Estudio hidrogeoquímico del lago ácido de Cueva de la Mora (IPB, Huelva): controles sobre la concentración de metales y modelo de estratificación

Abstract

Cueva de la Mora forma parte del conjunto de lagos ácidos de mina de la Faja Pirítica Ibérica formadostras el abandono de la minería. El cese de las actividades de bombeo de agua, indispensables durante lavida útil de esta mina, provocó la recuperación de nivel freático y la inundación de la corta. Este procesooriginó un lago ácido meromíctico caracterizado por un elevado contenido en sulfato y en hierro,productos de la oxidación de la pirita, junto con otros metales y metaloides.A pesar de compartir el mismo origen que el resto de los lagos ácidos de esta cuenca minera, Cueva de laMora presenta unas características inusuales: (i) la detección en columna de agua de concentracionessignificativas de H2S como consecuencia del proceso de sulfato-reducción bacteriana; (ii) el desarrollode una estratificación multicapa en el monimolimnion, formado por la sucesión de cuatro capas cuyatemperatura, conductividad, pH y concentración de CO2 aumenta con la profundidad.El presente trabajo se ha centrado en el estudio de los procesos biogeoquímicos que tienen lugar en estelago, siendo su objetivo el de ofrecer una visión global del sistema e identificar los factores que controlanlos parámetros físico-químicos registrados en columna de agua.La zona de acumulación de H2S abarca 10 metros de espesor y se inicia al final de la redoxclina, con unmáximo de concentración situado a unos 10 m de profundidad, que paulatinamente disminuye hacianiveles inferiores. La interacción del H2S biogénico con la carga de metal(oid)es del lago provoca laaparición de una banda de turbidez formada por la precipitación de sulfuros secundarios. Este procesoprovoca la retirada en disolución del cobre, además de una disminución del contenido de elementostraza como As, Cd, Pb, U, Th, Tl y Sb. El estudio de la evolución de los perfiles físico-químicos a lo largode las distintas campañas ha permitido asociar la intensidad de la sulfato-reducción bacteriana con laproducción primaria desarrollada en el mixolimnion, y también con la separación entre la oxiclina y laredoxclina. De acuerdo con el muestro detallado de la quimioclina y los cálculos geoquímicos realizadosmediante PHREEQC, la precipitación de los sulfuros sigue la secuencia: CuS> CdS> PbS> As2S3> NiS> ZnS.Asimismo, el análisis mediante microscopía electrónica de barrido y energía dispersiva de rayos-X (SEMEDS)de la partícula retenida en trampas de sedimento ha permitido reconocer sulfuros secundarios decobre, arsénico y zinc.El estudio de la masa de agua a partir de la estimación del balance hídrico y la composición isotópica(¿18OW, ¿2HW, 3Hw) de las diferentes capas concluye que Cueva de Mora es un lago de descarga, en el quela estratificación que presenta hoy en día el monimolimnion se desarrolló ya durante el proceso dellenado y ha permanecido inalterada desde entonces. La interpretación, digitalización y visualización(mediante ArcGIS 9.3) de la información minera recopilada desde diferentes fondos documentales hapermitido conocer la estructura de la mina. El factor determinante del desarrollo de la estructuramulticapa del monimolimnion es la conexión de la corta con diferentes niveles de galerías subterráneas.Por otra parte, la estimación del ratio de densidad (R¿) indica que el proceso de doble conveccióndifusiva puede ser el origen de la capa más superficial del monimolimnion.Mediante diversos ensayos de laboratorio se han evaluado los dos principales sistemas de amortiguacióndel pH de la columna de agua. El aumento de pH en el mixolimnion se encuentra tamponado por laprecipitación de schwertmannita, Fe8O8(SO4)1,4(OH)5,2·13H2O. Esta fase contiene, como componentestraza, Al y Si, pero también presentan una elevada capacidad de retención de carbono orgánico, As, Cr, Vy Sb.A partir de los 20 m de profundidad, la concentración de aluminio se encuentra en equilibrio con lahidrobasaluminita-basaluminita. La retención de Si, V, Sb, Cr, Be, Pb, Se y U en estos hidroxisulfatos dealuminio explica el descenso de la concentración de estos elementos a medida que aumenta laprofundidad.Los ensayos de disolución ácida de diferentes litologías de caja han permitido relacionar la actividadprimaria (fotosíntesis) desarrollada en el mixolimnion, con el contenido en carbonatos y fósforo de laslitologías del yacimiento. Asimismo, se puede concluir que la disolución de carbonatos yaluminiosilicatos, presentes tanto en la roca de caja como en la mineralización, es la principalresponsable del aumento del pH en columna de agua. La disolución de la pirita libera, además de Fe ySO42, una cantidad significativa de Zn, Mn, Cu, Pb y As, y concentraciones traza de Cd, Sb, Cr, Tl y U.Por último, se ha realizado un estudio del sedimento mediante extracción secuencial de los diferentescomponentes; el análisis químico de los lixiviados, y la identificación mineralógica del residuo sólidomediante difracción de rayos X (DRX y DRXD). El sedimento profundo presenta una composición muyhomogénea, formada principalmente por detríticos de sulfuros primarios y silicatos, de lo que se deduceun bajo grado de alteración. Por el contrario, en el sedimento somero se distinguen dos capas: unasuperficial, formada principalmente por oxi-hidroxisulfatos de hierro y otra profunda, cuya fracciónmayoritaria se asocia al contenido de sulfuros secundarios y a la materia orgánica. En este sedimento seestablecen ciclos biogeoquímicos bien definidos de Fe y S debido a un mayor desarrollo de la actividadmicrobiana.