Dendroquímica

La dendroquímica es un método de biomonitoreo del medio ambiente basado en el hecho de que los anillos de crecimiento de los árboles han registrado en su formación parte de la contaminación del medio ambiente. Algunos de estos contaminantes no son degradables (metales pesados y metaloides) o tienen una larga vida útil; pueden ser absorbidos por el árbol en forma gaseosa, particulada y / o disuelta (es decir, iónica); La madera viva (luego muerta) absorbe y almacena algunos de los metales y minerales que el árbol ha capturado en el agua, aire y / o suelo que lo alimentan a lo largo de su vida, a través de sus raíces y hojas, y en menor medida a través de la corteza y el suber . Este stock interno se forma en mayor o menor cantidad según la especie y edad del árbol, y según el contexto ambiental.
En zonas frías a templadas , durante todo el período de crecimiento del árbol (a veces varios siglos), cada año se produce un nuevo anillo, que absorbe y retiene algunos de los minerales y contaminantes capturados por el árbol durante el año (y los meses anteriores a través de el ladrido). Salvo en unas pocas especies, en la madera de un árbol vivo y sano o en la madera seca de una viga o tabla vieja, estos productos migran muy poco de un anillo a otro, o anillos ya formados hacia el suber o la corteza, lo que convierte a las ojeras en un archivo ambiental potencialmente explotable años o milenios después de su formación.

Problemas ambientales y de salud pública

la dendroquímica , evalúa alguna contaminación del medio ambiente (agua, aire, suelo) y su evolución en el tiempo sin contar décadas a milenios, convirtiéndola en una herramienta para la historia y la historia ambiental ;
La dendrocronología permite conocer algunas contaminaciones pasadas, incluido el metal radiactivo y el beneficio de los estudios epidemiológicos ;
La dendroquímica puede ser útil en la gestión de riesgos. Por ejemplo: la corteza y el suber (parte periférica del tronco ubicada justo debajo de la corteza) constituyen solo una pequeña parte del tronco de un adulto, pero a menudo es la parte más "contaminada" por metales. Sin embargo, esta parte del árbol no se utiliza en madera, lo que la convierte en un desperdicio para esta industria. Se puede utilizar para producir " mantillo " (que, si el árbol proviene de un área contaminada, liberará contaminantes al descomponerse) o, a veces, como leña (de mala calidad porque deja muchas cenizas , además a menudo muy contaminadas por metales).
Conocer y gestionar mejor los riesgos ecológicos y los riesgos para la salud que plantea el uso descuidado de la corteza, el suber o la madera contaminada es, por tanto, un problema, especialmente para los árboles urbanos viejos, o aquellos que han crecido cerca de carreteras o zonas industriales o expuestas a la guerra. contaminación.
La dendroquímica puede arrojar luz sobre ciertos problemas ecoepidemiológicos : cuando el árbol contaminado envejece y es atacado por insectos xilófagos o insectos y otros organismos saproxilófagos ), dependiendo de la profundidad de vida de las larvas de insectos, hongos y bacterias en la madera, estos Los organismos podrán bioacumular metales tóxicos (por ejemplo, arsénico en campos de golf que han utilizado este producto como plaguicida durante décadas). Los pájaros (pájaros carpinteros) que se alimentan de tales árboles senescentes, envenenan a sus crías alimentándolos; se encuentran en una trampa ecológica .
Esta madera debe usarse con cuidado y quemarse en instalaciones equipadas con filtros adecuados, es decir capaces de capturar metales y metaloides de los vapores y humos de combustión. Su ceniza también estará contaminada.

Ladrar

La corteza de los árboles adsorbe y acumula varios contaminantes (provenientes de la deposición húmeda y seca).

Esta propiedad ha sido utilizada con éxito por numerosos estudios de contaminación, incluso en entornos áridos (p. Ej., En Jordania, donde se disponía de corteza de ciprés ( Cupressus sempervirens ).

La corteza a menudo refleja muy bien la contaminación local del medio ambiente por un contaminante (así, Heichel y Hankin, 1972) mostraron que la composición isotópica del plomo microparticulado integrado en la corteza era idéntica a la del aditivo de plomo en la gasolina. Según Barnes et al. (1976), los metales están más concentrados en las capas superficiales del exterior de la corteza, en comparación con las capas internas de la corteza. Y el contenido también puede variar según la altura a lo largo del tallo o tronco.

Dependiendo del tipo de corteza (que varía mucho según la edad y la especie), el nivel de partículas que se encuentran en la corteza varía considerablemente (por ejemplo, en un factor de 1 a 10 en solo 7 especies analizadas en la cubeta de Grenoble en Francia); En este contexto, el álamo negro ( Populus nigra ) contenía la mayor parte y Paulownia ( Paulownia imperialis ) la menos notada Mickaël Catinon en 2010.

Suber

El suber es la parte viva más externa de la corteza y el árbol.
También es el tejido generalmente el más contaminado, en particular porque contiene (durante varias décadas) los metales absorbidos por las raíces y hojas ... además de una parte de los que se depositan en la corteza (más o menos naturalmente ácidos) dependiendo de la especie o acidificado por la contaminación atmosférica).

Una corteza naturalmente ácida (o acidificada por SOx y / o NOx) hace que los metales que encuentra sean más biodisponibles, incluso para sublecimiento. Un experimento que consistió en exponer un abeto a la fumigación con azufre (en forma de SO2 , un contaminante del aire común en áreas donde se queman hidrocarburos fósiles, combustibles pesados y combustibles diesel en particular) mostró que el azufre se acumula fácilmente en la corteza y luego puede fuertemente acidificarlo (produciendo ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ), la mayor parte del cual reaccionará con el calcio para formar yeso (CaSO 4 ). Kreiner & Härtel en 1986 concluyeron a partir de este experimento que la conductancia y el contenido de sulfato de los extractos de corteza representan y memorizar una integración de azufre antropogénico que cubra un período "considerable".

La tesis de Mickael Catinon (2010) mostró que en ramas y cortezas, la deposición atmosférica seca y húmeda influye directamente en el contenido de contaminantes del suber subyacente, pero con una cronología escalonada, porque la deposición superficial es en realidad un " ecosistema construido sobre un biotopo alimentado conjuntamente por la atmósfera y por el propio árbol ", que comprende" una fase viva reviviscente y en parte fotosintética " ; y además periódicamente lavada y desplazada por la lluvia y la escorrentía meteórica de agua. No obstante, el suber subyacente absorberá y almacenará y, por lo tanto, “memorizará” parte de este depósito.

Madera

Si los metales tóxicos parecen fijarse rápidamente en la madera y estos anillos (hasta que la madera se descompone), este no es el caso de los cationes de micronutrientes vitales como: Ca, Mg, Mn y K que se encuentran en la corteza y los anillos. , pero siendo mucho menos "pasivo" grabado allí.

Parecen poder recircular, por ejemplo, durante la maduración de la albura del duramen, e interfieren mucho más en la vida del árbol (clima, lesiones, enfermedades, etc.). Por tanto, la interpretación dendroquímica de sus variaciones en la madera debe ser muy cuidadosa.

Historia científica

Esta forma de retroceder en el tiempo se desarrolló principalmente en la década de 1970 cuando se demostró en particular que la gasolina con plomo dejaba rastros anuales en la madera. Le animó el hecho de que los árboles estén presentes en gran parte del mundo, incluso en las ciudades, en los patios de las escuelas o en los jardines. Su corteza, suber o anillos pueden registrar información sobre el pasado del árbol y su entorno, y el mismo árbol puede usarse varias veces en su vida. El método parece ideal para rastrear contaminantes no degradables como metales o metaloides.

El caso especial del mercurio

Al ser altamente tóxico , es interesante poder rastrear la contaminación por este metal. Además, la madera contaminada con mercurio no debe quemarse ni calentarse, ya que inhalar vapor de mercurio es mucho más tóxico que ingerir mercurio líquido .

Como el mercurio (Hg) es el único metal líquido y volátil a temperatura ambiente en la tierra, se temía que los anillos de los árboles no pudieran acumularlo o almacenarlo de manera deficiente; Sin embargo, desde la década de los noventa sabemos que este metal tan tóxico puede depositarse y acumularse en determinadas zonas boscosas, y que allí el mercurio es absorbido por los árboles.
Se demostró en 2014 que se puede buscar y encontrar en los anillos de pinos donde se guarda, este trabajo ha confirmado que el nivel de mercurio está disminuyendo en América del Norte a lo largo de un gradiente que va de la costa a la costa. Interior (con 5.7 ng / g en la costa de California, cayendo a 1,2 ng / g tierra adentro en Nevada). Este trabajo también confirmó que los anillos de madera también registran los efectos de las fuentes locales de mercurio y que las concentraciones globales aumentan con el tiempo.

Un estudio (2010) realizado en áreas contaminadas y sitios de referencia (no contaminados) alrededor de Kingston (Ontario) buscó mercurio total (HgT) en arces ( Acer spp.), Robles ( Quercus spp.), Álamos ( Populus spp.) Y sauces ( Salix spp.).
Los niveles de HgT en la corteza y la madera estaban fuertemente correlacionados, a diferencia de las concentraciones en el suelo y la madera. Las especies ribereñas ( riberas y bosques ribereños ) estudiadas (sauces y álamos en este caso) tenían los niveles más altos de mercurio en la corteza y en la madera (hasta 18 ng / g, significativamente más alto que para los árboles. Tierra adentro (robles y arces) que no excedieron los 7 y 1,2 ng / g de mercurio para la corteza y la madera, respectivamente. El estudio encontró que los troncos de los árboles no son biomonitores. Los valores temporales de HgT, pero que especies como los álamos y los sauces "son prometedores como indicadores espaciales de contaminación local por mercurio a largo plazo ".

Otros estudios han demostrado una correlación del contenido de Hg de las ojeras y los líquenes que viven cerca. Han hecho posible con los chopos reconstruir la variación temporal de la contaminación de un sitio por mercurio "acuático" o han demostrado que la contaminación por mercurio de minas o fundiciones es "memorizada" por los árboles.

La investigación aún tiene que aclarar la variación en la sensibilidad de las muestras de anillos de árboles según la especie y la edad, como datos indirectos sobre las concentraciones de Hg en la atmósfera. Según Whright & al; (2014) los anillos de los árboles son registradores pasivos de Hg atmosférico durante largos períodos (varios siglos, o incluso varios milenios con una precisión de alrededor de 5 años para la datación retrospectiva).

Condiciones de viabilidad

Sin embargo, debido a ciertos factores limitantes, el uso de la dendroquímica requiere varias condiciones:

la disponibilidad de árboles lo suficientemente viejos como para haber registrado los eventos buscados;
La elección de la gasolina debe ser relevante (una gasolina con baja contaminación radial entre anillos, cenizas , por ejemplo) y capaz de bioacumular el contaminante (buscado o sospechado, si el estudio tiene como objetivo un contaminante en particular);
El contaminante deseado no debe poder degradarse en la madera (o su producto de degradación debe ser estable y fácil de identificar);
el metal o contaminante deseado debe estar biodisponible (por lo tanto, un suelo muy calcáreo puede contener una cantidad anormalmente alta de plomo y poco o nada de liberación hacia los árboles); poco de él se encuentra en la madera, a menos que esté en funcionamiento un proceso de acidificación donde el árbol crece o cerca de él;
es útil tener “árboles de control” (no contaminados y que hayan crecido en un ambiente comparable) para distinguir claramente los efectos de la contaminación de los efectos relacionados con peligros climáticos o fitosanitarios;
El corte de las muestras debe realizarse con un láser en lugar de un bisturí, porque las hojas muy afiladas pueden dejar importantes rastros de metales en la madera (níquel en particular, que luego contamina la muestra);
tener un buen conocimiento del pH del suelo y, si es posible, de su historia. Para la mayoría de los metales (plomo y cadmio en particular), el pH del suelo juega un papel importante en su biodisponibilidad: cuanto más ácido sea el suelo, más fácilmente el árbol absorberá estos 2 metales. Si el suelo también está más aireado (medio oxidante), los metales se absorberán aún más fácilmente que en un medio reductor;
Finalmente, cuanto más nos acercamos al ecuador, menos visibles son los anillos (a veces completamente ausentes), pero no obstante se desarrollan enfoques similares a la dendrocronología, por ejemplo, basándose en el nivel de calcio de la madera del árbol Miliusa velutina que varía en una rodaja o "zanahoria" del tronco como anillos de crecimiento.
Para los análisis históricos, al cruzar datos dendroquímicos y dendrométricos, también es necesario tener en cuenta que los anillos de crecimiento tienden a ensancharse con el calentamiento global (si el árbol no carece de agua) y a disminuir durante los períodos fríos, como se ha venido haciendo. mostrado en los Vosgos a partir del análisis dendrohronológico de abeto plateado ( Abies alba Miller ), hacer 196 parcelas

¿Qué elección de especies?

¿Madera dura o blanda? Estos dos tipos de árboles han sido probados y utilizados por dendroquímica.
Según Rasmussen (1978) los niveles de metales integrados en las células del árbol son más altos en la corteza de los árboles de hoja caduca que en las coníferas , pero dentro de cada grupo, algunas especies capturan mejor que otras metales u otros contaminantes.

Se ha demostrado que los anillos de crecimiento del abeto común ( Picea abies L., una especie bastante distribuida en el planeta) son eficaces como un posible registro geoquímico e histórico, por ejemplo, para un estudio de la contaminación del aire por plomo entre 1960 y 1990 en 3 sitios en la República Checa. Los abetos cercanos a la fuente de contaminación estaban muy cargados de plomo, con un historial de contaminación conservado por anillos de crecimiento, mientras que los abetos que vivían a 150 km de áreas contaminadas en un parque nacional estaban totalmente "limpios" y el estudio mostró que en un área de turberas ombrotróficas (es decir, de secano), el plomo geológico del lecho rocoso estaba casi ausente del xilema (de lo contrario, podría haber sido un factor de confusión). Y a 5 km de las centrales eléctricas de carbón , las piceas contenían una gran proporción de plomo (Pb) del carbón, como lo demuestra su relación isotópica (alta relación de 206 Pb / 207 Pb de 1,19).

Usos del análisis de ojeras

Para los historiadores

Los picos anormales de ciertos minerales (por ejemplo, fósforo) en los anillos de madera antiguos pueden revelar antiguas explosiones volcánicas y ayudar a fecharlas con mayor precisión a través de la dendrocronología , por ejemplo, la erupción del Monte Hood, un estratovolcán ubicado en el norte del estado de Oregón, EE. UU. La última erupción de la cual podría fecharse en 1781.

Reconstruir eventos de contaminación de aguas superficiales.

Como las raíces de los árboles se alimentan en parte del agua de la capa freática superficial, la dendroquímica también puede rastrear la contaminación de estas capas freáticas. Puede rastrear contaminantes distintos de los metales. Por ejemplo, también se han cuantificado disolventes clorados en anillos de madera, en un antiguo emplazamiento industrial en Verl (Alemania) para reconstruir el pasado de contaminación de aguas subterráneas, destacando entre 1900 y 2010 ) varios episodios de contaminación por disolventes clorados. El cloro también puede provenir de la sal para carreteras. En caso de combustión de esta madera o de incendio, este cloro puede producir dioxinas y furanos.

Para bioindicación

La dendroquímica es una de las herramientas de la bioindicación general, utilizada por ejemplo para la ecología retrospectiva, ecotoxicología, evaluación ambiental o en salud ambiental y bioindicación, además del "fitocribado" que le interesa, más bien para la contaminación reciente (total o parcial) de las plantas. A veces también se utiliza para buscar posibles causas ambientales de epidemias de enfermedades no infecciosas (por ejemplo, leucemia).

En epidemiología o ecoepidemiología

Como ejemplo del uso de la dendroquímica en el campo de la salud ambiental:

La prevalencia de determinadas enfermedades respiratorias pediátricas se ha relacionado con la evolución local de la contaminación, tal como la “memoriza” la corteza del fresno (Fraxinus pennsylvanica), en el marco de un ensayo de biomonitoreo de oligoelementos realizado en 10 sitios diferentes cercanos a la asistencia sanitaria centros de la ciudad de Córdoba, (Argentina) Se separaron varios “factores”: 1) contaminación industrial, partículas del suelo, 3) contaminación de automóviles, que podrían estar asociados respectivamente a 1) aumento del riesgo alérgico, 2) rinitis alérgica, 3 ) infecciones respiratorias. Los autores concluyen que el análisis de corteza se puede utilizar para realizar un biomonitoreo de la exposición humana a ciertos contaminantes del aire.

Han aparecido casos inexplicables de grupos de leucemia infantil en los Estados Unidos (incluso en Fallon , Sierra Vista y Elk Grove ). Para intentar explicarlos, un estudio midió los metales y metaloides "archivados" en los anillos de los árboles durante su crecimiento ( dendroquímica ), con el fin de saber si estos niños o sus padres habían estado expuestos de forma anormal y reciente a un metal o metaloide ( o muchos).
El único punto común significativo entre los 3 grupos más importantes, para los niveles de oligoelementos metálicos en la madera de los árboles de todos los sitios en cuestión (entre los muchos elementos medidos), fue un aumento en el nivel de tungsteno a lo largo de los años. (duplicando en un caso).
Un estudio de los CDC de tejido humano de residentes de Fallon confirmó altos niveles de tungsteno y un estudio del USGS sobre el agua potable de la ciudad también mostró un alto contenido de tungsteno. El aire exterior filtrado en Sierra Vista también contenía más tungsteno que en varias áreas vecinas (sur de Arizona). Varios estudios han demostrado al menos un posible vínculo entre el tungsteno y la leucemia (o el cáncer en general).

Principios tecnicos

El método se basa en la posibilidad ( al menos desde la década de 1970 ) de analizar los contenidos de cada anillo de árboles en la madera y, gracias a la dendrocronología, de atribuirlos a un período del pasado.

Así, en la década de 1970, la corteza y el suber contenían mucho plomo de gasolina con plomo (micropartículas de 3 a 13 µm). Una pequeña parte de este plomo persiste entonces en los anillos del bosque de árboles que crecen en zonas templadas y frías.

Los anillos viejos no son de interés para el seguimiento de contaminantes muy degradables, muy volátiles o con alta desintegración radiactiva (yodo de Chernobyl) por ejemplo, pero memorizan muy bien, además de pistas meteorológicas (anillos más delgados o incluso casi ausentes. Secos o muy años secos) algunos episodios pasados de contaminación del aire, el agua y / o el suelo. Por el contrario, el análisis de la corteza y los depósitos en la corteza puede proporcionar información adicional sobre la contaminación actual o reciente.

Dendroquímica, dendrogeoquímica, dendrobiogeoquímica ...

En la mayoría de las áreas boscosas, el árbol normalmente absorbe de forma natural pocos metaloides o metales pesados tóxicos a través de sus raíces. Por otro lado, en ambientes muy contaminados pueden concentrarse. Asimismo, en ambientes acidificados, los metales son muy “bioasimilables” y los árboles pueden acumularlos (a veces hasta el punto de morir o, más a menudo, de hacer que su futura madera muerta sea tóxica o una fuente de contaminación de la cadena alimentaria. A través de las larvas de saproxilófagos. insectos y hongos en descomposición que concentrarán estos metales). La contaminación puede remontarse a décadas o siglos.

Los anillos de un árbol vivo o muerto, con el paso de los años, acumulan y fijan varios contaminantes, incluidos metales pesados (p. Ej., Plomo), metaloides (p. Ej., Arsénico) y radionulidas que el árbol ha podido adquirir a través de sus hojas. su corteza o especialmente a través de sus raíces, que generalmente están conectadas a una vasta red de micelio que les permite capturar nutrientes (o contaminantes si es necesario) hasta varias decenas de metros alrededor de la base del árbol y, a veces, en profundidad. Excepcionalmente, las raíces también pueden infiltrarse en las alcantarillas o los depósitos de sedimentación y capturar directamente nutrientes y / o diversos contaminantes.

Método

Utilizamos, por ejemplo, trozos de corteza y núcleos de madera tomados a 1,30 m en el tronco, para rastrear la contaminación antigua, mediante mediciones microelementales y luego realizadas en el laboratorio mediante técnicas de espectrometría que permiten una medición semi-precisa. gama de elementos, junto con una interfaz de imagen ( microscopio electrónico de barrido ). En el laboratorio, los anillos pueden separarse cuidadosamente entre sí y analizarse uno por uno para reconstruir la contaminación pasada.Este método puede permitir seguir varios contaminantes o interesarse por un contaminante o un evento en particular (por ejemplo, para trazas de contaminación, por cromo hexavalente, altamente tóxico.

Anillos de los árboles y acidificación: el estudio retrospectivo de los anillos de los árboles puede proporcionar información confiable sobre la fecha del inicio de la acidificación del sitio donde creció el árbol, sobre el impacto biogeoquímico del evento que está en el origen de la acidificación, y - si se dispone de un número importante de muestras: la forma del curso temporal de la acidificación. A principios de la década de 2000, se desarrollaron indicadores dendroquímicos de variaciones espacio-temporales en la acidez de los ambientes forestales.

Otras contaminaciones: De esta manera hemos podido demostrar que la corteza, los anillos o los tocones de árboles viejos pueden perfectamente haber "memorizado" viejas contaminaciones, y en sus anillos han retenido un "calendario" de las variaciones de contaminación del aire. (por ejemplo, plomo de la gasolina). Los eventos memorizados pueden remontarse a décadas, siglos o milenios;

Varios estudios han demostrado que la contaminación del aire, el suelo o las aguas superficiales "marca" los árboles de forma permanente. Por ejemplo :

el plomo acumulado en los anillos formados en los años 1960-1970 y luego desapareciendo gradualmente en los anillos más jóvenes, luego de la prohibición del tetraetilo de plomo como aditivo de la gasolina, marca la historia de la formulación de este combustible. Nota: el fenómeno es muy claro en árboles urbanos, en bordes de caminos o carreteras, o cerca de gasolineras, lo que ha confirmado que esta contaminación es muy marcada geográficamente.
El drenaje ácido de minas (AMD) o drenaje de minas rocosas (DRA) es una fuente de contaminación: el drenaje ácido se deriva de la oxidación del hierro y el azufre contenidos en los minerales sulfurados recién actualizados. Por lo general, se produce como resultado de las actividades mineras, por carretera, por ferrocarril o por construcción de canal, u otras formas de excavación, voladura o después de la reutilización de residuos de roca rica en azufre, o como resultado de un terreno deslizamiento de tierra. , Un colapso acantilado, un deslizamiento de tierra en un abismo, etc.). Esta oxidación produce ácido sulfúrico puro. Este ácido disuelve los metales, acidifica el agua y promueve en gran medida la transferencia, a veces rápida, de metales potencialmente muy tóxicos al medio ambiente cerca o aguas abajo de un curso de agua. Estos contaminantes se absorben y almacenan en los anillos de los árboles que viven o sobreviven allí; la Dendrogeochemistry se ha utilizado en Canadá en el abeto negro (Picea mariana (Mill.) como espacio-tiempo legado minero indicador. Ayudó en los árboles retrospectiva han comenzado a crecer a principios del XX ° siglo para reconstruir la causa y la historia evolutiva de la contaminación por ARD tras la construcción en la década de 1970 de una carretera (Dempster Highway) en un paisaje de rocas ricas en azufre. Estos anillos también podrían compararse con los de los árboles que crecen en el mismo entorno pero lejos de la carretera. Los autores señalan que el cobre se mantuvo estable en los anillos de la madera, pero que en los árboles que crecieron en la zona de drenaje ácido, los contenidos de Ni, Zn, As, Sr, Cd y Pb aumentaron muy rápidamente en los anillos, antes de disminuir durante varias décadas. El estudio también mostró que estos árboles ralentizaron su crecimiento anual y que su mortalidad aumentó en comparación con los árboles ubicados en el exterior. zo sin drenaje ácido. Estos metales se liberarán décadas o siglos después, cuando la madera se descomponga o se queme.

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Ver también

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