Reactivity of clays and metal nanomaterials in waters and sediments from saline wetlands: the role of the bacterial communities

Zusammenfassung

Los fluidos salinos en ambientes eutróficos y la actividad biológica asociada promueven múltiples reacciones minerales en los sedimentos de los humedales de las cuencas fluviales. Las reacciones redox microbianas que implican al Fe y a otros metales controlan los procesos sedimentarios de formación de minerales en estos ambientes y afectan a la estabilidad de las arcillas, sulfuros, óxidos y fosfatos presentes en los mismos. Este trabajo muestra que los humedales de la cuenca del río Chicamocha (Colombia) son un excelente laboratorio natural para estudiar los factores que controlan estas reacciones mediadas por microorganismos. La mayor parte de la actividad bacteriana en los sedimentos de los humedales está asociada con los procesos de degradación de la materia orgánica. Estos grupos conectan biogeoquímicamente las reacciones del carbono y del azufre en los sedimentos, favoreciendo la movilidad elemental del hierro y de otros metales de los sedimentos, así como la actividad de las bacterias implicadas en los ciclos del hierro y el azufre: bacterias reductoras del azufre (SRB), bacterias oxidantes del azufre (SOB), bacterias reductoras del hierro (IRB) y bacterias oxidantes del hierro (IOB). La autigénesis y la reactividad de los minerales arcillosos están influidas por la disponibilidad de cationes, frecuentemente mediada por la actividad microbiana, y la presencia de un precursor mineral apropiado. El ambiente rico en hierro por aportes hidrotermales y antrópicos en los humedales de la Cuenca del Chicamocha y las condiciones reductoras generadas por la descomposición de abundante materia orgánica provocaron la movilización de hierro mediada por la presencia de comunidades de SRB y SOB, que favorecieron los procesos de transformación de las arcillas detríticas. La alta concentración hidrotermal de K en las aguas del lago y la captación de hierro en la capa octaédrica promovieron la illitización de las arcillas precursoras (I-DV). La actividad bacteriana en sedimentos ricos en materia orgánica también favorece la disponibilidad de sulfuro (estimulada por SRB y sus socios sintróficos que producen H2), Fe2+ (promovida por las IRB y SRB) y otros metales, como Zn2+, que pueden fijarse como monosulfuros insolubles en incrustaciones de la pared de células microbianas. El enriquecimiento en IRB de los sedimentos estimula una mayor disponibilidad de Fe2+ y favorece la reacción de Fe2+ con PO4 3- para formar vivianita. A la etapa de precipitación de monosulfuro y/o fosfato, le sigue una etapa de disolución y un proceso de recristalización que produce framboides de pirita potenciados por la actividad de las SOB, que también facilitan la oxidación de los sulfuros reducidos a S° y la liberación de metales pesados tóxicos que puede incrementarse por reacciones de oxidación de las IOB incluso en ambientes anóxicos.