¿Qué es CONSAL?

Solubilidad, agregación y fijación mineral de CONtaminantes agrícolas nanopartículados de metales: papel de los Sedimentos de Ambientes Lacustres salinos (CONSAL) es un proyecto financiado a través del Plan Andaluz de Investigación, Desarrollo e Innovación (PAIDI 2020) y que se está llevando a cabo en el Departamento de Geología de la Universidad de Jaén.

¿De dónde nace este proyecto de investigación?

Los sedimentos de ambientes lacustres en zonas de intensa actividad agrícola constituyen un compartimento ambiental favorable para la concentración de nanomateriales naturales (arcillas, óxidos, sulfuros), nanomateriales diseñados industrialmente (nanopartículas metálicas de productos fitosanitarios, como fungicidas, herbicidas…) y nanomateriales accidentales formados por la reacción de los nanomateriales antrópicos con el medio (p.ej. sulfuros de metales procedentes de nanomateriales industriales). Existen importantes huecos en el conocimiento de la interacción entre los distintos tipos de nanopartículas del medio y la influencia de las condiciones ambientales en la solubilidad, agregación y fijación mineral de los contaminantes agrícolas nanopartículados de metales.
Esta propuesta es una iniciativa de investigación innovadora para comprender el comportamiento de los nanomateriales y desarrollar modelos de los procesos que determinan su generación, distribución e impacto ambiental actual y futuro. La investigación se centra en la contaminación producida por el uso de nanomateriales metálicos y otros tipos de productos fitosanitarios metálicos (fungicidas, herbicidas, etc.) en sedimentos depositados en medios lacustres salinos en cuencas con cultivo intensivo de olivar en el extremo oriental de la Depresión del Guadalquivir. Muchos de estos sedimentos se depositan en medios salinos ricos en materia orgánica que actúan como catalizadores de transformaciones minerales que promueven la neoformación de minerales nanoparticulados (arcillas, carbonatos, sulfatos y sulfuros, fundamentalmente).

¿Qué es un nanomaterial?

La definición de «nanomaterial» es un asunto de debate científico y político activo, pero la reciente revisión de Hochella et al. (2019) propone que un nanomaterial es cualquier material inorgánico, orgánico o mixto que presente propiedades químicas, físicas y/o eléctricas distintas debido a su tamaño ultrapequeño, típicamente en la región de nanoescala (con mayor frecuencia desde 1 nm hasta unas pocas a varias decenas de nm). Sin duda, son componentes muy abundantes en los sistemas terrestres y determinan de forma crítica las características y comportamiento de los mismos. Existen nanomateriales de origen natural y antropogénico. Los nanomateriales naturales son aquellos que tienen su origen en procesos naturales (bio) geoquímicos o mecánicos, sin conexión directa o indirecta con una actividad humana o proceso antropogénico. Los nanomateriales antropogénicos pueden clasificarse como accidentales, cuando son producidos involuntariamente por influencia humana directa o indirecta, y diseñados (o de ingeniería), si el nanomaterial fue concebido, diseñado y producido intencionadamente por humanos.

Las propiedades específicas de todos los nanomateriales, naturales y antropogénicos, tienen su origen, principalmente, en la proporción relativamente alta de átomos de superficie respecto a átomos interiores. El tamaño y la forma de las nanopartículas son características esenciales porque ejercen un control fundamental sobre la reactividad y la física del transporte, condicionando de este modo el desarrollo de transformaciones químicas y, por tanto, la distribución y toxicidad de los nanomateriales. Pequeñas variaciones en la estructura superficial debidas a ligeras modificaciones en las propiedades físico-químicas de aguas, suelos o sedimentos pueden provocar transformaciones de los nanomateriales (agregación, adsorción, disolución, alteración química, cambio de forma, precipitación…) que afectan a su comportamiento.

Procesos clave en el comportamiento de los nanomateriales en el medio ambiente: agregación, disolución y precipitación.

Nanomateriales en sistemas acuáticos naturales

En los sistemas acuáticos naturales de la superficie terrestre, dentro de la denominada zona crítica, coexisten los nanomateriales naturales, accidentales y diseñados.

Nanomateriales naturales

Arcillas formadas a través de procesos de meteorización y formación de minerales en los suelos y sedimentos y, en menor medida, óxidos metálicos, sulfuros, carbonatos y fosfatos.

Nanomateriales accidentales

Los generados a partir de los productos de la polución provocada por algunas prácticas mineras, industriales y agrícolas.

Nanomateriales diseñados

Productos sintetizados por un sector de la industria química que realiza una amplia gama de aplicaciones en medicina, alimentos, cosméticos, electrónica o productos agroquímicos.

Nanomateriales metálicos en la agricultura

La revisión de Worrall et al. (2018) muestra que las nanopartículas de metales como la plata, el cobre, el zinc, el aluminio y el titanio se han utilizado significativamente en fungicidas, herbicidas y pesticidas por sus propiedades antibacterianas, antifúngicas, y antivirales. Su tamaño suele oscilar entre 10 y 100 nm y se aplican directamente a las semillas, las ramas, las hojas o las raíces de las plantas para protegerlas contra plagas y patógenos, como insectos, bacterias, hongos y virus. Estas sustancias han demostrado un inmenso potencial para el manejo de enfermedades de las plantas contra los patógenos, pero su posible toxicidad y su comportamiento al interaccionar con aguas, suelos y sedimentos han limitado parcialmente su aplicación (Mishra y Singh, 2015) y se están utilizando para mejorar los rendimientos de la producción y reemplazar los pesticidas iónicos tradicionales potencialmente dañinos.

Sin embargo, en zonas de elevada presión agrícola, con el uso creciente de productos agroquímicos que contienen altas concentraciones de nanopartículas, los ambientes acuáticos que reciben aportes hídricos de los campos agrícolas podrían convertirse en un sumidero ambiental importante de estos contaminantes emergentes (Dale et al., 2015; Kah, 2015).

Concretamente, en el olivar mediterráneo, Avramidis et al. (2019) han señalado que es frecuente el uso de herbicidas y fungicidas que favorecen altos rendimientos de las plantaciones. Los aplicados más comúnmente son los fungicidas a base de cobre no nanoparticulado (hidróxido de cobre y sulfato de cobre) (Roca et al., 2007). Los residuos del fungicida se acumulan en el suelo o son arrastrados por la lluvia, transfiriéndose como contaminantes a los sistemas acuáticos del entorno y a sus sedimentos.

Proyecto P20_00990
Proyecto de I+D+i, convocatoria 2020, financiado a través del Plan Andaluz de Investigación, Desarrollo e Innovación (PAIDI 2020).
Consejería de Transformación Económica, Industria, Conocimiento y Universidades.

Junta de Andalucía