGNIFICACIÓN
POR METALES PESADOS EN UN SECTOR DEL RIO ALTO-CHICAMOCHA

EDWIN JAVIER VERGARA ESTUPIÑAN

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
MAESTRÍA EN INGENIERÍA AMBIENTAL
TUNJA
2019

pág. 2

CONTAMINACIÓN AMBIENTAL, BIOACUMULACIÓN Y BIOMAGNIFICACIÓN
POR METALES PESADOS EN UN SECTOR DEL RIO ALTO-CHICAMOCHA

EDWIN JAVIER VERGARA ESTUPIÑAN

TRABAJO DE TESIS PARA OPTAR POR EL TÍTULO DE MAGISTER EN
INGENIERÍA AMBIENTAL

PABLO EMILIO RODRÍGUEZ AFRICANO MSC
PROFESOR ASESOR
DOCENTE ESCUELA DE CIENCIAS BIOLÓGICAS UPTC

MARÍA DEL PILAR TRIVIÑO Phd
PROFESOR ASESOR
DOCENTE ESCUELA DE INGENIERÍA AMBIENTAL UPTC

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
MAESTRÍA EN INGENIERÍA AMBIENTAL
TUNJA
2019

pág. 3

Nota de Aceptación

Presidente del Jurado

Jurado

Tunja y 27 de septiembre de 2019

pág. 4

Dedicatoria
Al profesor Pablo Rodríguez, por
sus enseñanzas.

A mi familia.

pág. 1

AGRADECIMIENTOS

Agradezco al grupo de investigación GEO, a la Universidad Pedagógica y
Tecnológica de Colombia UPTC, por el soporte logístico financiero y científico en el
marco de la realización de los proyectos:

• Convenio 027-2015, GENSA-UPTC, para la valoración del efecto de las
actividades de la planta termoeléctrica de Gensa sobre la composición,
estructura y biodiversidad de los sistemas hidrobiológicos, fauna y flora.
• Convenio -2016-GENSA-UPTC SGI 1868, para la evaluación ambiental en
temporalidades climáticas y de producción térmica asociadas al ecosistema
aledaño a la central termoeléctrica de GENSA
• Convenio SGI 2086 de 2017, GENSA-UPTC para anuar esfuerzos técnicos
y económicos con el fin de realizar la evaluación ambiental en temporalidades
climáticas y de producción térmica asociadas al ecosistema aledaño a la
central termoeléctrica de GENSA Paipa – Boyacá.

A la profesora, Doctora María del Pilar Triviño Restrepo, y a la escuela de la
maestría en Ingeniera Ambiental de la UPTC, por su apoyo decisivo para concluir
con el trabajo.

pág. 2

1 INTRODUCCIÓN .............................................................................................. 9
2 OBJETIVOS .................................................................................................... 12
2.1 OBJETIVO GENERAL ............................................................................. 12
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................... 12
3 Hipótesis ......................................................................................................... 12
4 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ............................................................. 13
4.1 DEFINICIÓN DEL PROBLEMA ............................................................... 13
4.2 JUSTIFICACIÓN ..................................................................................... 16
5 MARCO REFERENCIAL ................................................................................ 20
5.1 MARCO TEÓRICO. ................................................................................. 20
5.1.1 Operación de la central térmoelectrica. ............................................ 20
5.1.2 Descripción de los Metales pesados ................................................ 22
5.1.2.1 Cobre (Cu)................................................................................. 22
4.1.1.2 Mercurio (Hg) ............................................................................ 22
4.1.1.3 Plomo (Pb) ................................................................................ 23
4.1.2 Biogeoquímica de los metales pesados en los ecosistemas acuáticos
23
5.1.3 Comportamientos de los metales en ecosistemas acuáticos ........... 25
5.1.3.1 Bioacumulación ......................................................................... 25
5.1.3.2 Biomagnificación ....................................................................... 26
5.1.3.3 Bioconcentración ....................................................................... 26
5.1.3.4 Biodisponibilidad ....................................................................... 26
5.1.3.5 Descripción de los procesos ...................................................... 26
5.1.4 Ecotoxicología de metales pesados en los ecosistemas acuáticos .. 27

pág. 3

5.1.5 Efectos de la contaminación por metales en la salud humana. ........ 29
5.1.6 Modelo de trazas metálicas. ............................................................. 30
5.1.6.1 Modelo ADZ .............................................................................. 33
5.1.6.2 Ensayo de trazadores ............................................................... 36
5.1.7 Normatividad colombiana: Regulación de metales en el ambiente .. 37
4.2 ESTADO DEL ARTE ............................................................................... 38
5.1.8 Estudios de metales en ríos ............................................................. 38
5.1.9 Estudios de metales en peces .......................................................... 40
5.1.10 Estudios de metales en aves ............................................................ 41
5.1.11 Compilación de estudios, base conceptual estado del arte. ............. 41
6 MATERIALES Y MÉTODOS ........................................................................... 47
6.1 TIPO DE ESTUDIO ................................................................................. 47
6.2 HIPOTESIS ............................................................................................. 47
6.3 VARIABLES ............................................................................................. 48
6.4 ÁREA DE ESTUDIO ................................................................................ 50
6.5 DETERMINACIÓN DE LA PRESENCIA DE CONTAMINANTES
METÁLICOS EN SEDIMENTOS DEL MEDIO ACUÁTICO. ............................... 50
6.5.1 Estaciones y número de muestreos ................................................. 50
6.5.2 Toma de muestras de sedimentos ................................................... 51
6.5.3 Detección de metales ....................................................................... 51
6.5.4 Evaluación de la contaminación: comparación de la legislación ...... 52
6.5.5 Detección del índice de geoacumulación. ........................................ 52
6.5.6 Interpolación geoestadistica de valores de metales ......................... 53
6.6 COMPORTAMIENTO DE LOS METALES EN EL ECOSISTEMA,
PROCESOS DE BIOMAGNIFICACIÓN Y BIOACUMULACIÓN ........................ 55

pág. 4

6.6.1 Muestras biológicas del ecosistema. ................................................ 55
6.6.1.1 Recolección de muestras. ......................................................... 55
6.6.1.2 Embalaje ................................................................................... 56
6.6.2 Fase de laboratorio ........................................................................... 59
6.6.2.1 Análisis de metales en muestras biológicas .............................. 59
• Selección de alícuotas de tejido blando................................................... 59
6.6.3 Toxicidad de metales pesados para muestras biológicas ................ 61
6.6.4 Factor de biomagnificación ............................................................... 61
6.6.5 Evaluación de la bioacumulación..................................................... 62
6.6.6 Implementación del modelo ADZ ...................................................... 62
6.6.6.1 Ensayo de trazadores ............................................................... 62
6.6.6.2 Desarrollo y conformación del modelo ...................................... 63
6.7 TRATAMIENTO ESTADÍSTICO Y ANÁLISIS DE DATOS ...................... 64
6.7.1 Análisis general de datos ................................................................. 64
7 RESULTADOS Y DISCUSIÓN. ...................................................................... 66
7.1 Presencia de trazas metálicas de mercurio, cobre y plomo presentes en
varios niveles tróficos del medio acuático. ......................................................... 66
7.1.1 Metales pesados en sedimentos ...................................................... 66
7.1.2 Metales pesados en plantas ............................................................. 72
7.1.3 Metales pesados en peces ............................................................... 75
7.1.4 Metales pesados en aves ................................................................. 80
7.1.5 Evaluación de los niveles tróficos ..................................................... 81
7.1.5.1 Correlación de Pearson ............................................................. 81
7.1.5.2 Análisis de componentes principales. ....................................... 84

pág. 5

7.2 DETERMINACIÓN DE LA GEOCUMULACIÓN Y BIOMAGNIFICACIÓN
DE LAS TRAZAS METÁLICAS EN LAS MUESTRAS PRESENTES EN EL
ECOSISTEMA ACUÁTICO. ............................................................................... 87
7.3 Modelo en estado estable de agua superficial para observar y analizar el
comportamiento de la concentración y transporte de metales pesados. ............ 94
8 CONCLUSIONES ......................................................................................... 100
9 RECOMENDACIONES ................................................................................. 103
10 BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................... 104
11 ANEXOS ................................................................................................... 112

pág. 6

LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Resumen de estudios relacionados con detección de metales pesados en
el medio ambiente valoración de comportamiento y contaminación. ..................... 41
Tabla 2. Parámetros de decisión índice de geoacumulación ................................. 53
Tabla 3. Constante de destino del metal. (Decaimiento). (1/día) ........................... 55
Tabla 4. Coordenadas punto de muestreo ............................................................. 57
Tabla 5 Resultados de metales pesados en distintos sitios. .................................. 66
Tabla 6. Análisis descriptivo del resultado de las muestras de metales pesados. . 66
Tabla 7. Niveles máximos permitidos por la resolución 0631 de 2015 .................. 70
Tabla 8. Estadística descriptiva de los valores de metales para las muestras de
plantas ................................................................................................................... 73
Tabla 9. Valores de estadística descriptiva para los valores en peces. ................. 75
Tabla 10. Resultados de concentraciones de metales en muestras de aves ........ 80
Tabla 11. Correlación de Pearson para el mercurio ............................................... 81
Tabla 12 Correlación de Pearson para el Plomo ................................................... 81
Tabla 13. Correlación de Pearson para el Cobre ................................................... 81
Tabla 14. Resultados del factor de biomagnificación para diferentes niveles tróficos.
............................................................................................................................... 90

LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Operación de la central termoeléctrica . ................................................. 21
Figura 2. Proceso de absorción de metales en el ecosistema. .............................. 31
Figura 3. Diagrama de representación de tiempo de viaje ..................................... 36
Figura 4. Área de estudio. ...................................................................................... 49
Figura 5. Pobladores del sector pescando artesanalmente alevinos en los pozos de
enfriamiento ........................................................................................................... 55
Figura 6. Puntos de muestreo ................................................................................ 56
Figura 7. Ubicación del punto 0 “Aguas arriba” X-8144964,72. Y 641430,62 ....... 58
Figura 8. Ubicación del punto 1 “Punto del vertimiento” X-8142793,12 Y 642997,75
............................................................................................................................... 58
Figura 9. Ubicación del punto 1 “Punto aguas abajo” X-8141472,26 Y 643646,99 59

pág. 7

Figura 10. Procesamiento de muestras en laboratorio. ......................................... 60
Figura 11. Punto de toma de datos ensayo de trazadores, Paipa vereda Volcan. 63
Figura 12. Resumen del proceso metodológico ..................................................... 65
Figura 13. Concentración del mercurio por punto de muestreo. ............................ 67
Figura 14. Concentración del cobre por punto de muestreo. ................................. 67
Figura 15. Concentración del plomo por punto de muestreo. ................................ 68
Figura 16. Interpolación de las muestras de plomo ............................................... 69
Figura 17. Interpolación de las muestras de Cobre ............................................... 69
Figura 18. Interpolación de las muestras de mercurio ........................................... 70
Figura 19. Comportamiento del plomo (A), mercurio (B) y cobre (C) con respecto a
la resolución 0631 de 2015. ................................................................................... 71
Figura 20. Comportamiento de los valores de metales pesados. .......................... 74
Figura 21. Concentración de Mercurio con respecto a la norma NTC 1443 de 2009
............................................................................................................................... 76
Figura 22. Concentración de cobre con respecto a la norma de NTC 1443 de 2009
............................................................................................................................... 77
Figura 23. Concentración de cobre con respecto a la norma de NTC 1443 de 2009
............................................................................................................................... 77
Figura 24. Correlaciones estadísticamente significativas para el mercurio ............ 83
Figura 25. Correlaciones estadísticamente significativas para el plomo ................ 83
Figura 26. Correlaciones estadísticamente significativas para el cobre ................. 84
Figura 27. Componentes principales de un factor entre las concentraciones de Hg
promedio en los niveles tróficos del ecosistema. ................................................... 85
Figura 28. Componentes principales de un factor entre las concentraciones de Pb
promedio en los niveles tróficos del ecosistema. ................................................... 86
Figura 29. Componentes principales de un factor entre las concentraciones de Cu
promedio en los niveles tróficos del ecosistema. ................................................... 87
Figura 30. Resultados del Índice de Geoacumulación para las muestras. ............ 88
Figura 31. Principales dinámicas de los ciclos biogeoquímicos de los metales
pesados................................................................................................................. 89

pág. 8

Figura 32. Factor de biomagnificación del mercurio en el ecosistema valorado. ... 92
Figura 33. Factor de biomagnificación del cobre en el ecosistema valorado. ........ 93
Figura 34. Factor de biomagnificación del Plomo en el ecosistema valorado. ....... 93
Figura 35. Modelo ADZ de Trasporte y distribución de concentraciones ............... 94
Figura 36. Modelo de transporte y distribución de concentraciones en el punto 0. 95
Figura 37. Modelo de transporte y distribución de concentraciones en el punto 2. 95
Figura 38. Modelo general del Cobre en el área de estudio. ................................. 97
Figura 39. Modelo general del Mercurio en el área de estudio. ............................. 98
Figura 40. Modelo general del Cobre en el área de estudio. ................................. 98

LISTA DE ANEXOS

Anexo 1. Resultados Metales pesados ................................................................ 112

pág. 9

1 INTRODUCCIÓN

Metales pesados como el mercurio (Hg), cobre (Cu) y plomo (Pb), son considerados
dentro de los mayores agentes tóxicos asociados a la contaminación que afecta el
medio ambiente generada a partir de procesos industriales, constituyen un riesgo
por tener una gran estabilidad química ante los procesos de biodegradación, por lo
cual los seres vivos son incapaces de metabolizarlos, generándose una
contaminación por bioacumulación y un efecto multiplicador en la concentración del
contaminante en la cadena trófica.1

Actualmente la ingesta de mercurio en su forma orgánica (metilmercurio) a través
de peces y alimentos, es un problema de salud pública dada su toxicidad en el
desarrollo neurológico en fetos y niños2. Los peces piscívoros concentran mercurio
en su organismo en la forma orgánica de metilmercurio que se produce por la
metilación que microorganismos del sedimento de los ríos o del suelo y que hacen
al mercurio inorgánico, por tanto, son una fuente importante de contaminación en
humanos3. Su biocumulación puede generar alteraciones congénitas como:
ceguera, sordera, retardo del desarrollo psicomotor, convulsiones, trastorno de la
atención, retardo en el desarrollo del lenguaje y autismo. Los efectos de la
intoxicación con mercurio en niños y adultos incluyen: neuropatía, insuficiencia
renal, compromiso visual, amnesia, trastorno de la coordinación y cambios en la
personalidad4. De igual manera se ha podido establecer que las personas o
poblaciones expuestas a niveles de mercurio pueden desarrollar alteraciones en las
funciones del sistema nervioso.

1 MANCERA-RODRÍGUEZ, Néstor Javier y ÁLVAREZ-LEÓN, Ricardo. Estado Del Conocimiento De Las Concentraciones De Mercurio Y Otros
Metales Pesados En Peces Dulceacuícolas De Colombia. En: Acta Biológica Colombiana. Bogotá. 2006. Vol. 11. No. 1, P. 3-23.
2 SWAIN, Edward., et al. Socioeconomic Consequences of Mercury Use and Pollution. En: Journal of the Human Environment. 2007. Vol. 36.
No. 1, P. 45-61.
3 ORTEGA, Marco. Niveles de plomo y mercurio en muestras de carne de pescado importado y local. En: Pediatría. 2014. Vol. 47. No. 3, P.
51-54.
4 MOYA, Jacqueline., et al. Children’s Behavior and Physiology and How It Affects Exposure to Environmental Contaminants. En: PEDIATRICS.
Illinois. 2004. Vol. 113. No. 4, P. 996-1006.

pág. 10

Los estudios en Colombia se han concentrado en gran parte en el río Magdalena
especialmente en sector de la Mojana y en las ciénagas del sur del departamento
de Bolívar1. También se han adelantado trabajos para la detección de mercurio en
especies comerciales procedentes de la Orinoquia2, y en peces el metal mejor
estudiado es el mercurio. Por ello desarrollar el presente estudio aporta a la
literatura en la cuenca alta del Chicamocha donde no se han realizado estudios
tendientes a determinar la concentración de metales pesados en peces, aun
considerando serios problemas de contaminación por cuenta de una importante
actividad industrial y agrícola sobre el rio y los recursos hidrobiológicos presentes3.

La valoración de la contaminación ambiental por metales pesados presentes en el
medio acuático asociado a un sector de la planta termoeléctrica de GENSA permitirá
describir posibles procesos de biocumulación y biomagnificación en el sector; de
igual modo la comparación bajo los estándares para metales pesados descritos en
la resolución 0631 de 2015 será una herramienta que permitirá hacer una
identificación de contaminantes en el ecosistema, teniendo en cuenta que los
procesos de contaminación por altas concentraciones de metales pesados suponen
un riesgo y una amenaza para el medio ambiente; la contaminación del agua y el
paso de estos componentes al ecosistema resultan de importancia debido
fundamentalmente a su toxicidad, persistencia, bioacumulación, y efectos
sinérgicos en la biota, cuya concentración elevada puede ocasionar niveles de
toxicidad4.
Los resultados evidencian que los valores más altos registrados para mercurio
fueron de 0.003 Hg/ppm, para plomo 0.35 ppm y para cobre de 0.52 ppm, no existen
diferencias significativas entre los promedios para cada punto de muestreo por ello
es difícil inferir posibles focos de contaminación, se evidencia que la concentración

1 MANCERA-RODRÍGUEZ, Néstor Javier y ÁLVAREZ-LEÓN, Ricardo. Estado del conocimiento de las concentraciones de mercurio y otros
metales pesados en peces dulceacuícolas de colombia. En: Acta Biológica Colombiana. Bogotá. 2006. Vol. 11. No. 1, P. 3-23.
2 ORTEGA, Marco. Niveles de plomo y mercurio en muestras de carne de pescado importado y local. En: Pediatría. 2014. Vol. 47. No. 3, P. 51-
54.
3 PAULSON, Anthony; SHARACK, Beth y ZDANOWICZ, Vincent. Trace metals in ribbed mussels from Arthur Kill, New York/New Jersey, USA.
En: Marine Pollution Bulletin. 2003. Vol. 46. P. 139-152.
4 OLIVERO, Jesús y SOLANO Beatris. Mercury in environmental samples from a waterbody contaminated by gold mining in Colombia, South
America. En: The Science of the Total Environment. 1998. Vol. 217. P. 83-89.

pág. 11

más alta se da en el punto 1, para el caso del mercurio y del cobre, y el punto 0 para
el caso del Plomo. Los resultados de metales en sedimentos evidencian que
ninguna de las muestras máximas excede los valores estimados en la Resolución
631 de 2015, a pesar de que la curva de tendencia de los parámetros tiende a
aumentar. En cuanto a los valores de las plantas el máximo valor registrado para el
mercurio fue de 2,14 ppm (media 0,33 ppm) seguido por el Plomo 53,43 ppm (media
5,3 ppm) y seguido del cobre 76,22 ppm (media 7,6), En las muestras de peces
analizadas provenientes se detectó la presencia de Hg, Pb y Cu, en los tejidos
evaluados las muestras no excedieron el umbral permitido por la normatividad
colombiana en el caso del mercurio, y son inferiores a las reportadas por otros
estudios, sin embargo son evidentes los procesos de biocumulación que a futuro
pueden derivar en problemas ambientales y de salud pública. Se estableció una
correlación lineal altamente significativa entre la concentración de mercurio y la
longitud estándar de los peces.

El modelo ADZ evidencia que el comportamiento de los contaminantes tiende más
a un carácter advectivo que al dispersivo, según lo analizado en la gráfica del ADZ
de trasporte de solutos.

Debido a que diversos autores han sugerido que la biomagnificación presenta una
relación exponencial entre los niveles de mercurio y la posición trófica, se
recomienda realizar el análisis de mercurio conjuntamente con el análisis de con
métodos químicos que ayuden a describir la interacción.

pág. 12

2 OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GENERALEvaluar la contaminación ambiental por metales pesados mediante la determinación
de procesos de bioacumulación y biomagnificación de Hg, Pb y Cu, en muestras de
peces plantas y del medio acuático en un sector del rio Chicamocha asociado a la
planta termoeléctrica de GENSA Paipa Boyacá.

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Cuantificar la presencia de trazas metálicas de mercurio, cobre y plomo
presente en varios niveles tróficos del medio acuático y determinar su riesgo
de contaminación y afectación a la salud humana.
• Determinar la geocumulación y bioacumulación de las trazas metálicas en
las muestras presentes en el ecosistema acuático.
• Implementar un modelo en estado estable de agua superficial para observar
y analizar el comportamiento de la concentración y transporte de metales
pesados en el área de estudio.

3 HIPÓTESIS

La presencia bioacumulación y biomagnificación de Hg, Cu y Pb determinada en
muestras del medio acuático en un sector del río Chicamocha asociado a la planta
termoeléctrica de GENSA, dan cuenta de procesos de contaminación ambiental por
metales pesados, constituyendo un riesgo para la salud pública y calidad eco
sistémica del sector.

pág. 13

4 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

4.1 DEFINICIÓN DEL PROBLEMA

Los metales pesados como el cobre (Cu), plomo (Pb) y mercurio (Hg) son
considerados agentes tóxicos para el medio ambiente, de gran estabilidad química
ante los procesos de biodegradación siendo incapaces de metabolizarse,
generando contaminación por bioacumulación y un efecto multiplicador en la
concentración del contaminante1. El origen de la contaminación es variado y puede
estar relacionado con fenómenos geológicos que participan en su liberación al
ambiente, como el vulcanismo, la desgasificación de la corteza terrestre y la erosión
del suelo. Sin embargo, el origen también es antrópico, atribuido al empleo de éstos
elementos en moléculas que son usadas en la industria y la agricultura, actividades
crecientes durante los últimos años, lo cual ha permitido que sus niveles se eleven
considerablemente2.

Algunos metales pesados y sus formas orgánicas constituyen contaminantes
importantes en fuentes hídricas como el río Chicamocha, por cuanto los sedimentos
y lechos de los ríos son sitios primarios para la metilación, logrando su incorporación
en la red trófica acuática3. Estas formas orgánicas son consideradas tóxicas debido
a que pueden ser absorbidas por los peces, por la capacidad de fijarse en los tejidos
de los organismos expuestos45. Esta bioacumulación de elementos metálicos ocurre
cuando los organismos vivos, absorben este metal más rápidamente de lo que sus
cuerpos pueden eliminarlos, por lo cual el elemento se bioacumula en los tejidos u
órganos6.

1 CORRALES, Diego. Estudio del contenido de metales pesados en dos especies de peces de la zona costera de Montevideo, Uruguay. [Trabajo
de Grado]. Montevideo: Facultad de Ciencias. Universidad de la República. 2013
2 AHUMADA, Ramón. Nivel de concentración e índice de bioacumulación para metales pesados (Cd, Cr, Hg, Ni, Cu, Pb y Zn) en tejidos de
invertebrados bénticos de bahía San Vicente, Chile. En: Revista de Biología Marina. 1994. Vol. 29. No. 1, P. 77-87.
3 TSAI, Ching-Lin; JANG, Te-Hsuan y WANG, Li-Hsueh. Effects of mercury on serotonin concentration in the brain of tilapia, Oreochromis
mossambicus. En: Neuroscience Letters. 1995. Vol. 184, P. 208-211.
4 MARRUGO-NEGRETE, José. Evaluación de la contaminación por metales pesados en la Ciénaga La Soledad y Bahía de Cispatá, cuenca
del Bajo Sinú, departamento de Córdoba. Montería: Facultad de Ciencias Básicas. Departamento de Química. Universidad de Córdoba. 2011.
5 EPA, U. National Recommended Water Quality Criteria EPA-822-R-02-047.Office of Science and Technology, 2002.
6 GRAY, John S. Biomagnification in marine systems: the perspective of an ecologist. En: Marine Pollution Bulletin. Elsevier Science Ltd. 2002.
Vol. 45, P. 46–52.

pág. 14

Teniendo en cuenta el origen natural y antrópico de los metales pesados y sus
características químicas en presencia del agua, existe un problema potencial de
contaminación para el río Chicamocha en su cuenca Alta, debido a la amplia
actividad agrícola de la región, y de los procesos de contaminación generados a
partir de los impactos en la industria y de la planta termoeléctrica de GENSA que
son fuentes documentadas de metales pesados en el ambiente1 2. Se conoce muy
poco acerca de los efectos de los vertimientos sobre el medio natural provenientes
de los lixiviados de los patios de carbón entre otros3, además hay que considerar
que la cuenca Alta del río Chicamocha muestra deficiencias significativas en materia
de manejo de los residuos y manejo de sus impactos ambientales.

Producto de las externalidades ambientales y actividades adelantadas por la
industria termoeléctrica de GENSA, en las inmediaciones del río Chicamocha se
adelantan una serie de vertimientos: agua a temperaturas elevadas, depósitos de
lodos contaminados con metales pesados y otros lixiviados de los patios de carbón
que son depositados en lagunas de enfriamiento o dispuestos a la intemperie en el
suelo, incluyendo lodos que son dragados y dispuestos en patios de cenizas. Dichos
vertimientos son fuentes presumibles de diferentes contaminantes dentro de los
cuales se pueden considerar trazas metálicas1.

El ecosistema del sector y su equilibrio son vulnerables ante los efectos de la
bioacumulación de metales pesados, una vez estos son transferidos de un nivel
trófico a otro, incrementando su concentración a través de la cadena trófica,
generando procesos de biomagnificación que pueden ocasionar problemas de salud
en la población del sector que aprovechan estos recursos (Pesca artesanal, forraje
contaminadas para ganado, entre otras)4; por ello el ecosistema acuático es

1 GESTIÓN ENERGÉTICA, S. A. Actualización del plan de manejo ambiental, plan de monitoreo y seguimiento, plan de contingencias e
indicadores de gestión y de calidad para el manejo ambiental de la central termoeléctrica de Paipa, etapas de operación y mantenimiento. 2009.
2 MANRIQUE-ABRIL, Fred Gustavo., et al. Contaminación de la cuenca alta del rio chicamocha y algunas aproximaciones sobre la salud
humana. En: Revista Salud historia sanidad. 2007. Vol. 2. No. 1, P. 3-13.
3 MONROY, Mario; MACEDA-VEIGA, Alberto y DE SOSTOA, Adolfo. Metal concentration in water, sediment and four fish species from Lake
Titicaca reveals a large-scale environmental concern. En: Science of the Total Environment. 2014. Vol. 487, P. 233-244.
4 GRAY, John S. Biomagnification in marine systems: the perspective of an ecologist. En: Marine Pollution Bulletin. Elsevier Science Ltd. 2002.
Vol. 45, P. 46–52.

pág. 15

importante para verificar y monitorear procesos de bioacumulación, ya que la fuente
hídrica y sus servicios ambientales asociados al sector de la cuenca del Alto
Chicamocha son rutinariamente aprovechados por los pobladores1.

La ingesta de estos contaminantes en su forma orgánica a través de peces es
actualmente un problema de salud pública, dada su toxicidad en el desarrollo
neurológico en fetos y niños2, los peces piscívoros concentran mercurio en su
organismo en las formas orgánicas, por tanto, son una fuente importante de
contaminación en humanos3, su biocumulación puede generar alteraciones
congénitas como: ceguera, sordera, retardo del desarrollo psicomotor,
convulsiones, trastorno de la atención, retardo en el desarrollo del lenguaje y
autismo. Los efectos de la intoxicación con mercurio en niños y adultos incluyen:
neuropatía, insuficiencia renal, compromiso visual, amnesia, trastorno de la
coordinación y cambios en la personalidad4. De igual manera se ha podido
establecer que las personas opoblaciones expuestas a niveles de metales pueden
desarrollar alteraciones en las funciones del sistema nervioso5. En lo que respecta
al plomo este se encuentra en múltiples formas químicas en el ambiente, aunque la
mayor parte se encuentra en formas inorgánicas siendo las actividades humanas la
fuente principal debido a la combustión del petróleo y la gasolina como el principal
componente del ciclo global de plomo6. La intoxicación por plomo se asocia con
trastornos del aprendizaje, especialmente, problemas de atención, hiperactividad,
desorganización, dificultad para seguir indicaciones, bajo cociente intelectual y
retardo del lenguaje7; en adultos se relaciona con trastornos del comportamiento

1 LÓPEZ-GONZÁLEZ, Nelson. Factores de enriquecimiento metálico en sedimentos holocenos del estuario del río Tinto (SO de España). En:
Geogaceta. 2005. Vol. 37, P. 223-226.
2 SWAIN, Edward., et al. Socioeconomic Consequences of Mercury Use and Pollution. En: Journal of the Human Environment. 2007. Vol. 36.
No. 1, P. 45-61.
3 ORTEGA, Marco. Niveles de plomo y mercurio en muestras de carne de pescado importado y local. En: Pediatría. 2014. Vol. 47. No. 3, P. 51-
54.
4 MOYA, Jacqueline; BEARER, Cynthia y ETZEL, Ruth A. Children’s behavior and physiology and how it affects exposure to environmental
contaminants. En: Pediatrics. 2004. Vol. 113. No. Supplement 3, P. 996-1006.
5 LEBEL, Jean., et al. Evidence of Early Nervous Systems Dysfunction in Amazonian Populations Exposed to Low-Levels of Methylmercury. En:
NeuroToxicology. 1996. Vol. 17. No. 1, P. 157.168.
6PÉREZ, Jorge Nicolás Chantiri, et al. Niveles de plomo en mujeres y niños alfareros. En: Revista médica de la universidad veracruzana. 2003.
Vol. 3. No. 1, P. 16-22.
7 MOYA, Jacqueline., et al. Children’s Behavior and Physiology and How It Affects Exposure to Environmental Contaminants. En: PEDIATRICS.
Illinois. 2004. Vol. 113. No. 4, P. 996-1006.

pág. 16

con predominio agresivo que puede llegar a la delincuencia, hipertensión, retardo
del desarrollo sexual, disminución de la capacidad cerebral y de las funciones
neurofisiológicas1.

Anudado a lo anterior es importante considerar que se desconoce la presencia,
bioacumulación y biomagnificación de Hg, Cu y Pb en el medio acuático en sectores
del río Chicamocha, a pesar de que se han documentado estudios sobre posibles
riesgos asociados2, lo cual ha evitado que se generen las bases científicas que
describan y prevengan los procesos de contaminación ambiental por metales
pesados, al considerar un riesgo para la salud pública y calidad eco sistémica del
sector.

4.2 JUSTIFICACIÓN

El recurso hídrico del río Chicamocha es un recurso vital para la alimentación,
higiene y actividades de la población asentada en el sector, así como para la
agricultura y la industria3, de éste modo generar las bases científicas para el
entendimiento de la presencia de biocumulación, geoacumulacion y el
comportamiento espacial de los metales pesados puede ser una herramienta de
vital importancia a la hora de brindar información para la gestión y toma de
decisiones sobre los recursos ambientales a las autoridades competentes, que les
permita administrar el territorio desde una perspectiva sostenible.

Los metales pesados como el mercurio, cobre y plomo son sustancias
contaminantes propias de la naturaleza que se encuentran en diferentes
concentraciones, sin embargo, se ha logrado establecer un incremento de niveles

1 ORTEGA, Marco. Niveles de plomo y mercurio en muestras de carne de pescado importado y local. En: Pediatría. 2014. Vol. 47. No. 3, P. 51-
54.
2 MONROY, Lina. Alternativas para la Gestión Integral de Residuos Peligrosos, Sólidos Líquidos y Pastosos Generados en el Proceso de
Producción de energía en Termopaipa. [Trabajo de Grado]. Bogotá: Universidad de la Salle. 2006. p. 120.
3 DAZA LEGUIZAMÓN, Omar Javier y SANABRIA Marin, Rigaud. Identificación de conflictos de uso de suelo en rondas hídricas: herramienta
para manejo ambiental. Caso de estudio municipio de Paipa. En: Perspectiva Geográfica. 2008. Vol.13, P. 13 – 26. Daza.

pág. 17

de estos constituyentes naturales, atribuido a actividades industriales no sostenibles
derivando en un problema ambiental que debe ser caracterizado y cuantificado,
permitiendo brindar información acerca de la acumulación de sustancias químicas
en organismos vivos, la propagación sucesiva de la bioconcentración de los
diferentes eslabones que participan a lo largo de la cadena trófica, además de
información acerca de la acumulación o enriquecimiento de metales pesados en el
suelo1 .
Las características químicas hacen que este tipo de contaminantes sean
biodisponibles para los organismos vivos, se bioacumulen en éstos y puedan sufrir
procesos de biomagnificación a través de la cadena trófica, de hecho para la
mayoría de los organismos, la exposición a metales pesados, por encima de una
concentración umbral puede ser extremadamente tóxica; los metales pesados son
considerados uno de los grupos de contaminantes ambientales más peligrosos y
por lo tanto, constituyen un riesgo importante para los seres vivos, por ello la
determinación de la presencia de éstos contaminantes pueden generar información
a modo de alertas a la salud pública.2.

Los estudios en Colombia se han concentrado en gran parte en el río Magdalena
especialmente en sector de la Mojana y en las ciénagas del sur del departamento
de Bolívar3. También se han adelantado trabajos para la detección de mercurio en
especies comerciales procedentes de la Orinoquia4, y en peces el metal mejor
estudiado es el mercurio. Por ello desarrollar el presente estudio aporta a la
literatura en la cuenca alta del Chicamocha donde no se han realizado estudios
tendientes a determinar la concentración de metales pesados en peces, aun

1 RAMÍREZ-GONZÁLEZ A. Lineamientos y estadísticas para estudios biológicos de impacto ambiental. Bogotá: INDERENA/INFOTEC
Ltda.1988.
2 AMAYA, Jeanette y PACHECO, Pedro. Análisis Factorial Dinámico Mediante El Método Tucker3. En: Revista Colombiana de Estadística.
Bogotá. 2002. Vol. 25, No. 1, P. 43-57.Amaya
3 MANCERA-RODRÍGUEZ, Néstor Javier y ÁLVAREZ-LEÓN, Ricardo. Estado Del Conocimiento De Las Concentraciones De Mercurio Y Otros
Metales Pesados En Peces Dulceacuícolas De Colombia. En: Acta Biológica Colombiana. Bogotá. 2006. Vol. 11. No. 1, P. 3-23.
4 ORTEGA, Marco. Niveles de plomo y mercurio en muestras de carne de pescado importado y local. En: Pediatría. 2014. Vol. 47. No. 3, P. 51-
54.

pág. 18

considerando serios problemas de contaminación por cuenta de una importante
actividad industrial y agrícola sobre el rio y los recursos hidrobiológicos presentes1.

La determinación de la bioacumulación de metales en muestras de peces presentes
en un sector del rio Chicamocha permitirá hacer una valoración preliminar del efecto
dela central sobre la generación de metales pesados, debido a que estos elementos
no pueden ser degradados o destruidos y cuya acumulación en el ambiente se ha
aumentado por cuenta de algunas prácticas industriales mal enfocadas y generar
un aporte a los estudios que se han llevado a cabo en Colombia3

Por otra parte, la determinación del factor de biomagnificación de metales, en
muestras biológicas representa una herramienta importante como comparación bajo
los estándares permitidos por la NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 14434 con

1 PAULSON, Anthony; SHARACK, Beth y ZDANOWICZ, Vincent. Trace metals in ribbed mussels from Arthur Kill, New York/New Jersey, USA.
En: Marine Pollution Bulletin. 2003. Vol. 46. P. 139-152.
2 OLIVERO, Jesús y SOLANO Beatris. Mercury in environmental samples from a waterbody contaminated by gold mining in Colombia, South
America. En: The Science of the Total Environment. 1998. Vol. 217. P. 83-89.
3 MANCERA-RODRÍGUEZ, Néstor Javier y ÁLVAREZ-LEÓN, Ricardo. Estado del conocimiento de las concentraciones de mercurio y otros
metales pesados en peces dulceacuícolas de colombia. En: Acta Biológica Colombiana. Bogotá. 2006. Vol. 11. No. 1, P. 3-23.
4 Norma Técnica Colombiana NTC 1443. (2009). Productos de la pesca y acuicultura. Pescado entero, medallones y trozos, refrigerados o
congelados. Tercera actualización. Bogotá: Icontec.

pág. 19

respecto a los productos de la pesca y acuicultura como insumo para identificar
proceso de contaminación en el sector1. De este modo estas especies pueden ser
utilizadas como bioindicadores en cuanto a la presencia de agentes tóxicos ante la
posibilidad de generar problemas de salud publica

La cuenca Alta del río Chicamocha muestra deficiencias significativas en materia de
información científica de base que permita dar herramientas para el manejo de los
residuos y sus impactos ambientales, lo cual impide disminuir los efectos resultantes
del manejo inadecuado de vertimientos y la disposición de residuos a los cuerpos
de agua2.

Desde el punto de vista de la cooperación y la vinculación de empresas de manera
participativa en la generación de investigación, la presente iniciativa fortalece los
vínculos institucionales, teniendo en cuenta que la empresa GENSA S.A participa
como ente cofinaciador de la investigación, evidenciando procesos de
responsabilidad ambiental y de integración voluntaria, en las preocupaciones
sociales y ambientales en sus operaciones comerciales y sus relaciones con sus
interlocutores, de igual manera propende por el fortalecimiento de líneas de
investigación y generación de productos de investigación.

1 SHAW, Benjamin y HANDY, Richard D. Dietary copper exposure and recovery in Nile tilapia, Oreochromis niloticus. En: Aquatic Toxicology.
2006. Vol. 76, P. 111–121.
2 MANRIQUE-ABRIL, Fred Gustavo., et al. Contaminación de la cuenca alta del rio Chicamocha y algunas aproximaciones sobre la salud
humana. En: Revista Salud historia sanidad. 2007. Vol. 2. No. 1, P. 3-13.

pág. 20

5 MARCO REFERENCIAL

5.1 MARCO TEÓRICO.

5.1.1 Operación de la central térmoelectrica.

La Central Termoeléctrica de Paipa se encuentra ubicada en el departamento de
Boyacá, municipio de Paipa, vereda “El Volcán” (Bajo), en el kilómetro 3 de la vía
Paipa – Tunja y sobre la margen izquierda del río Chicamocha. La Central utiliza
como combustible principal carbón para la generación de energía en ciclo Rankine
regenerativo en tres unidades: Unidad I de 30 MW, Unidad II de 74 MW y Unidad III
de 74 MW. Las unidades básicas son la caldera, la turbina, el condensador y la
bomba. En la caldera se realiza la transmisión de calor al agua (fluido de trabajo)
hasta convertirla en vapor. En la turbina la energía se convierte en energía cinética.
En el condensador ocurre el intercambio de calor para convertir el vapor en agua,
la cual será́ enviada por la bomba a la caldera para iniciar de nuevo el ciclo. Existen
algunas mejoras al ciclo, como el uso de sobrecalentadores a la salida de la caldera
que permitan obtener vapor sobrecalentado que aumente el rendimiento del ciclo.
En la central se aplica una variación del ciclo Rankine convencional, denominada
ciclo Rankine regenerativo, la cual supone el uso de calentadores de agua de
alimentación.

El agua requerida para las diferentes actividades de la Central puede dividirse como:
Agua para generación de vapor: el recurso es tomado del río Chicamocha y
tratado en la planta de desmineralización para su uso en el ciclo para generación
de vapor en la caldera. La calidad del agua tomada para el proceso es similar a la
del río Chicamocha.

pág. 21

Agua para enfriamiento: el recurso es tomado del río Chicamocha a través de las
lagunas de enfriamiento y se usa sin ningún tratamiento previo o posterior. Es usado
para la refrigeración de las unidades de generación.
Los aceites y grasas requeridos para proceso son transportados hasta la central y
almacenados en los contenedores originales hasta su consumo en el mantenimiento
de las diferentes áreas que los requieren.

Figura 1. Operación de la central termoeléctrica .
Fuente: Actualización PMA GENSA 2009.

pág. 22

5.1.2 Descripción de los Metales pesados

Los metales pesados son elementos metálicos que se le atribuyen efectos de
contaminación ambiental, toxicidad y ecotoxicidad, tienen una densidad igual o
superior a 6 g/cm3 cuando están en forma elemental, su presencia en la corteza
terrestre es inferior al 0.1% y casi siempre menor al 0.01%, Marrugo (2011)1, hace
una recopilación de características químicas y ecotoxicologicas de los metales la
cual se reseña a continuación para los metales del presente trabajo:

5.1.2.1 Cobre (Cu)

Se encuentra comúnmente con una valencia de 2, pero puede existir con valencias
0, +1 y +3. El Cu se presenta en diversas sales minerales y compuestos orgánicos,
es poco soluble en agua, este metal ocurre naturalmente en el ambiente en rocas,
el suelo, el agua y el aire. Es esencial para plantas y animales (incluso seres
humanos). Las fuentes naturales de cobre incluyen el viento; partículas volcánicas,
incendios forestales, brisa marina y procesos biogénicos. Las fuentes
antropogénicas incluyen: fundidoras, industria del hierro, estaciones de energía,
aunque la mayor liberación de cobre a la tierra es de los jales de las minas de Cu y
lodos del drenaje.

4.1.1.2 Mercurio (Hg)

El Hg es un metal que ocurre en forma natural en el ambiente en varias formas
químicas. Se combina con otros elementos, por ejemplo cloro, azufre u oxígeno
para formar compuestos de Hg inorgánicos o "sales," las que son generalmente
polvos o cristales blancos; también se combina con carbono para formar
compuestos de Hg orgánicos. El más común, metilmercurio (MeHg), es producido
principalmente por organismos microscópicos en el suelo y en el agua. El Hg es un

1 MARRUGO, José; LANS, Edineldo y BENÍTEZ, Luis. Hallazgo de mercurio en peces de la ciénaga de ayapel, Córdoba, Colombia. En: Revista
de Medicina Veterinaria y Zootecnia. Córdoba. 2007. Vol. 12. No. 1, P. 878-886.

pág. 23

elemento tóxico ubicuo en concentraciones traza en el ambiente es emitido a la
atmosfera de numerosas fuentes naturales y antropogénicas, que puede ser
depositado de fuentes emisoras o por transporte de atmosférico seguido por la
deposición en ecosistemas lejanos a la fuente emisora. Los sedimentos son el
principal sumidero de Hg en los sistemas acuáticos. El metilmercurio (MeHg) es la
forma más tóxica del Hg, la cual es fácilmente bioacumulada y biomagnificada en
las cadenas alimenticias. El MeHg en ambientes acuáticos se forma principalmente
por biometilación del Hg depositado en los sedimentos.Dado que más del 90% del
Hg está presente como MeHg en la biota acuática (organismos bentónicos y peces),
la principal fuente de exposición humana al MeHg es el consumo de pescado. Por
esta razón, la evaluación de los niveles de Hg representa un factor importante no
solo desde el punto de vista toxicológico, sino también para la evaluación de los
impactos potenciales sobre la salud pública.

4.1.1.3 Plomo (Pb)

Es un componente natural de la corteza terrestre, y se encuentran comúnmente en
los suelos, plantas y agua a niveles traza. La aparición de Pb metálico en la
naturaleza es poco frecuente. Los efectos tóxicos producidos por el Pb son
conocidos desde hace más de 2000 años y a pesar de ello continúa siendo un
importante tema de salud pública en la mayoría de los países industrializados.
Puede afectar a casi todos los órganos y sistemas del organismo. El más sensible
es el sistema nervioso, especialmente en los niños (en forma orgánica). También
daña los riñones y el sistema reproductivo. Una de las principales fuentes de
contaminación del ambiente es el proveniente de la combustión de la gasolina, en
donde se usa como antidetonante, lo que puede representar una vía importante de
entrada en la cadena alimenticia al consumir los animales de áreas contaminadas.
4.1.2 Biogeoquímica de los metales pesados en los ecosistemas acuáticos

pág. 24

Los metales no pueden ser sintetizados o degradados, ni mediante procesos
biológicos ni artificiales una vez estos elementos se incorporan a ecosistemas
acuáticos como por ejemplo en la cuenca del Alto Chicamocha, se transforman a
través de procesos biogeoquímicos y se distribuyen entre varias especies con
distintas características físico-químicas, por ejemplo, material particulado (>0,45
μm), coloidal (1 nm-0,45 μm) y especies disueltas (≤1 nm)1.

Los metales que pasan a los sedimentos pueden ser depositados o bien
removilizados a través de diversos procesos diagenéticos, como la reducción de
hierro y manganeso. Dado que las transformaciones entre diversas especies de
metal, que a menudo implican cambios en la coordinación de los enlaces y/o
cambios en el estado de oxidación, pueden ocurrir de forma continua, el destino de
los metales trazas en los ecosistemas acuáticos depende en gran medida de las
especies, las cuales pueden coexistir y pueden o no estar en equilibrio
termodinámico. Estos cambios son normalmente reversibles en escalas de tiempo
que varían en función del elemento, con la consecuencia importante de que la
especiación de un metal es función de las condiciones biofisicoquímicas del medio
en el cual se encuentra, y por tanto puede variar en función del tiempo y del espacio.
Variaciones en la proporción de las especies presentes afectan a la
biodisponibilidad de los metales traza, su grado de adsorción en los coloides y
partículas, y en general a la movilidad en la columna de agua2.

Los procesos biogeoquímicos que regulan la movilidad de los metales pesados en
los medios acuáticos, incluyen los procesos de adsorción, la reacciones redox, así
como los procesos de meteorización.3.

1 MARRUGO, Jaime., et al. Impacto ambiental por contaminación con níquel, mercurio y cadmio en aguas, peces y sedimentos en la cuenca
del río San Jorge, en el departamento de Córdoba. Informe Final. Oficina de Investigaciones, Universidad de Córdoba, 2006.
2 GARCÍA PORTILLO, Víctor Daniel. Estudio sobre la estabilidad de la inmovilización de metales pesados, en sedimentos del cauce del río San
Pedro. [Tesis de Grado]. Aguascalientes: Maestría en Ciencias: Toxicología. Centro de Ciencias Básicas. Universidad Autónoma de
Aguascalientes. 2011.
3 ZAMORA-BARATO, Casto. Estudio del contenido de metales pesados en suelos de la cuenca del Río Turia. [Tesis de Grado]. Valencia:
Escuela Politécnica Superior de Gandia. Universitat Politècnica de València. 2014.

pág. 25

5.1.3 Comportamientos de los metales en ecosistemas acuáticos

La importancia de las sustancias tóxicas como los metales pesados en el
medioambiente estaba directamente relacionada con la concentración total en agua,
aire y suelos. Sin embargo, se sabe desde hace tiempo que la concentración total
de un metal no es un buen indicador de sus efectos en el medioambiente y la biota1,
gracias a los experimentos de laboratorio en los que se han examinado los efectos
sobre los organismos frente a unas exposiciones particulares, así como a los
estudios de campo en los que se han comparado las concentraciones en el
medioambiente y en los organismos. Estos experimentos han develado que los
metales pesados actúan sobre los organismos no solo en función de su
concentración, sino que existen también otra gran variedad de factores que influyen
sobre sus efectos. Entre estos factores se incluyen la biodisponibilidad y una serie
de características intrínsecas a la naturaleza del propio organismo (familia y especie
a la que pertenece, género, edad, susceptibilidad etc.).

En los ecosistemas acuáticos se emplean frecuentemente ciertos términos que
permiten describir la conducta de los contaminantes en relación con los sistemas
biológicos acuáticos, entre los que se encuentran los siguientes que fueron descritos
por Gray (2002)2.

5.1.3.1 Bioacumulación

Aumento progresivo de la cantidad de sustancia en un organismo o parte de él,
como consecuencia de que el ritmo de absorción supera la capacidad del organismo
para eliminar la sustancia.

1 CALACE, Nicoletta; PETRONIO, Bianca Maria y PIETROLETTI, Marco. METAL BIOAVAILABILITY: HOW DOES ITS SIGNIFICANCE
CHANGE IN THE TIME. EN: Annali di Chimica. 2006.Vol. 96, P. 205–213.
2 GRAY, John S. Biomagnification in marine systems: the perspective of an ecologist. En: Marine Pollution Bulletin. Elsevier Science Ltd. 2002.
Vol. 45, P. 46–52.

pág. 26

5.1.3.2 Biomagnificación

Secuencia de procesos que conducen a aumentar la concentración de una
sustancia en un organismo con respecto a la del medio que se lo ha aportado. Se
suele aplicar a los ecosistemas más que a los individuos.

5.1.3.3 Bioconcentración

Proceso por el cual una sustancia alcanza en un organismo una concentración más
alta que la que tiene en el ambiente a que está expuesto.

5.1.3.4 Biodisponibilidad

Grado de absorción de una sustancia por un organismo vivo

5.1.3.5 Descripción de los procesos

La bioacumulación hace referencia al balance entre la cantidad de metal
incorporado a los seres vivos y la cantidad que éstos son capaces de eliminar de su
propio organismo. Este término tiene en cuenta el hecho, que aunque la cantidad
de metales pesados esté por debajo de valores que puedan producir efectos
adversos sobre los organismos, la continua acumulación en situaciones en las que
el balance metálico ingreso/excreción sea positivo puede hacer que los niveles de
los metales pesados en el organismo se incrementen con el tiempo hasta valores
en los que se manifiesten efectos adversos. La bioacumulación de metales pesados
en organismos acuáticos aumenta bajo determinadas circunstancias, entre las que
se destacan el menor peso corporal (estadios larvarios y juveniles), menor salinidad,
mayor temperatura del agua, ausencia de metales competidores (alcalinos y

pág. 27

alcalinotérreos) y mayor proximidad a la superficie del agua1. Aunque las
concentraciones de metales pesados en la mayoría de los sistemas acuáticos como
el del rio Chicamocha suelen encontrarse por debajo de niveles en los que se han
comprobado sus efectos tóxicos y letales sobre los organismos acuáticos, en
ensayos de laboratorio se han encontrado indicios de efectos a medio-largo plazo
de metales pesados sobre los organismos vivos a concentraciones subletales por
efecto, principalmente, de fenómenos de bioacumulación2.La biomagnificación se produce por el incremento en la concentración de un
contaminante en los organismos a medida que asciende en su posición en la cadena
trófica. Así, la cantidad de metal retenida por un organismo es asimilada
directamente por su depredador, que a su vez puede servir de alimento a otro
organismo situado en un nivel superior de la cadena trófica, con el consiguiente
incremento en la cantidad de metal acumulado por este último3. Es difícil
documentar los posibles casos de biomagnificación debido a los inconvenientes que
se tienen para disponer de todos los organismos que componen la dieta del
predador en la cadena trófica de un ecosistema en particular, y además es difícil
correlacionar diferentes especies situadas a distintos niveles con un sistema
idéntico de captación del contaminante, una distinta exposición (longevidad) y
diferente fisiología (destoxificación).
5.1.4 Ecotoxicología de metales pesados en los ecosistemas acuáticos

Los metales pesados son constituyentes naturales de la corteza terrestre. Como no
pueden degradarse ni destruirse son contaminantes estables y persistentes del
medio ambiente, a diferencia de otras sustancias tóxicas. Además, las actividades
humanas han modificado drásticamente los ciclos biogeoquímicos de algunos

1 ZAMORA-BARATO, Casto. Estudio del contenido de metales pesados en suelos de la cuenca del Río Turia. [Tesis de Grado]. Valencia:
Escuela Politécnica Superior de Gandia. Universitat Politècnica de València. 2014.
2 Soledad 2016
3 MOLINA, Carlos; IBAÑEZ, Carla y GIBON, François-Marie. Proceso de biomagnificación de metales pesados en un lago hiperhalino (Poopó,
Oruro, Bolivia): Posible riesgo en la salud de consumidores. En: Ecología en Bolivia. 2012. Vol. 47. No. 2, P. 99-118.

pág. 28

metales pesados pudiendo influir en sus efectos tóxicos potenciales en, al menos,
dos formas principales:

I. Por las aportaciones antropogénicas (en calidad y cantidad) al agua,
suelo, aire y alimentos
II. Alterando la especiación o forma química de los elementos1.
El efecto de los metales pesados sobre los organismos vivos no solo depende de la
concentración en la que se encuentren presentes, sino también de otros factores
tanto intrínsecos a la naturaleza del propio organismo (familia y especie a la que
pertenece, mecanismos de regulación de metales, edad, estrés, etc.) como a las
características del hábitat, al tiempo al que hayan estado expuestos al metal
(efectos agudos o crónicos) y el grado de accesibilidad de éstos por parte de los
organismos vivos. La mayoría de los metales afectan a sistemas múltiples,
interfiriendo procesos bioquímicos específicos (enzimas) y/o membranas celulares
u orgánulos2. El efecto tóxico del metal normalmente supone una interacción entre
el ion metálico libre y su diana. En general, los mecanismos de acción tóxica de los
metales se pueden agrupar en:

1. Agregación a centros donde los metales no se unen normalmente.
2. Sustitución de elementos esenciales, particularmente en los sitios activos de las
enzimas.
3. Unión que cambia la conformación y reactividad de las enzimas.
4. Reemplazo de unos grupos (fosfato) por otros (arsenato) con dimensiones
similares.
5. Precipitación por formación de compuestos insolubles (fosfatos, sulfuros).

1 VASCONCELOS, M. Teresa Y LEAL, M. Fernanda. Antagonistic interactions of Pb and Cd on Cu uptake, growth inhibition and chelator release
in the marine algae Emiliania huxleyi. En: Marine Chemistry.2000. Vol. 75, P. 123-139.
2 VASCONCELOS, M. Teresa; LEAL, M. Fernanda y van den BERG Constant Influence of the nature of the exudates released by different
marine algae on the growth, trace metal uptake and exudation of Emiliania huxleyi in natural seawater. En: Marine Chemistry.2002. Vol. 77, P.
187-210.

pág. 29

6. Alteración de la permeabilidad de las membranas por combinación de los metales
con diversos grupos.
7. Cambio de elementos con papel electroquímico similar, tales como potasio y talio.

5.1.5 Efectos de la contaminación por metales en la salud humana.

En cuanto a los efectos en el ser humano de la contaminación por metales pesados
se ha documentado ampliamente como factor importante el consumo de peces de
diferentes especies1. Ortega (2014) menciona dentro de los efectos para el ser
humano las alteraciones congénitas como: ceguera, sordera, retardo del desarrollo
psicomotor, convulsiones, trastorno de la atención, retardo en el desarrollo del
lenguaje y autismo. Los efectos de la intoxicación con metales en niños y adultos
incluyen: neuropatía, insuficiencia renal, compromiso visual, amnesia, trastorno de
la coordinación y cambios en la personalidad.

Po otro lado estudios como el implementado por Moya (2004)2 se menciona como
la intoxicación por plomo en la edad pediátrica se asocia con trastornos del
aprendizaje, especialmente, problemas de atención, hiperactividad,
desorganización, dificultad para seguir indicaciones, bajo cociente intelectual y
retardo del lenguaje; Además, pueden presentar trastornos de la audición y el
equilibrio, incapacidad para activar la vitamina D por daño renal y anemia por
inhibición de ferroquelatasa.

Los efectos de la intoxicación por metales en adultos se relacionan con trastornos
del comportamiento de predominio agresivo que pueden llegar a la delincuencia,
hipertensión, retardo del desarrollo sexual, disminución de la capacidad cerebral y
de las funciones neurofisiológicas.

1 ORTEGA, Marco. Niveles de plomo y mercurio en muestras de carne de pescado importado y local. En: Pediatría. 2014. Vol. 47. No. 3, P. 51-
54.
2 MOYA, Jacqueline; BEARER, Cynthia y ETZEL, Ruth A. Children’s behavior and physiology and how it affects exposure to environmental
contaminants. En: Pediatrics. 2004. Vol. 113. No. Supplement 3, P. 996-1006.

pág. 30

5.1.6 Modelo de trazas metálicas.
Es importante considerar en la dinámica de los contaminantes obedece a dinámicas
como que los metales se encuentran en una en fase adsorbida particulada o en la
fase disuelta del sedimento allí participa del intercambio entre iones de metales
sorbidos e iones de metales acuosos por medio de mecanismos de adsorción y
desorpción.
Cuando los metales en el ambiente se encuentran en una fase disuelta, estos
pueden presentar formas complejas con un numero de ligando diferentes en aguas
naturales. Los Iones metálicos pueden formar complejos que se observan por
movimiento de H2O del río y corrientes lluvia. En las dinámicas de los ríos son
susceptibles de participar en la erosión de los sedimentos de los ríos, permitiendo
la entrada de la columna de agua de tal forma que los sólidos suspendidos, pueden
sedimentar y quedar depositados en el lecho. Los iones metálicos del agua capilar
del sedimento pueden difundirse en la carga superior de la columna del agua o
viceversa (ver Figura 2).

pág. 31

Figura 2. Proceso de absorción de metales en el ecosistema.
Fuente: Thomas & Muller, 2002

De acuerdo a lo anterior y para considerar la modelación del comportamiento de
trazas de metales en ríos es pertinente considerar que los ríos son canales abiertos
que tienen velocidades de flujo, los canales pueden variar con respecto al tiempo y
la distancia longitudinal. De igual forma, los ríos poseen áreas transversales que
pueden variar con la distancia longitudinal.
La ecuación de St. Venant

es un modelo longitudinal para el flujo de canales abiertos
en estado no estable, la cual se emplea para determinar hacia donde se está
moviendo el agua:

pág. 32

𝛿𝑧
𝛿𝑡
=
1
𝑏

𝛿𝑄
𝛿𝑥
+
1
𝑏
𝑞1. (1)

𝛿𝑄
𝛿
= (
𝑄2𝑏
𝐴2
𝑔𝐴) −
𝛿𝑄
𝐴

𝛿𝑄
𝛿𝑥
+
𝑄2
𝐴2
.
𝛿𝐴
𝛿𝑥− 𝑔𝐴𝑆𝑓 (2)
Donde:
Q = Distancia, L
3
/T.
t = Tiempo, t.
Z = Elevación absoluta del agua sobre el nivel del mar, L.
A = Área total de la sección transversal, L
2
.
b = Amplitud del nivel del agua, L.
g = Aceleración gravitacional, L/T
2
.
X = Distancia longitudinal, L.
qi = Entrada de flujo lateral por unidad de longitud del río, L
2
/T.
Sf = Pendiente de fricción.

La ecuación que representa la pendiente de fricción está dada por:
𝑆𝑓 =
f F 𝑄2
8𝑔 𝐴 𝐴
2
(3)

Donde:
P = Perímetro de Humedad, L.

pág. 33

f = Factor de fricción Darcy-Weesbach.

El enfoque del modelo consiste en acoplar un modelo de equilibrio químico de la
ecuación de balance de masa para determinar la concentración total del metal en la
columna de agua. El caso más básico de la distribución de la carga residual es un
cálculo sencillo de dilatación asumiendo agitación completa de la descarga residual
con respecto a la concentración de los metales corriente arriba. Se asume como
condición de caso extremo que la totalidad de la concentración de los metales
(concentración adsorbida disuelta y particulada) son biodisponible para la biota. El
metal particulado puede más tarde biodisponerse en los organismos acuáticos o
pueden hacerse biodisponible en los organismos bénticos después de que el metal
se ha depositado en el sedimento.
Los procesos físicos juegan un papel importante en la determinación del destino de
los solutos en los ambientes del agua superficial. Un ejemplo serio la liberación de
tinta o una sustancia conservativa en el centro de una corriente de agua que fluye
libremente. La tinta forma una nube que se mueve aguas abajo con el flujo de agua,
este proceso se conoce con el nombre de Advección, describe el transporte de
solutos a la velocidad del flujo con la velocidad media. La nube se mueve hacia
aguas abajo, y los procesos de mezcla a escala pequeña incrementa el volumen en
contacto con la tinta y por lo tanto disminuye la concentración. A este proceso se le
ha denominado Dispersión, la cual se atribuye a dos fenómenos físicos: La difusión
molecular y las fluctuaciones de velocidad causadas por los esfuerzos cortantes.
5.1.6.1 Modelo ADZ
Para la presente investigación se retomó la propuesta de Monroy1 aplicando el
modelo Advectión Dispersión Equation. Este modelo viene siendo evaluado en las

1 BEDOYA-CONTRERAS, John. Modelo de simulación de transporte de metales pesados en la cuenca baja del río Tunjuelo. [Trabajo de
Grado]. Bogotá: Facultad de Ingeniería Ambiental y Sanitaria. Universidad de la Salle. 2007

pág. 34

dos últimas décadas para su utilización practica en redes de distribución de agua
potable y flujo en ríos, y permite definir el transporte, la advección y dispersión,
describen el transporte de solutos bajo condiciones de estado estable; Las zonas
muertas son en esencia, las principales responsables de la dispersión que
experimenta una nube de soluto en el agua. El modelo ADZ simplifica el fenómeno
dispersivo en una zona de almacenamiento simple con un volumen definido y con
un tiempo de residencia asociado.
Los principales parámetros de formulación del modelo son los siguientes:
• Tiempo de residencia (Tr): representa el componente del tiempo de viaje
global asociado con la dispersión.
• Retraso advectivo (τ): representa el componente del tiempo de viaje global
asociado con la advección.
• Tiempo de viaje del soluto (t ): define el tiempo total que el soluto permanece
el tramo siendo sometido a Advección y dispersión
T =Tr + t (1)
La fracción dispersiva (DF) es una proporción que representa que tanto volumen
total de un tramo se encuentra completamente mezclado.
DF = Tr/T= 1- τ /t. (2)
Entonces el modelo ADZ puede describirse de forma discreta (Young y Beven,
1993)
(Sk) = a1 s(k-)1+bo sU (k–δ) (3)
Donde los coeficientes:
S(k)= Concentración aguas arriba
SU = Concentración aguas abajo

pág. 35

k = Constantes de Destino
δ = Retrazo advectivo en múltiplos de Δt

pág. 36

Figura 3. Diagrama de representación de tiempo de viaje
Fuente: Monroy, 2006

5.1.6.2 Ensayo de trazadores
Los experimentos de trazadores proveen la mejor información disponible para
calibrar y evaluar la aplicación de modelos hidráulicos, empleados en la modelación
de la calidad del agua. La información obtenida por los estudios de trazadores puede
ser utilizada para describir los efectos advectivos y dispersivos del transporte de
solutos, en la aplicación de los modelos de calidad. Siendo valioso en estudios de
calidad del agua incluyendo los siguientes fines:
• Determinar tiempo de viaje en los cuerpos de Agua
• Determinar coeficientes de dispersión y patrones de mezcla en agua debajo
de las descargas de agua y tributarios
• Determinar la dilución en mediciones de re-dirección.
• Estudiar patrones de circulación y problemas de estratificación
• Determinar caudales en corriente
• Estudiar movimientos de agua subterránea

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• Estudiar balances de masa
• Investigar fuentes de agua y procedencia
5.1.7 Normatividad colombiana: Regulación de metales en el ambiente

En Colombia la regulación de la presencia de contaminantes metálicos en el medio
ambiente es regulada principalmente por la norma NTC 1443, 20091 en lo que se
refiere a productos de la pesca y acuicultura, estableciendo los requisitos del
pescado entero, medallones y trozos, refrigerados o congelados aptos para
consumo humano teniendo en cuenta limites admisibles de metales pesados
incluyendo el mercurio y plomo.

De igual modo en cuanto a la presencia de metales pesados en medios acuáticos
se puede mencionar la Resolución 0631 de 20152, y Decreto 050 de 2018 del
MADS. Por el cual se establecen los parámetros y los valores límites máximos
permisibles en los vertimientos puntuales a cuerpos de agua superficiales y a los
sistemas de alcantarillado público. Esta resolución modifica el sistema de medición
de los factores contaminantes que pueden presentarse en las aguas residuales;
definiendo límites máximos de las concentraciones de cada uno de los parámetros
contaminantes incluidos metales pesados, clasificándolos por las diversas
actividades económicas.

Dentro de los criterios que se regularizan se encuentra:
a. Rangos de temperatura admisible para el agua residual a verter
b. Parámetros microbiológicos
c. Límites permisibles de Ingredientes activos plaguicidas
d. Límites permisibles de parámetros fisicoquímicos (Incluidos metales pesados)

1 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1443. (2009). Productos de la pesca y acuicultura. Pescado entero, medallones y trozos, refrigerados
o congelados. Tercera actualización. Bogotá: Icontec.
2 MINISTERIO DE MEDIO AMBIENTE Y DESARROLLO SOSTENIBLE (Colombia). Resolución 0631 de 2015. Parámetros y los valores límites
máximos permisibles en los vertimientos puntuales a cuerpos de aguas superficiales. Bogotá: Minambiente .2015.p. 30.

pág. 38

4.2 ESTADO DEL ARTE

5.1.8 Estudios de metales en ríos

En las últimas décadas se han desarrollado estudios para evaluar los son
detectados con el fin de conocer el destino y su efecto sobre el medio ambiente, en
la última década a nivel mundial se han desarrollado numerosos estudios tendientes
a evaluar las concentraciones de contaminantes en sedimentos1.

A nivel mundial los ejemplos de países en los que se detectaron o reportaron altos
niveles de contaminación por metales pesados en aguas (sin incluir las geotérmicas)
desde finales de la década de 1990 son El Salvador (1998), Nicaragua (1996/2000),
Brasil (1998/2000), Bolivia (2001), Cuba (1985/2002), Ecuador (2005), Honduras
(2006), Uruguay (2005/06),Colombia (2007) y Guatemala (2007)2, por mencionar
algunos.

En los últimos años, se han publicado diversos estudios sobre metales tóxicos
acumulados en sedimentos y sus posibles efectos ecológicos y sobre la salud
humana. En este sentido se señala la necesidad de medir la disponibilidad y la
movilidad de los metales en las muestras para entender su comportamiento y
prevenir peligros potencialmente tóxicos.

En Colombia ecosistemas Alto Andinos y ríos de condiciones similares a las del rio
Chicamocha también han sido estudiadas por diferentes investigadores y entidades3
en los que se ha demostrado el alto grado de contaminación de este tipo de

1 ADRIANO, Dommy. Trace elements in terrestrial environments: Biogeochemistry, Bioavailability, and Risks Of Metals. Chapter 7: Arsenic, 2
ed. Springer: University of Georgia. 2001. p. 220-261.
2 MELLO DE CARVALHO, Luciana. Distribución espacial de metales pesados en la Cuenca del Arroyo Carrasco y su relación con el uso de la
cuenca asociada. [Tesis de Grado]. Montevideo: Programa Maestría en Ciencias Ambientales. Facultad de Ciencias. Universidad de la
República. 2012
3 CAR. 1991. Programa de aforo y muestreo de los ríos Bogotá, Ubaté y Suárez y sus afluentes; muestreo a embalses, lagos y lagunas,
preservación y transporte de muestras. Informe final. Ingeseries Ltda., Bogotá

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ecosistemas. Actualmente, en Colombia, se desconoce la cantidad exacta de sitios
contaminados con metales pesados como consecuencia de las actividades
humanas1.

Estudios de metales que se han realizado en el departamento de Córdoba,
relacionados con la detección de niveles de mercurio en especies ícticas de la
cuenca del río San Jorge, demuestran que, en su mayoría, este metal sobrepasa el
umbral estipulado (200 µg/g) para las poblaciones en riesgo establecido por la
Organización Mundial de la Salud (OMS)2, otros estudios evidencian la
contaminación con mercurio en plantas, peces y sedimentos en algunos cuerpos de
agua en la región de la Mojana3. En el mismo sentido, se encontraron
concentraciones apreciables de mercurio en aguas, plantas, peces y sedimentos de
la Ciénaga de Ayapel4. Las fuentes sugieren que toda la problemática de la
contaminación con metales está asociada con las actividades mineras desarrolladas
en la principal zona aurífera de Colombia y en la cuenca del Río San Jorge.

Los estudios de detección de metales en ríos de Colombia se han concentrado en
gran parte en el río Magdalena especialmente en sector de la Mojana y en las
ciénagas del sur del departamento de Bolívar5. En peces el metal más estudiado es
el mercurio, también se han adelantado trabajos para la detección de mercurio en
especies comerciales procedentes de la Orinoquia6, sin embargo, en la cuenca alta
del Chicamocha no se han realizado estudios tendientes a determinar la
concentración de metales pesados en peces, aun considerando serios problemas
de contaminación por cuenta de una importante actividad industrial y agrícola sobre
el rio y los recursos hidrobiológicos presentes.

1 GIUFFRÉ, Lidia., et al. RIesgo por metales pesados en horticultura urbana. en: Ciencia del Suelo. Argentina. 2005. Vol. 23. No. 1, P. 101-106.
2 MARRUGO-NEGRETE, Jose., et al. Total mercury and methylmercury concentrations in fish from the Mojana region of Colombia. En: Environ
Geochem Health. 2007. Vol. 30, P. 21-30.
3 OLIVERO, Jesus y JOHNSON, Boris. Contaminación con mercurio y salud pública en la costa Atlántica colombiana. En: Biomédica. 2002.
Vol. 22. (S1). P.52-53.
4 MARRUGO, José; LANS, Edineldo y BENÍTEZ, Luis. Hallazgo de mercurio en peces de la Ciénaga de Ayapel, Córdoba, Colombia. En: Revista
MVZ Córdoba. 2007. Vol. 12. No. 1, P. 878-886.
5 MANCERA-RODRÍGUEZ, Néstor Javier y ÁLVAREZ-LEÓN, Ricardo. Estado del conocimiento de las concentraciones de mercurio y otros
metales pesados en peces dulceacuícolas de Colombia. En: Acta Biológica Colombiana. Bogotá. 2006. Vol. 11. No. 1, P. 3-23.
6 TRUJILLO, Gabriel., et al. Evaluación de las concentraciones de mercurio en peces de interés comercial en ecosistemas acuáticos de la
Orinoquia. 2005.

pág. 40

5.1.9 Estudios de metales en peces

Mancera & Alvarez 20061 establecen una visión general de los estudios
Colombianos de metales pesados en peces encontrando que los estudios
determinaron que las mayores concentraciones de mercurio se midieron en peces
capturados en zonas con influencia directa de vertimientos de aguas de minería
aurífera como el río Ité (Remedios, Antioquia, Colombia), La Poza Don Alonso
(recibe aguas del río Nechí), el río Pocuné (Remedios, Antioquia), ciénaga de Bija
(recibe aguas del río Cimitarra), quebrada Las Mercedes (vía Puerto Berrío-
Remedios), sector de Cuatro Bocas (confluencia del río Cimitarra al Magdalena) y
río Tiguí (Bagre, Antioquia), en estas zonas casi todas las muestras presentaron
valores superiores a la norma de 0,5 µg/g de mercurio. Las especies con mayores
concentraciones fueron las asociadas al fondo de la columna de agua y las
pertenecientes a niveles tróficos superiores, que tienen una marcada tendencia
bentónica y de hábitos carnívoros. Lo anterior, relaciona los altos niveles de
mercurio en estas especies con el fenómeno de bioacumulación y posterior
biomagnificación de las concentraciones de mercurio a medida que se asciende en
la cadena trófica. La región minera antioqueña presenta valores altos de
concentración de mercurio en los tejidos de los peces analizados, los cuales
sobrepasan ampliamente el máximo permisible para el consumo humano,
detectaron concentraciones de mercurio en tejidos musculares de Brycon meeki,
Rhamdia wagneri, Pomadasys bayanus y Hoplias malabaricus procedentes del río
Condoto, siendo esta última especie la que presentó mayor cantidad de mercurio
en sus tejidos con valores máximos de 0,731 mg Hg/Kg, utilizando tejido muscular
de hembras sexualmente maduras y de ocho especies diferentes, procedentes del
bajo y medio río Magdalena y alto río Meta, evaluó el contenido de mercurio, cuyo
valor varió entre 0,02 y 0,43 mg/kg de peso húmedo.

1 MANCERA-RODRÍGUEZ, Néstor Javier y ÁLVAREZ-LEÓN, Ricardo. Estado del conocimiento de las concentraciones de mercurio y otros
metales pesados en peces dulceacuícolas de Colombia. En: Acta Biológica Colombiana. Bogotá. 2006. Vol. 11. No. 1, P. 3-23.

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5.1.10 Estudios de metales en aves

Se reportan varios estudios con diferentes especies de aves como indicadores de
contaminación ambiental, incluyendo aves rapaces (órdenes Accipitriforme y
Falconiforme), aves del género Passer o especies pertenecientes al orden
Columbiforme1. Algunos de estos estudios reflejan de forma general que el plomo
es uno de los metales no esenciales o tóxicos encontrado en mayor concentración
en los diferentes tejidos colectados2, evidenciando así la importancia de este metal,
que hace parte del grupo de metales pesados altamente peligrosos (Pb, Sb, Cd y
As)3, en la contaminación atmosférica y sus alcances de impacto negativo en el
ambiente y los organismos.

5.1.11 Compilación de estudios, base conceptual estado del arte.

Una vez definidas las temáticas descritas en los numerales anteriores se procedió
a compilar los principales estudios como referentes teóricos, recientes estudios
(Últimos 10 años), estudios realizados en Colombia o en países de condiciones
geográficas similares. Se definieron temáticas de acuerdo al desarrollo teórico del
trabajo, las cueles fueron, detección de metales en aves, detección de metales
pesados en peces, detección de metales en sedimentos y cuentas hidrográficas,
descripción del comportamiento espacial por la contaminación de metales, efectos
de la contaminación por metales pesados en la