Contaminación del Delta del Níger con hidrocarburos totales de petróleo, metales pesados ​​y nutrientes en relación con la dinámica estacional

Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 14079 (2023) Citar este artículo

41 Accesos

Detalles de métricas

El delta africano del Níger se encuentra entre los humedales más importantes del mundo en los que los efectos ecológicos de la explotación petrolera intensiva y el cambio global no están bien documentados. Caracterizamos la dinámica estacional y la contaminación con hidrocarburos totales de petróleo (TPH), metales pesados ​​(HM) y cargas de nutrientes en relación con las variables impulsadas por el clima. En muestras de agua se encontraron altas concentraciones de TPH de hasta 889 mg/L y HM de hasta 13.119 mg/L, con una pronunciada variación espacio-temporal a lo largo del año. El índice de contaminación HM y el factor de contaminación indican graves peligros ecológicos y para la salud humana, especialmente para Cd, Cu, Hg y Ni. Se observaron diferencias significativas en TPH/HM entre sitios y estaciones, con correlaciones entre TPH-HM y variables climáticas y TPH-HM. Los niveles de nutrientes, turbidez, salinidad, temperatura y SO42 fueron altos y estuvieron interrelacionados con la variabilidad de TPH/HM siendo mayor durante la estación húmeda. Estos hallazgos sugieren una necesidad urgente de mejorar el control de la contaminación en el delta del Níger, teniendo en cuenta la variación espacio-temporal observada y la exacerbación de los efectos a la luz del cambio climático. Dados los altos niveles de contaminación, evaluaciones adicionales de los efectos de la exposición y la bioacumulación en la biota deberían incluir escenarios futuros del cambio climático y los efectos en los seres humanos que dependen intensamente del sistema para obtener agua potable, suministro de alimentos y medios de vida.

La región del Delta del Níger es uno de los sistemas de humedales más grandes del mundo y puede considerarse un punto crítico de biodiversidad que comprende la mayor diversidad de especies acuáticas de África1,2,3. En esta región existen varias presiones antropogénicas severas, que aumentan la vulnerabilidad del sistema por la contaminación, el cambio ambiental global y la rápida disminución de la calidad resultante en los frágiles ecosistemas de la región1,2,3,4,5,6. La contaminación ha sido motivo de gran preocupación en la región debido a la (eco)toxicidad, bioacumulación, persistencia y riesgos asociados para la biota, incluidos los humanos3,4,5,6. Fundamentalmente, las regiones estuarinas de grandes sistemas fluviales son conocidos sumideros de sedimentos contaminados y una fuente de contaminación para los hábitats marinos adyacentes. Aunque esta situación se puede observar en muchas regiones estuarinas de todo el mundo3,6,7,8,9, el delta africano del Níger es un ejemplo de cómo una amplia gama de actividades humanas no supervisadas impactan directamente en los niveles de contaminantes. Debido a su persistencia, algunos de los contaminantes que preocupan son los hidrocarburos totales de petróleo (TPH) y los metales pesados ​​(HM) resultantes de la explotación de petróleo pesado dentro del sistema del Delta del Níger. Los TPH y HM son compuestos persistentes, bioacumulativos, tóxicos y cancerígenos ampliamente distribuidos en el medio acuático en zonas de explotación petrolera y minera, lo que se puede observar aquí de forma específica. Aunque pueden tener su origen en fuentes naturales como la meteorización y la erosión del suelo, las fuentes en el delta del Níger están vinculadas a actividades antropogénicas como una importante vía de emisión por deposición atmosférica, derrames de petróleo crudo, emisiones industriales no reguladas y otras fuentes. Esto da como resultado una dispersión de estas sustancias en la columna de agua o su deposición en sedimentos10 que exceden los niveles naturales. A pesar de este entendimiento general, no se ha realizado ninguna evaluación sistemática para relacionar la aparición y la dinámica de estos contaminantes a la luz de condiciones climáticas extremas y cambiantes. El calentamiento global no sólo está afectando la temperatura de la superficie, sino que también dará como resultado gradientes de salinidad alterados, aumento de las inundaciones y regímenes hidrológicos alterados, lo que puede afectar significativamente la movilización y distribución de contaminantes y, por lo tanto, la biodisponibilidad6,10. Por el contrario, las sequías y las altas tasas de evaporación pueden provocar una mayor concentración de contaminantes11. En consecuencia, existe la preocupación de que los niveles de TPH y HM en los ecosistemas y los riesgos asociados puedan verse alterados y exacerbados por las variables hidroclimáticas10.

La mayoría de los estudios regionales se han centrado en la distribución espacial, la ocurrencia, la identificación de fuentes y la evaluación de riesgos12,13, y se ha prestado menos atención a una comprensión sistemática de los patrones de distribución de TPH y HM dentro del sistema del Delta del Níger en relación con los factores hidroclimáticos. Este conocimiento es esencial para proyectar cómo la variación climática puede potencialmente causar cambios múltiples y significativos en el sistema del Delta del Níger. Por ejemplo, se sabe que el aumento de la temperatura influye en la movilización, el destino, la transformación y la biodisponibilidad de los contaminantes14, afectando así directamente a la evaluación de riesgos. Además, la partición de contaminantes en el agua puede verse afectada por cambios en factores relacionados con el clima. Además, las variables impulsadas por el clima pueden afectar la deposición de contaminantes en la columna de agua al alterar su entrada desde fuentes superficiales y escorrentías, o al cambiar la química del agua10. De manera similar, los cambios en los niveles de agua causados ​​por precipitaciones extremas, sequías y cambios de temperatura pueden intensificar el ciclo de TPH/HM en los ecosistemas10,15. Estos efectos hasta el momento no han sido determinados en los distintos hábitats del delta del Níger. Por lo tanto, el conocimiento tanto de las variaciones impulsadas por el clima como de las actividades antropogénicas en los ecosistemas del delta del Níger es importante para evaluar el estado actual y predecir el desarrollo futuro de los ecosistemas acuáticos en la región.

Además de las predicciones futuras, también es esencial comprender los impactos directos e indirectos de los cambios impulsados ​​por el clima en la movilidad de los contaminantes para la evaluación de riesgos actual y la deducción de medidas regulatorias en la región. Por lo tanto, este estudio investigó tres ecosistemas costeros representativos, el río Imo (sistema de agua dulce), el estuario de Bonny y la laguna de Lagos (sistemas salobres) dentro del delta del Níger a lo largo de un año entero. Se analizaron muestras de agua en busca de metales, incluidos manganeso (Mn), hierro (Fe), aluminio (Al), cobre (Cu), zinc (Zn), cobalto (Co), níquel (Ni), cadmio (Cd), plomo (Pb). ), cromo (Cr), mercurio (Hg), boro (B), bario (Ba), molibdeno (Mo), así como hidrocarburos totales de petróleo (TPH) de muestras de agua, mientras que en paralelo se miden las variables asociadas al clima. (parámetros abióticos) y niveles de nutrientes fosfato (PO43−), nitrato (NO3−) y amonio (NH4+). El objetivo era aclarar en qué medida los cambios asociados al hidroclima en el medio acuático están interconectados con la movilización de TPH y HM en el sistema. Un objetivo adicional fue la identificación de parámetros relacionados con la sensibilidad climática de los TPH/HM, destacando los posibles efectos sobre la salud de los ecosistemas y las implicaciones para la vida humana en la región. Nuestra hipótesis es que (i) existen diferencias entre los respectivos hábitats investigados (perfiles específicos del sitio y ocurrencia de contaminantes), (ii) que la concentración y biodisponibilidad de los principales contaminantes está directamente relacionada con la variación estacional y las variables clima-hidrológicas, que (iii ) requiere la inclusión de dicha información en la evaluación de riesgos a la luz del cambio global que afecta a variables ambientales como la temperatura y la salinidad en los diferentes ecosistemas del delta del Níger.

Se recolectaron muestras de agua superficial de los tres principales tipos de ecosistemas del delta del Níger, el estuario de Bonny, el río Imo y la laguna de Lagos (Fig. 1) durante 1 año. Se muestrearon estaciones (3–4) que representan los tramos superior, medio e inferior16 (> 5 km de distancia entre sí) en cada sitio del estuario, río y laguna. Se recolectaron muestras de agua mensuales de las estaciones mapeadas durante un ciclo anual completo de enero a diciembre de 2021. Se recolectaron TPH y HM (Mn, Al, Co, B, Ba, Zn, Cr, Cu, Ni, Pb, Cd, Hg). medido en mg/L. En resumen, TPH: se extrajeron muestras de 5 ml con 50 ml de tolueno en un embudo de decantación y la capa acuosa se midió con un espectrofotómetro UV-Vis. HM: se evaporaron muestras de 100 ml, se digirieron con 10 ml de HNO3 y luego con 5 ml de ácido perclórico y se analizaron con espectrofotómetro de absorción atómica (datos complementarios). El grado de los niveles de contaminación antropogénica por metales de los tres tipos de hábitat se determinó además mediante el factor de contaminación (CF), y el factor acumulativo se calculó como la relación media de las concentraciones de muestra medidas y la referencia (utilizando el estándar nacional de calidad de pesca y recreación y la USEPA). normativa) (ver descripción detallada en Datos Complementarios). El índice de carga de contaminación (PLI) para HM en agua se calculó basándose en valores del motor > 1 y > 3 para el índice de contaminación de Nemerow (NPI). Los parámetros relacionados con el clima, temperatura (°C), salinidad (ppt), conductividad (mS/cm), OD (mg/L), TDS (mg/L), pH, se midieron in situ utilizando un Horiba U-52 Multi. -medidor de parámetros, mientras que los nutrientes PO43− (mg/L), NO3− (mg/L), NH4+ (mg/L) y SO42− (mg/L), turbidez (NTU)) se determinaron utilizando métodos estándar establecidos. en APHA17 y Anyanwu et al.16 para comprender el alcance de los cambios asociados al hidroclima en los sistemas.

Mapa del delta del Níger que indica los sitios de muestreo. El mapa se creó con CorelDRAW 2020 (Versión 22.0.0.412, Corel Corporation Inc.). Los datos se extrajeron de OpenStreetMap (https://www.openstreetmap.org), con licencia según los términos de Open Database License, “ODbL” 1.0 (https://opendatacommons.org/licenses/odbl/), previamente con licencia CC-BY. -SA 2.0.

El análisis de datos se realizó utilizando el software Primer 7 (Versión 7.0.21, PRIMER-e, Quest Research Limited) para el análisis multivariado y OriginPro (Versión 2021, Originlabs) para la visualización y pruebas de significancia de los coeficientes de correlación. El análisis y la caracterización de patrones en datos multivariados se llevaron a cabo mediante Análisis de Componentes Principales (PCA) basado en distancia euclidiana, gráfico de perfil de similitud (SIMPROF), agrupamiento jerárquico, análisis de permutación (PERMANOVA) y modelado lineal basado en distancia (DistLM) con Primer 7. PCA estimó variaciones en la movilización de TPH/HM y variables climáticas entre sitios, estaciones y estaciones. SIMPROF trazó el patrón asociado con TPH/HM dentro del límite de confianza del 95%. Los análisis multivariados se utilizaron para identificar los parámetros abióticos/ambientales relevantes del conjunto de datos que se asociaron con la movilización de TPH/HM. Se utilizaron PERMANOVA y DistLM para probar diferencias estadísticas significativas en el conjunto de datos. Además, se utilizó la correlación de Pearson para explorar relaciones lineales entre los contaminantes y los parámetros abióticos ambientales. El grado de asociación se midió mediante un coeficiente de correlación (una medida de linealidad o asociación lineal). Los datos se inspeccionaron visualmente utilizando gráficos Draftsman implementados en el software Primer 7 antes del análisis, y solo las relaciones lineales se consideraron válidas para la discusión de los resultados. Las correlaciones personales se calcularon utilizando OriginPro (Versión 2021, OriginLab Corporation). Se aceptó significancia en p < 0,05.

Altos niveles de contaminación de TPH que oscilan entre 17,38 y 889,10 mg/L (95,6–889,10 mg/L en estuario, 17,38–330,26 mg/L en río, 26,52–505,45 mg/L en laguna) y de HM que oscilan entre 0 y 13,119 mg/L (0–3.65 mg/L en estuario, 0–4.722 mg/L en río, 0–13.119 mg/L en laguna) con valores medios superiores a los estándares regulatorios nacionales y de la USEPA se midieron en los diferentes hábitats (Tabla 1). El estuario y el tramo superior de la laguna (estación Ijora) registraron concentraciones elevadas de TPH (> 880 mg/L y > 500 mg/L) respectivamente. Podrían atribuirse la explotación de petróleo y las actividades portuarias conexas (incluida la carga y descarga de petróleo), las aguas residuales y las descargas industriales.

Se detectaron altos niveles de contaminación con HM en las aguas del delta del Níger, particularmente en los sistemas fluviales y lagunares. Los valores de CF calculados fueron 0,02–1,61 para Cr, 0,04–0,14 para Al, 0,17–3,04 para Zn, 0,10–4,19 para Fe, 0,25–3,16 para Pb, 2,18–226,21 para Ni, 2,36–11,65 para Hg, 3,48–44,48 para Cd y 79,64–246,88 para Cu. Esto implica niveles de contaminación bajos a moderados para Zn, Al y Cr, pero una contaminación considerable para Pb, Fe y una contaminación muy alta para Ni, Cd, Cu y Hg (Fig. 2, Tabla 1, Tabla S1).

Diagrama de dispersión de caja combinado de factores de contaminación (CF) de TPH y HM en los sistemas costeros del delta del Níger. El cálculo del CF se basa en los criterios de calidad de la pesca y la recreación establecidos por la ley de Nigeria. CFs > 6 indica una contaminación muy alta. El cuadro muestra un rango de valores del 25% al ​​75%, incluida la mediana estacional (–). Los bigotes indican el rango de valores dentro de 1,5 rangos intercuartiles. Parcelas = río Imo (a,d), estuario Bonny (b,e), laguna de Lagos (c,f).

El NPI y el PLI se determinaron para evaluar el nivel de contaminación integrado en diferentes sitios de muestreo, ya que los contaminantes pueden variar significativamente en varias muestras de agua. Los valores de NPI calculados fueron 0,03–0,26 (Al), 0,04–1,14 (Cr), 0,14–2,16 (Zn), 0,18–2,23 (Pb), 0,49–3,04 (Fe), 1,67–8,24 (Hg), 2,46–31,45 (Cd), 1,60–159,96 (Ni) y 56,32–174,57 (Cu). Los niveles de PLI fueron 49,81–137,41 (estuario), 545,59–1505,17 (río) y 79,47–5593,25 (laguna). Con base en estos valores, se observó una mayor toxicidad y un alto riesgo ecológico en todos los ecosistemas muestreados (Fig. 2, Tabla 1, Tabla S1).

El análisis PCA mostró variaciones de contaminantes entre sitios, estaciones y estaciones (Fig. 3). Ba, B, Cr, Ni, Fe, Cd, Hg (45,6%, PC 1) y Mo, Cu, TPH, Pb, Co (9,9%, PC 2) representaron principalmente la variación de contaminantes en el sistema (Fig. 3a). . La jerarquía de grupos de dendrogramas indicó que los contaminantes tienen un vínculo común y un alto grado de uniformidad (R2 = 0,965; Fig. S1a). El gráfico SIMPROF expresó interconexiones y una correlación altamente significativa (Pi = 0,813, p <0,01), lo que significa una relación genuina entre los contaminantes (Fig. S1b). Esto puede sugerir que los contaminantes están asociados entre sí y/o emanan de fuentes similares.

Análisis de componentes principales de TPH/HM (a), parámetros climáticos (b) y biplots de análisis de redundancia basado en distancia (dbRDA) (c) que muestran los niveles de variación y los parámetros climáticos/ambientales responsables de la movilización de TPH y HM en el delta del Níger. sistemas costeros.

Se produjeron picos de firma y variaciones de concentración entre sitios y estaciones (ver también Fig. S2). Durante la estación seca se detectaron concentraciones elevadas de TPH (70,1–889,1 mg/L) y Pb, Ba, Mn, Al (0,0–9,292 mg/L), mientras que altos niveles de B, Cr, Fe, Hg, Ni, Zn , Cd, Co, Mo, Ba y Cu se midieron en los meses húmedos y tempranos de la estación seca (0,0 a 13,119 mg/L) (Fig. 4, Fig. S3). Sin embargo, las concentraciones de contaminantes para la mayoría de los HM fueron mayores durante la estación seca que en la estación húmeda. Se midieron altos niveles de metales tóxicos (incluido Hg) durante todo el año, particularmente en los sistemas de ríos y lagunas (Fig. 4, Fig. S2b-e).

Distribución de TPH y HM tóxicos en los sistemas costeros del delta del Níger.

Pruebas de correlación adicionales mostraron fuertes relaciones específicamente entre los metales entre los sitios (Tabla 3a-c) (p <0,001, p <0,01, p <0,05), pero no hubo una relación lineal clara entre los TPH y los metales para los diferentes sitios. De manera análoga, los niveles de contaminación de HM estaban interrelacionados, excepto para Al y Pb en el sistema de estuario y laguna. Por otro lado, exhibieron asociación negativa con los TPH en el estuario.

A lo largo del ciclo hidrológico anual, las variables fisicoquímicas variaron ampliamente: la temperatura del agua osciló entre 26,4 y 31,4 °C, la OD de 1,8 a 6,6 mg/L y la conductividad entre 16,74 y 79,12 mS/cm. El pH fue ligeramente ácido a alcalino (6,28–11,06), el TDS fue de 11,03–81,00 mg/L y la turbidez osciló entre 0,01 y 53,47 NTU. Como se esperaba, se identificó un gradiente de salinidad desde un sistema de baja salinidad (0,01 ppt) en el río hasta un ambiente completamente salino (> 35 ppt) en hábitats salobres. Los nutrientes (PO43−, NO3−, NH4+) fueron 0,01–8,25 mg/L, 0,08–23,80 mg/L y 0,32–35 mg/L, respectivamente, mientras que el sulfato (SO42−) varió entre 0,01 y 25,63 mg/L en el sistema costero. Las variables climáticas indicaron que los nutrientes, SO42−, turbidez (PC 1) y TDS, pH, salinidad y conductividad (PC 2) explicaron principalmente la variación en los datos (Fig. 3b). La vinculación de los patrones de contaminantes con los parámetros climáticos mostró similitudes en los factores que afectan la distribución de TPH/HM en varios sitios, estaciones, estaciones y el término de interacción sitios × estaciones (p <0,001, Tabla 2). Se encontró que PO43- y SO42- eran los parámetros más sensibles relacionados con la movilización de TPH/HM en la región, mientras que la turbidez mostró un fuerte impacto durante la temporada de lluvias (como resultado de fuertes lluvias). PERMANOVA indicó que PO43-, turbidez, conductividad, salinidad, OD y temperatura afectaron significativamente la movilidad de los TPH y HM en todos los sitios de estudio, estaciones y el término de interacción (sitios × estaciones) (p <0.01). El análisis de regresión (DistLM) también confirmó que las variables impulsadas por el clima influyeron significativamente en la movilización de TPH y HM en los sistemas (p <0,01) con la excepción de la conductividad, TDS y pH como se muestra en los biplots de análisis de redundancia basado en distancia (dbRDA) ( Figura 3c). Sin embargo, la temperatura, la salinidad, la PO43−, la SO42− y la turbidez son los parámetros más sensibles que afectan la movilización de contaminantes en el sistema africano del delta del Níger.

Relaciones significativas entre los contaminantes y entre los parámetros climáticos y los contaminantes fueron evidentes en los sistemas de ríos y lagunas (Tabla 3a, c). El análisis de correlación mostró una fuerte relación general entre los parámetros climáticos y los contaminantes en todos los sitios (Tabla 3a-c) (p <0,001, p <0,01, p <0,05). Se identificó una interrelación entre turbidez, conductividad, pH, salinidad, OD, PO43- y temperatura, por un lado, y la movilización de TPH/HM entre sitios y estaciones, por otro lado. La temperatura y la conductividad se correlacionaron negativamente con los HM en todos los sitios. En el sistema lagunar, la turbiedad, PO43−, SO42− y los HM estuvieron inversamente relacionados con los TPH, mientras que la salinidad y el pH mostraron una relación positiva con los TPH. Curiosamente, la temperatura mostró efectos tanto directos como indirectos hacia la movilización de TPH/HM. La temperatura tuvo relaciones negativas directas con Zn, B, Cr, Fe, Hg (en río); Zn, B, Ba, Co, Ni (en estuario); Zn, B (en laguna); y vínculo indirecto con los parámetros climáticos (incluida la salinidad, TDS, turbidez, OD, conductividad) responsables de la movilización de TPH/HM en los ecosistemas, particularmente la salinidad (Tabla 3a-c). La temperatura también mostró un fuerte vínculo con los nutrientes (PO43−, NH4+) en el sistema estuarino. Además, variables climáticas como la salinidad, TDS, pH, OD, turbidez y nutrientes (NH4+, PO43-), así como SO42-, se interrelacionaron entre sí y se vincularon con la movilización de TPH y HM (principalmente dentro de la parte de agua dulce del sistema). ).

Hasta donde sabemos, este estudio es el primero que caracterizó sistemáticamente la carga y movilización de contaminantes en relación con las variables impulsadas por el clima durante un período de un año que abarcó varios sitios en tres tipos principales de ecosistemas en el delta del Níger. Los hallazgos sugieren graves problemas de contaminación relacionados con cambios asociados al hidroclima en los tres ecosistemas investigados de la región en relación con HM, TPH y nutrientes.

Los resultados revelaron que las concentraciones de TPH/HM excedieron los límites regulatorios (Fig. 2, Tabla S1), y Cd, Cu, Hg y Ni mostraron niveles de contaminación muy altos en los hábitats acuáticos. Los valores observados son superiores a los medidos previamente en la laguna18 y el arroyo Woji12,13. Esto es motivo de especial preocupación ya que las sustancias presentan características bioacumulativas, persistentes y tóxicas. Es ampliamente conocido que Cd, Cu, Hg y Ni son metales altamente tóxicos vinculados a problemas ambientales y de salud humana19,20. Pueden afectar los procesos metabólicos de los organismos acuáticos y su acumulación en los seres humanos puede aumentar los riesgos de alteración endocrina, efectos reproductivos adversos, cánceres, enfermedades de los pulmones, el tracto digestivo y la piel, y también puede afectar los sistemas hematopoyético/inmunitario e inducir enfermedades neurológicas y toxicidad reproductiva19,20. Es obvio que las actividades antropogénicas asociadas con los derrames de petróleo crudo, los desechos industriales y otros procesos (inundaciones, combustión de petróleo, quema de gas, actividades de transporte marítimo, carga y descarga de petróleo) están provocando una elevada deposición de TPH/HM en el sistema del Delta del Níger, y que los cambios impulsados ​​por el clima aumentarán aún más la intensidad de estos problemas contaminantes. Esto también ilustra que el delta del Níger es ahora un punto problemático de alta contaminación por Cd, Cu, Hg y Ni. Por lo tanto, se debe dar prioridad a garantizar la disponibilidad y la gestión sostenible del agua y el saneamiento para todos, con metas relativas a la calidad del agua, la eficiencia en el uso del agua y la gestión de los recursos hídricos (ODS-6)21, a fin de alcanzar los Objetivos de Desarrollo Sostenible de las Naciones Unidas para 2030. .

Las correlaciones intra e intercontaminantes observadas indican que la movilización de TPH-HM está interrelacionada, y esto resalta el papel importante de los parámetros climáticos en los ciclos de contaminantes en el sistema. Las correlaciones entre variables pueden sugerir niveles similares de contaminantes TPH-HM, patrones de liberación/fuentes de contaminación similares y dependencia asociada durante su movilización y removilización en los ambientes acuáticos. Además, el alto coeficiente de correlación entre los contaminantes y los parámetros climáticos sugiere un comportamiento similar en condiciones climáticas/ambientales similares.

Se sabe que los parámetros climáticos afectan el destino, el enriquecimiento, la especiación, la transformación y la biodisponibilidad de los contaminantes en el medio ambiente. Aquí, la temperatura influye directa o indirectamente en la movilización de TPH/HM. Está ampliamente aceptado que el aumento de la temperatura en los sistemas ambientales aumentará el destino y la tasa de transformación de los contaminantes. Una mayor movilización y distribución puede conducir a niveles elevados de TPH y HM, y a un mayor riesgo de exposición potencial para las comunidades acuáticas y los seres humanos14. Teóricamente, las condiciones de flujo, el pH, los cambios de temperatura, así como los gradientes de salinidad y la turbidez son factores conocidos para la movilización/distribución de contaminantes, especialmente metales pesados22,23. Es probable que estos parámetros se vean alterados por las condiciones climáticas cambiantes y las alteraciones en la temperatura y el patrón de precipitaciones, por ejemplo, podrían dar lugar a cambios en la descarga media, en la estacionalidad y en extremos hidrológicos como inundaciones o sequías. Además, se pronostican para el continente africano un calentamiento espacial diferenciado de 0,3 a 0,7 °C, redistribución de las precipitaciones, sequía y tormentas excesivas24, y los aumentos de temperatura más extremos de hasta 6 a 8 °C para el período de proyección 2070-209925 se pronostican para partes del sistema del Níger. Como resultado directo, se ha demostrado que un aumento de la temperatura aumenta la absorción y la toxicidad de metales disueltos y otros contaminantes para los organismos acuáticos26.

Otros factores importantes son los procesos de adsorción y desorción de metales y contaminantes hidrofóbicos en relación con la turbidez, y nuestro estudio registró un aumento de turbidez resultante de las inundaciones debido al aumento del transporte de partículas y la escorrentía. En los datos actuales, encontramos concentraciones elevadas de contaminantes durante la temporada de lluvias, que están claramente asociadas con los efectos de la movilización. Este estudio también mostró que los contaminantes TPH/HM fueron muy variables durante la temporada de lluvias, lo que indica que los patrones de lluvia dieron como resultado cambios en su movilidad y distribución. Se ha mencionado que la movilización/removilización de contaminantes ocurre con mayor frecuencia durante las estaciones húmedas. Rothwell et al.27 demostraron que el destino de los metales pesados ​​podría verse favorecido por las lluvias intensas a través de concentraciones de metales moduladas en el flujo base y en el flujo de tormenta. Por el contrario, en nuestro conjunto de datos, se registraron concentraciones más altas en la estación seca, lo que probablemente pueda explicarse por efectos de concentración. Sin embargo, el riesgo previsto de grandes inundaciones es extremo para la cuenca del Níger, lo que afectará significativamente la dinámica de los contaminantes en la región del Delta. A la luz del cambio climático, es probable que se produzcan eventos más extremos de estiaje (lo que resulta en una mayor concentración de contaminantes) e inundaciones extremas (lo que resulta en una mayor movilización). Por lo tanto, proponemos que tales escenarios se consideren en la evaluación de riesgos.

La movilización de TPH-HM también se vio afectada por la salinidad, que se puede observar en el gradiente desde los sitios de muestreo de agua dulce a agua salobre. Los estudios han demostrado que la solubilidad de los contaminantes depende de la salinidad del agua ambiental28,29. Acosta et al.30 observaron que la salinidad aumentaba la movilización de metales pesados, ya que un aumento de la salinidad se asocia con un aumento en las concentraciones de los cationes principales (Na, K, Ca, Mg) que compiten con los metales pesados ​​por los sitios de sorción en las partículas. materia y sedimentos. Debido a la creciente intrusión de agua de mar a medida que aumentan los niveles del mar, la reducción de los flujos de agua dulce (tanto subterráneos como superficiales) y las alteraciones geomorfológicas de las costas, se espera que los niveles de salinidad aumenten en los deltas de los ríos a nivel mundial31,32, con la resultante hipersalinización y el llamado "estuario inverso". condiciones ya descritas para los estuarios de los ríos en África occidental33. En consecuencia, este efecto probablemente también exacerbará los desafíos asociados con la contaminación ya existente en el sistema del Delta del Níger.

Además, nuestros datos mostraron que las actividades antropogénicas y las variables impulsadas por el clima están aumentando la turbidez, la carga de nutrientes y SO42 en los ecosistemas acuáticos y esto está significativamente interrelacionado con la movilización de contaminantes en el área. Lamentablemente, la compleja interacción entre nutrientes, salinidad, temperatura, turbidez, SO42- y otros factores observados en este estudio acelerará aún más la movilización/removilización de TPH-HM, aumentando los impactos problemáticos en la salud de los ecosistemas y los humanos debido a los mayores niveles de exposición. Además, la capacidad de los organismos para hacer frente al estrés adicional bajo el régimen climático cambiante de TPH/HM diferirá entre especies y dará como resultado una transferencia modificada de contaminantes dentro de la red alimentaria.

Desde la perspectiva de la salud humana, cabe mencionar que los residentes consumen especies acuáticas y beben agua de estos ecosistemas y/o utilizan aguas superficiales para el riego de cultivos. Teniendo en cuenta las elevadas concentraciones de contaminantes en este estudio, se puede suponer una exposición significativa de la población humana a través de las rutas de absorción mencionadas anteriormente34,35. Recientemente, el Hospital de la Universidad de Port Harcourt (en la región del Delta del Níger) informó más de 4.000 casos de cáncer, de los cuales 313 desarrollaron cáncer de la sangre o leucemia36. Las causas se desconocen actualmente, pero posiblemente podrían estar relacionadas con los niveles muy altos de contaminación de Cd, Cu, Hg y Ni observados en este estudio. Estos contaminantes metálicos son carcinógenos conocidos y significativamente asociados con cánceres de pulmón, hígado, esófago, gástrico, vesícula biliar, colon, recto, mama, próstata, riñón, linfático y/o hematopoyético37,38,39. Además, la exposición al Ni se ha relacionado con la leucemia mieloide y linfoblástica aguda37, lo que sugiere el papel potencial del Ni en el desarrollo de la leucemia aguda en la región. Nuestro estudio destaca los peligros asociados con el cambio climático y la contaminación en el delta del Níger. Si bien este estudio no puede resolver los problemas, la documentación y caracterización de un problema es un primer paso hacia su solución.

Nuestro estudio identificó un importante problema de contaminación relacionado con TPH/HM y nutrientes en el delta africano del Níger. También caracterizó el impacto de las variables climáticas e hidrológicas en el riesgo de exposición para la vida silvestre y los humanos. Los resultados muestran que la carga y movilización de TPH/HM depende de los parámetros climáticos y otras condiciones ambientales como la temperatura y la salinidad, que probablemente aumentarán a la luz del cambio global. Los hallazgos también sugieren que la actual explotación petrolera y los efectos asociados, así como la interrelación con el cambio climático, pueden exacerbar aún más los problemas en el futuro. Por lo tanto, existe una necesidad urgente de mejorar el control de la contaminación y las medidas de cambio climático en el delta del Níger, teniendo en cuenta los diferentes tipos de contaminantes y su interacción con las variables impulsadas por el clima, para permitirnos desarrollar "los ecosistemas que necesitamos para el futuro que queremos". .

Los autores confirman que los datos que respaldan los hallazgos de este estudio están disponibles en el artículo y sus materiales complementarios. Todos los datos sin procesar están disponibles en la base de datos de PANGEA Data Publisher (https://www.pangaea.de/).

Zabbey, N. & Uyi, H. Respuestas comunitarias de macrozoobentos intermareales de fondos blandos a la contaminación por petróleo en un ecosistema de manglares tropicales, delta del Níger, Nigeria. Mar. Contaminación. Toro. 82, 167-174 (2014).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Little, DL, Holtzman, K., Gundlach, ER y Galperin, Y. Hidrocarburos sedimentarios en antiguas áreas de manglares, sur de Ogoniland, este del delta del Níger, Nigeria. En Amenazas a los bosques de manglares: peligros, vulnerabilidad y soluciones de gestión. Biblioteca de investigación costera vol. 25 (eds Makowski, C. y Finkl, CW) 267–321 (Springer, 2018).

Capítulo Google Scholar

Anyanwu, IN, Sikoki, FD & Semple, KT Evaluación de riesgos de HAP y análogos de N-HAP en núcleos de sedimentos del delta del Níger. Mar. Contaminación. Toro. 161, 111684 (2020).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Anyanwu, IN, Sikoki, FD y Semple, KT Datos de evaluación cuantitativa de HAP y N-HAP en sedimentos centrales del delta del Níger, Nigeria. Resumen de datos 33, 106484 (2020).

Artículo PubMed PubMed Central Google Scholar

Anyanwu, IN & Semple, KT Ocurrencia y distribución de hidrocarburos aromáticos policíclicos y análogos de hidrocarburos aromáticos policíclicos que contienen nitrógeno en suelos del delta del Níger, Nigeria. Policíclico. Aromatizado. comp. https://doi.org/10.1080/10406638.2021.1977352 (2021).

Artículo de Google Scholar

Anyanwu, IN, Sikoki, FD & Semple, KT HAP de referencia, N-HAP y 210Pb en muestras de segmento de Bodo Creek: comparación con el estuario de Bonny, delta del Níger. Contaminación del agua, el aire y el suelo. 232, 366 (2021).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Tang, Z. y col. Evaluación del riesgo ecológico de organismos acuáticos inducido por metales pesados ​​en las aguas estuarinas del río Perla. Ciencia. Rep. 13, 9145 (2023).

Artículo ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Wang, Q., Huang, X. & Zhang, Y. Metales pesados ​​y su evaluación de riesgos ecológicos en sedimentos superficiales del estuario del río Changjiang y el mar contiguo de China Oriental. Sostenibilidad 15, 4323 (2023).

Artículo CAS Google Scholar

Sojka, M. & Jaskuła, J. Metales pesados ​​en sedimentos fluviales: contaminación, toxicidad e identificación de fuentes: un estudio de caso de Polonia. En t. J. Medio Ambiente. Res. Salud Pública 19, 10502 (2022).

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Jarsjö, J. et al. Proyección de impactos del cambio climático en la movilización de metales en sitios contaminados: controles por el nivel freático. Ciencia. Medio ambiente total. 712, 135560 (2020).

Artículo ADS PubMed Google Scholar

Mosley, LM Impactos de la sequía en la calidad del agua de los sistemas de agua dulce; revisión e integración. Ciencia de la Tierra. Rev. 140, 203–214 (2015).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Dibofori-Orji, AN et al. Distribución espacial y temporal y evaluación de la contaminación de metales pesados ​​en Woji Creek. Reinar. Res. Comunitario. 1, 11 (2019).

Artículo de Google Scholar

Ihunwo, OC y cols. Evaluación de riesgos ecológicos y para la salud humana del total de hidrocarburos de petróleo en aguas superficiales y sedimentos del arroyo Woji en el estuario del delta del Níger del estado de Rivers, Nigeria. Heliyon 7, e07689 (2021).

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Hung, H. y col. Influencia del cambio climático en los niveles y tendencias de los contaminantes orgánicos persistentes (COP) y las sustancias químicas de preocupación emergente para el Ártico (CEAC) en el entorno físico del Ártico: una revisión. Reinar. Ciencia. Impactos del proceso 24, 1577-1615 (2022).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Zhang, H. y col. Acumulación de arsénico, mercurio y metales pesados ​​en sedimentos lacustres en relación con la eutrofización: Impactos de las fuentes y cambio climático. Ecológico. Índico. 93, 771–780 (2018).

Artículo CAS Google Scholar

Anyanwu, IN y col. Variación estacional en la calidad del agua, diversidad del plancton y carga microbiana de los lagos tropicales de agua dulce en Nigeria. África. J. Aquat. Ciencia. https://doi.org/10.2989/16085914.2021.1931000 (2021).

Artículo de Google Scholar

APHA. Métodos estándar para el examen de agua y aguas residuales 22.ª ed. (Asociación Estadounidense de Salud Pública, 2012).

Google Académico

Bawa-Allah, KA, Saliu, JK y Otitoloju, AA Monitoreo de la contaminación por metales pesados ​​en ecosistemas vulnerables: un estudio de caso de la laguna de Lagos, Nigeria. Toro. Reinar. Contaminar. Toxico. 100, 609–613 (2018).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Kim, KH, Kabir, E. & Jahan, SA Una revisión sobre la distribución de Hg en el medio ambiente y sus impactos en la salud humana. J. Peligro. Madre. 306, 376–385 (2016).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Zait, R., Fighir, D., Sluser, B., Plavan, O. & Teodosiu, C. Efectos de los contaminantes prioritarios en los ecosistemas acuáticos evaluados mediante evaluaciones de ecotoxicidad, impacto y riesgo. Agua 14, 3237 (2022).

Artículo CAS Google Scholar

Naciones Unidas: El desarrollo sostenible en Nigeria. https://nigeria.un.org/en/sdgs/6 (consultado el 26 de diciembre de 2022).

Hatje, V. y col. Efectos interactivos emergentes del cambio climático y los contaminantes en los ecosistemas costeros y oceánicos. Frente. Marzo ciencia. 9, 936109 (2022).

Artículo de Google Scholar

Ciszewski, D. & Grygar, TM Una revisión del almacenamiento y removilización de contaminantes de metales pesados ​​relacionados con inundaciones en los sistemas fluviales. Contaminación del agua, el aire y el suelo. 227, 239 (2016).

Artículo ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Lwasa, S., Buyana, K., Kasaija, P. & Mutyaba, J. Escenarios de adaptación y mitigación en África urbana con un calentamiento global de 1,5 °C. actual. Opinión. Aprox. Sostener. 30, 52–58 (2018).

Artículo de Google Scholar

Aich, V. y col. Comparación de los impactos del cambio climático en el caudal de cuatro grandes cuencas fluviales africanas. Hidrol. Sistema Tierra. Ciencia. 18, 1305-1321 (2014).

ADS del artículo Google Scholar

Delorenzo, ME Impactos del cambio climático en la ecotoxicología de los contaminantes químicos en los organismos estuarinos. actual. Zoológico. 61, 641–652 (2015).

Artículo CAS Google Scholar

Rothwell, JJ, Evans, MG, Daniels, SM y Allott, TEH Concentraciones de metales de flujo base y flujo de tormenta en arroyos que drenan páramos de turba contaminados en el Parque Nacional Peak District (Reino Unido). J. hidrol. 341, 90-104 (2007).

ADS del artículo Google Scholar

Wu, Q., Qi, J. & Xia, X. Variaciones a largo plazo en los metales pesados ​​de los sedimentos de un reservorio con estados tróficos cambiantes: implicaciones para el impacto del cambio climático. Ciencia. Medio ambiente total. 609, 242–250 (2017).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Ramachandran, S. y col. Influencia de la salinidad y las especies de peces en la absorción de HAP del petróleo crudo disperso. Mar. Contaminación. Toro. 52, 1182-1189 (2006).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Acosta, JA, Jansen, B., Kalbitz, K., Faz, A. y Martinez-Martinez, S. La salinidad aumenta la movilidad de los metales pesados ​​en los suelos. Quimiosfera 85, 1318-1324.

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Leal Filho, W. et al. Influencias del cambio climático y la variabilidad en los ecosistemas estuarinos: un estudio de impacto en países seleccionados de Europa, América del Sur y Asia. En t. J. Medio Ambiente. Res. Salud Pública 19, 585 (2022).

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Herbert, ER et al. Una perspectiva global sobre la salinización de los humedales: consecuencias ecológicas de una amenaza creciente a los humedales de agua dulce. Ecosfera 6, 206 (2015).

Artículo de Google Scholar

Mikhailov, VN & Isupova, MV Hipersalinización de estuarios fluviales en África occidental. Recurso Acuático. 35, 367–385 (2008).

Artículo CAS Google Scholar

Mengistu, DA Implicaciones para la salud pública de los metales pesados ​​en los alimentos y el agua potable en Etiopía (2016 a 2020): revisión sistemática. BMC Salud Pública 21, 2114 (2021).

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Maigari, AU, Ekanem, EO, Garba, IH, Harami, A. & Akan, JC Evaluación de riesgos para la salud por exposición a algunos metales pesados ​​seleccionados a través del agua potable de la presa Dadinkowa y el río Gombe Abba en el estado de Gombe, noreste de Nigeria. Mundo J. Anal. Química. 4, 1-5 (2016).

CAS Google Académico

Chukwu, I. El delta del Níger requiere un centro de especialistas en cáncer debido a la quema de gas detectada en la prevalencia de la leucemia, día hábil de noviembre de 2022. https://businessday.ng/news/article/niger-delta-requires-cancer-specialist-centre-as- La quema de gas en la prevalencia de la leucemia /.

Yang, Y. et al. Nivel urinario de níquel y leucemia aguda en niños chinos. Toxico. Indiana Health 24, 603–610 (2008).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Chunhabundit, R. Exposición al cadmio y riesgo potencial para la salud por alimentos en áreas contaminadas, Tailandia. Toxico. Res. 32, 65–72 (2016).

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Mondal, B. y col. Análisis de metales pesados ​​cancerígenos en cálculos biliares y su papel en la carcinogénesis de la vesícula biliar. J. Gastrointest. Cáncer 48, 361–368 (2017).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Reglamento Ambiental Nacional (Control de Calidad de Aguas Superficiales y Subterráneas). Law Nigeria Admin el 18 de agosto de 2020. https://standards.lawnigeria.com/2020/08/18/national-environmental-surface-and-groundwater-quality-control-regulations-2010/ (consultado en noviembre de 2022) (2010) .

Criterios nacionales recomendados de calidad del agua de la USEPA: tabla de criterios de vida acuática. https://www.epa.gov/wqc/national-recommended-water-quality-criteria-aquatic-life-criteria-table#table (consultado en diciembre de 2022).

Descargar referencias

Los autores agradecen al personal técnico del Centro de Monitoreo de la Contaminación Marina y Seguridad de los Productos del Mar, Universidad de Port Harcourt, Nigeria (Sr. Loveday Nwachukwu), Instituto Nigeriano de Oceanografía e Investigación Marina, Lagos, Nigeria (Sr. Shelle Rod), y Biología de Sistemas Acuáticos. Unit, Universidad Técnica de Munich, Alemania por su trabajo de campo y asistencia de laboratorio. Además, se agradece al Sr. Monday Nwanchor y al Sr. John Nweze por su ayuda en la recolección de muestras.

Esta investigación fue financiada por DAAD (Servicio Alemán de Intercambio Académico) (91769443) y patrocinada por BMBF (Ministerio Federal de Educación e Investigación).

Departamento de Biología, Facultad de Ciencias Biológicas, Universidad Federal Alex Ekwueme Ndufu-Alike, PMB 1010, Abakaliki, Nigeria

Ihuoma N. Anyanwu

Unidad de Biología de Sistemas Acuáticos, Facultad de Ciencias de la Vida TUM, Universidad Técnica de Múnich, Muehlenweg 22, 85354, Freising, Alemania

Sebastian Beggel y Jürgen Geist

Departamento de Biología Animal y Ambiental, Facultad de Ciencias, Universidad de Port Harcourt, PMB1023, Choba, Nigeria

Francisco D. Sikoki

Instituto de Investigaciones Marinas y Pesqueras de Kenia, PO Box 81651, Mombasa, Kenia

Eric O. Okuku

Instituto Nigeriano de Oceanografía e Investigación Marina, Isla Victoria, PO Box 74304, Lagos, Nigeria

Juan Pablo Unyimadu

También puedes buscar este autor en PubMed Google Scholar.

También puedes buscar este autor en PubMed Google Scholar.

También puedes buscar este autor en PubMed Google Scholar.

También puedes buscar este autor en PubMed Google Scholar.

También puedes buscar este autor en PubMed Google Scholar.

También puedes buscar este autor en PubMed Google Scholar.

INA: Conceptualización, Metodología, Investigación, Análisis formal, Redacción—borrador original, Administración de proyectos, Adquisición de fondos. SB: Análisis principal, Redacción: borrador original, Revisión y edición de expertos. FDS: Supervisión de Proyectos. EOO: Recursos. J.-PU: Recursos, Colecciones de muestras. JG: Conceptualización, Supervisión, Revisión de expertos y edición.

Correspondencia a Ihuoma N. Anyanwu.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

Springer Nature se mantiene neutral con respecto a reclamos jurisdiccionales en mapas publicados y afiliaciones institucionales.

Acceso Abierto Este artículo está bajo una Licencia Internacional Creative Commons Attribution 4.0, que permite el uso, compartir, adaptación, distribución y reproducción en cualquier medio o formato, siempre y cuando se dé el crédito apropiado al autor(es) original(es) y a la fuente. proporcione un enlace a la licencia Creative Commons e indique si se realizaron cambios. Las imágenes u otro material de terceros en este artículo están incluidos en la licencia Creative Commons del artículo, a menos que se indique lo contrario en una línea de crédito al material. Si el material no está incluido en la licencia Creative Commons del artículo y su uso previsto no está permitido por la normativa legal o excede el uso permitido, deberá obtener permiso directamente del titular de los derechos de autor. Para ver una copia de esta licencia, visite http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Reimpresiones y permisos

Anyanwu, IN, Beggel, S., Sikoki, FD et al. Contaminación del Delta del Níger con hidrocarburos totales de petróleo, metales pesados ​​y nutrientes en relación con la dinámica estacional. Representante científico 13, 14079 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-40995-9

Descargar cita

Recibido: 30 de marzo de 2023

Aceptado: 20 de agosto de 2023

Publicado: 28 de agosto de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-40995-9

Cualquier persona con la que comparta el siguiente enlace podrá leer este contenido:

Lo sentimos, actualmente no hay un enlace para compartir disponible para este artículo.

Proporcionado por la iniciativa de intercambio de contenidos Springer Nature SharedIt

Al enviar un comentario, acepta cumplir con nuestros Términos y pautas de la comunidad. Si encuentra algo abusivo o que no cumple con nuestros términos o pautas, márquelo como inapropiado.