Investigadores de la Universidad Concordia descubrieron que la mackinawita puede inmovilizar el nutriente en sedimentos sin oxígeno y limitar su retorno al agua
Redactor: Valentina Ríos
Editor: Karem Díaz S.
Un equipo de la Universidad Concordia, en Canadá, identificó una vía química hasta ahora poco estudiada que permite retener fósforo en los sedimentos de los lagos cuando escasea el oxígeno. El proceso podría ayudar a explicar por qué algunas masas de agua se recuperan de la contaminación más rápido que otras y mejorar las estimaciones sobre la duración de las floraciones algales.
La investigación, publicada en Scientific Reports, demostró que la mackinawita, un mineral de sulfuro de hierro presente en sedimentos ricos en materia orgánica, puede fijar fosfato bajo condiciones anóxicas. En ese ambiente, otros minerales que normalmente retienen el nutriente pierden estabilidad y pueden liberarlo nuevamente hacia el agua.
Milad Ezzati, candidato a doctorado del Departamento de Química y Bioquímica de Concordia y autor principal del estudio, explicó que los sedimentos almacenan minerales, nutrientes y materia orgánica. Variaciones relativamente pequeñas en las condiciones ambientales pueden movilizar parte de esos componentes y modificar la calidad del agua situada sobre ellos.
El fósforo almacenado puede prolongar la contaminación
El fósforo es indispensable para los ecosistemas acuáticos porque sostiene el crecimiento de organismos que van desde algas microscópicas hasta componentes superiores de las redes alimentarias. El problema aparece cuando su concentración aumenta por encima del equilibrio natural.
Los aportes excesivos favorecen la eutrofización, un proceso caracterizado por el crecimiento abundante de algas y plantas acuáticas. Algunas proliferaciones están formadas por cianobacterias capaces de producir toxinas, reducir la transparencia del agua y afectar la biodiversidad, el abastecimiento, la pesca y las actividades recreativas.
El nutriente puede llegar a los lagos mediante escorrentía de fertilizantes, aguas residuales, sistemas sépticos y urbanización de las riberas. El exceso de nitrógeno y fósforo también interviene en la pérdida de oxígeno que amenaza a los ecosistemas acuáticos, porque la descomposición de la biomasa consume el gas disuelto.
Reducir los vertidos externos sigue siendo la medida fundamental. Sin embargo, los sedimentos pueden conservar fósforo acumulado durante años y devolverlo posteriormente a la columna de agua. Esta carga interna ayuda a entender por qué algunas floraciones continúan incluso después de disminuir la contaminación procedente de la cuenca.
El descenso del oxígeno modifica la química del sedimento
Los minerales de hierro presentes en el fondo pueden capturar fosfato cuando existe oxígeno. Al desarrollarse condiciones anóxicas, esos minerales se vuelven inestables y se disuelven, permitiendo que el nutriente regrese al agua y quede otra vez disponible para las algas.
Este ciclo puede intensificarse durante la estratificación estacional. Cuando las capas superficiales y profundas dejan de mezclarse, el oxígeno atmosférico no llega con facilidad al fondo. La respiración de los organismos y la descomposición de materia orgánica consumen entonces las reservas disponibles.
Las aguas cálidas retienen menos oxígeno y pueden fortalecer la separación entre capas. Por ello, el calentamiento, la entrada de nutrientes y la pérdida de ventilación forman una combinación capaz de alterar la química de los sedimentos y prolongar el deterioro ecológico.
La calidad del agua tampoco depende de un único indicador. Un estudio en Andalucía mostró que las bacterias revelan contaminación oculta en el río Guadalquivir incluso en sectores donde algunos parámetros fisicoquímicos presentaban valores adecuados.
La mackinawita funciona como un nuevo sumidero de fósforo
Ezzati y el profesor Yves Gélinas, coautor del trabajo, examinaron si la mackinawita podía seguir reteniendo fósforo cuando los minerales tradicionales dejaban de ser estables. Los experimentos confirmaron que el fosfato puede adherirse a la superficie del sulfuro de hierro bajo condiciones pobres en oxígeno.
En biogeoquímica, un sumidero es un componente que retira una sustancia de su circulación activa. Según los investigadores, la mackinawita proporciona una ruta adicional para inmovilizar fósforo en los sedimentos anóxicos e impedir, al menos temporalmente, que vuelva a alimentar el crecimiento de algas.
Hasta ahora se reconocían principalmente dos mecanismos de almacenamiento prolongado del fósforo en fondos sin oxígeno: el enterramiento de materia orgánica y la formación de vivianita, un mineral compuesto por hierro y fosfato. El posible papel de la mackinawita había recibido poca atención, pese a que aparece con frecuencia en sedimentos lacustres ricos en carbono orgánico.
El descubrimiento amplía el conocimiento sobre los ciclos de nutrientes. También refuerza la importancia de comprender la interacción entre sedimentos, microorganismos, minerales y oxígeno al evaluar el estado de los lagos y diseñar programas de restauración.
La materia orgánica limita la retención del mineral
La capacidad de la mackinawita no es ilimitada. El equipo comprobó que la materia orgánica natural compite con el fosfato por los espacios disponibles en la superficie del mineral. Cuanto mayor es esa competencia, menor puede ser la cantidad de fósforo inmovilizada.
Este resultado impide interpretar el hallazgo como una solución automática para todos los lagos. La relevancia del proceso dependerá de la composición del sedimento, la disponibilidad de hierro y azufre, la concentración de materia orgánica y la duración de las condiciones anóxicas.
Las plantas acuáticas también influyen en el movimiento de nutrientes, la disponibilidad de hábitat y la estabilidad del fondo. Su papel requiere un manejo equilibrado, como señalan investigaciones sobre la importancia ecológica y el manejo de las plantas acuáticas.
Los autores advierten que todavía falta determinar cuánto fósforo puede retirar esta vía en un lago completo. Los experimentos demostraron la reacción química, pero trasladar los resultados del laboratorio a un ecosistema exige considerar variaciones estacionales, corrientes, actividad microbiana y diferencias entre zonas profundas y someras.
El hallazgo puede mejorar los modelos de recuperación
Los modelos actuales reconocen que la carga interna puede mantener el fósforo circulando durante mucho tiempo después de reducirse los aportes externos. Incorporar la interacción entre fosfato y mackinawita permitiría representar una ruta que extrae parte del nutriente de ese ciclo.
Si el mecanismo alcanza una importancia significativa a escala natural, algunos lagos podrían recuperarse antes de lo calculado con modelos que no consideran este sumidero. El estudio no establece todavía cuánto se acortarían esos plazos ni propone utilizar el mineral como tratamiento directo.
La investigación ofrece, en cambio, una base para diagnosticar con mayor precisión el comportamiento de cada masa de agua. Conocer la mineralogía y la materia orgánica del fondo podría ayudar a diferenciar los lagos donde el fósforo continuará liberándose de aquellos cuyos sedimentos presentan una mayor capacidad para conservarlo.
El equipo investigará ahora cómo diferentes formas de materia orgánica natural interactúan con la mackinawita y qué importancia tiene esta ruta frente al enterramiento orgánico y la formación de vivianita. La comparación permitirá establecer si el proceso es secundario o representa una parte sustancial del almacenamiento de fósforo.
Reducir la contaminación de origen continúa siendo esencial
El descubrimiento no disminuye la necesidad de controlar fertilizantes, aguas residuales, sistemas sépticos defectuosos y escorrentía urbana. La mackinawita actúa sobre el fósforo que ya alcanzó el sedimento, pero no evita la entrada continua de nuevas cargas desde la cuenca.
La protección de los lagos requiere combinar medidas sobre las fuentes contaminantes con vigilancia del oxígeno, la temperatura, las floraciones y la química del fondo. Esta perspectiva coincide con las acciones propuestas para proteger los lagos frente al cambio climático, que integran reducción de nutrientes, seguimiento ambiental y restauración de hábitats.
Los procesos que ocurren en el lodo del fondo siguen siendo una de las partes menos conocidas de los ecosistemas de agua dulce. Identificar cómo la mackinawita retiene fosfato aporta una pieza adicional para comprender la persistencia de la eutrofización y anticipar la respuesta de los lagos después de aplicar medidas de saneamiento.
Fuentes referenciales:
Phys.org
Universidad Concordia
Scientific Reports
