¡ L o s e l e m e n t o s q u í m i c o s s o n l a

m a t e r i a p r i m a d e l a V i d a ! N O T A D E L

E D I T O R

Este Boletín constituye un

proyecto divulgativo del Ob-

servatorio Colombiano de

Geología Médica y Forense.

Tiene como objeto informar

sobre los aspectos teóricos,

avances y novedades de

estas disciplinas, en Colom-

bia y el mundo.

A partir de este tercer número

hablaremos de los elementos

químicos y su relación con la

Geología Médica y Forense.

Las palabras subrayadas son

enlaces donde se amplia la

información. Al hacer click

sobre las fotografías se irá al

sitio web de donde fueron

tomadas.

C O N T E N I D O :

ELEMENTOS QUÍMICOS 1

Distribución natural y

abundancia 1

Importancia en la salud 3

Elementos, actividad

volcánica y salud 5

Su aporte a la Geología

forense 8

Reseña biográfica 10

D I S T R I B U C I Ó N N A T U R A L Y

A B U N D A N C I A

MICROSOFT

Número 3. DICIEMBRE de 2015

GEOLOGÍA CON VISIÓN SOCIOAMBIENTAL

La Diversidad biológica y geológica es la característica de un ambiente sostenible y saludable

Las regiones caracterizadas por diferentes unidades rocosas y materiales superficiales, en áreas

afectadas por glaciaciones recientes, desarrollan variados paisajes que soportan diferentes

ecosistemas .

Los suelos son claves en la distribución elemental porque

Soportan, directa e indirectamente, la mayor parte de vida terrestre en el Planeta.

Interactúan con la precipitación cuando esta se mueve de la superficie al subsuelo.

Se desarrollan por la interacción de la roca sólida o del material no consolidado, el clima y

otros procesos biológicos y físicos.

Permiten la redistribución vertical de los elementos.

Fuente: (Selinus, et. al, 2005. Traducido por Ana María Rojas).

Los elementos más comunes en las células son el hidrogeno (59%), el Oxígeno (24%), el Carbón (11%),

el Nitrógeno (4%), Fósforo y Azufre (2%).

El 99% del cuerpo humano está compuesto por hidrógeno, carbono, nitrógeno y oxígeno llamados

elementos mayores. El sodio, el magnesio, el fósforo, el azufre, el cloro, el potasio y el calcio son los

elementos menores. Los elementos traza son aquellos cuyas concentraciones son menores de 100 mg/

kg.

Existen elementos esenciales para la vida que se caracterizan por (Olivares & Bueno):

La ingesta insuficiente provoca deficiencias funcionales, reversibles si el elemento vuelve a estar

en las concentraciones adecuadas.

En su ausencia el organismo no crece ni completa su ciclo vital.

Influye directamente en el organismo y está involucrado en sus procesos metabólicos.

El efecto de dicho elemento no puede ser reemplazado por ningún otro elemento.

Los elementos esenciales para la vida animal, incluyendo peces y camarones son (FAO):

Macroelementos Calcio Magnesio Sodio Potasio Fósforo Cloro Azufre

Cobalto Níquel Estaño Selenio Hierro Vanadio Cobre Elementos traza

Flúor Manganeso Molibdeno Silicio Zinc Cromo Yodo

C o n c e n t r a c i o n e s e l e m e n t a l e s

n a t u r a l e s

P á g i n a 2

No hay un nivel base natural para ningún material sólido terrestre debido a que la tierra no es homogénea.

Las concentraciones naturales determinan la química de las rocas y los materiales superficiales, incluyendo los suelos y los sedimentos de los ríos y lagos, y los tejidos biológicos.

Las diferencias entre los valores naturales son el resultado de los procesos formadores del paisaje, los cuales están influenciados por la geología subyacente.

Las concentraciones naturales de los elementos proveen la reserva necesaria de elementos químicos esenciales para los procesos biológicos.

A algunos pocos elementos como el Mercurio, el Plomo y el Talio no se les conoce su importancia biológica; por el contrario, en altas concentraciones pueden ser tóxicos e incluso mortales para la biota.

La vida en el planeta se desarrollo en presencia de los 97 elementos naturales que constituyen la tabla periódica. Fuente: (Selinus, et. al, 2005. Traducido por Ana María Rojas).

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L o s e l e m e n t o s q u í m i c o s y s u i m p o r t a n c i a p a r a l a

g e o l o g í a m é d i c a y f o r e n s e

Mercurio Talio

P á g i n a 3 N ú m e r o 3 . D I C I E M B R E d e 2 0 1 5

Diversidad química de los materiales superficiales

Se debe a la composición de los minerales individuales que forman las rocas.

Los minerales raramente son puros. Comúnmente están contaminados con un amplio rango de otros elementos, presentes en concentraciones muy pequeñas denominadas “trazas”.

Las propiedades de los minerales son llevadas a otros materiales mediante los procesos de erosión, meteorización y formación de suelos, y son transferidas, en diversos grados, a las aguas que pasan a través de los materiales sólidos.

Fuente: (Selinus, et. al, 2005. Traducido por Ana María Rojas).

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ENLACES DE INTERE S

El enlace de las imágenes Superiores te

llevara a videos sobre la erosión y

meteorización.

La imagen inferior izquierda te llevará aun

video sobre la formación del suelo y la

derecha a un enlace sobre la erosión

causada por el agua.

S u i m p o r t a n c i a

e n l a s a l u d

Todos los organismos vivos sintetizamos las proteínas, los ácidos nucleicos, los fosfolípidos y muchas de las pequeñas moléculas de los cuales dependen

nuestras funciones vitales.

La salud y bienestar de los organismos también dependen de su capacidad para obtener, de un ambiente químico externo, un número de compuestos que no pueden sintetizar en una cantidad suficiente, para suplir sus necesidades.

Fuente: (Selinus, et. al, 2005. Traducido por Ana María Rojas).

E l e m e n t o s e s e n c i a l e s

P á g i n a 4

Las anteriores funciones son esenciales para la vida y pueden ser afectadas por los iones de esos mismos minerales o por otros minerales ligados a ellos. En los tejidos, el valor de muchos elementos nutricionalmente esenciales tienden a estar regulados dentro de cierto rango a pesar de los variables niveles de ingesta y/o excreción.

Los elementos minerales no están distribuidos uniformemente en los diferentes tipos de comida; por ello, la nutrición mineral óptima se obtiene de dietas basadas en la mezcla de diferentes alimentos.

Las dietas monótonas, como las basadas en granos, que constituyen la base alimentaria de las poblaciones más pobres del mundo, no proveen suficiente energía, proteínas y minerales, especialmente calcio, cobre, selenio, hierro y zinc. Así mismo, el incremento de hábitos alimenticios no diversos en el mundo industrializado están asociados a la ingesta insuficiente de tales minerales.

Fuente: (Selinus, et. al, 2005. Traducido por Ana María Rojas).

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L o s e l e m e n t o s q u í m i c o s y s u i m p o r t a n c i a p a r a l a

g e o l o g í a m é d i c a y f o r e n s e

Rol fisiológico general Elementos

Huesos y estructuras de las membranas Calcio

Fósforo

Magnesio

Flúor

Agua y balance electrolítico Sodio

Potasio Cloro

Catálisis metabólica Zinc

Cobre

Selenio

Magnesio

Molibdeno

Fijación de oxígeno Hierro

Efectos hormonales Yodo Cromo

P á g i n a 5 N ú m e r o 3 . D I C I E M B R E d e 2 0 1 5

O b s e r v a t o r i o C o l o m b i a n o d e G e o l o g í a M é d i c a

E l e m e n t o s — a c t i v i d a d

v o l c á n i c a y s a l u d

Emisiones volcánicas

Las emisiones volcánicas contienen elementos tóxicos y componentes que alteran los sistemas biológicos. Estos componentes pueden ser liberados en la forma de gases volcánicos o transportados por el material que cae. Parte del material eyectado puede inducir enfermedades por desintegración radioactiva. Estas toxinas a menudo no son mortales en las erupciones volcánicas pero pueden persistir y tener un potencial de morbilidad en el largo plazo.

Fuente: (Selinus, et. al, 2005. Traducido por Ana María Rojas).

No hay una vía simple y predecible entre la salida de una toxina desde al magma hasta las

eventuales consecuencias a la salud. Fuente: (Selinus, et. al, 2005. Traducido por Ana María Rojas).

P á g i n a 6

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L o s e l e m e n t o s q u í m i c o s y s u i m p o r t a n c i a p a r a l a

g e o l o g í a m é d i c a y f o r e n s e

Proceso

volcánico

Matriz

afectada Generalidades Efecto en la salud

Atmósfera

Es la mayor causa de

morbilidad después de

las erupciones.

Puede producir efectos

de larga duración en la

salud. Las

enfermedades

respiratorias son las

más agudas y

recurrentes.

Laceraciones y fracturas por caída de rocas y enterramiento y asfixia por caídas

muy fuertes de pumita.

Abrasiones de cornea y conjuntivitis por acumulación de ceniza en el saco

conjuntival; irritación cuando se usan lentes de contacto; hinchazón de los

párpados y otros tejidos faciales alrededor de los ojos; enrojecimiento ocular;

picazón y dolor punzante.

Irritación nasofaríngea y congestión nasal; irritación de la piel, incluida la zona

axilar; erupciones en la piel.

Asma y bronquitis por absorción de partículas finas; inflamación crónica del tejido

pulmonar debido a la inhalación de sílice en un período corto; en período

prolongados se presenta fibrosis, silicosis, neumoconiosis.

Las cenizas respirables pueden tener efectos cancerígenos.

Dispersión de

piroclastos

Hidrósfera

Durante y después de la

actividad volcánica,

pueden afectar las

fuentes de agua ya sea

depositándose en ellas

o arrastrando

elementos químicos a

través de los cuerpos de

agua.

Los piroclastos absorben principalmente cloro, azufre, sodio, calcio, potasio,

magnesio y flúor. Adicionalmente contienen cantidades menores de manganeso,

zinc, cobre, bario, selenio, bromo, boro, aluminio, silicio y hierro.

El flúor es el elemento que mayor toxicidad reporta ya que es rápidamente

absorbido (90% de la ingesta) y es necesario para el desarrollo de los dientes y los

huesos. Si se consume en altas concentraciones puede ser mortal debido a que

produce falla renal, convulsiones cardiovasculares y shock.

Suelo y

comida

Los elementos tóxicos

pueden ser llevados al

suelo o a la comida por

la absorción de

piroclastos y posterior

lixiviación.

El selenio es un ejemplo de este tipo elementos, ya que puede ser emitido en

concentraciones de hasta 630 Kg/día.

En China se han reportado casos de alimentos contaminados con selenio,

probablemente asociado a flúor. Los síntomas son pérdida de cabello y uñas,

lesiones en la piel y alteraciones del sistema nervioso.

Se han reportado casos de muerte y/o contaminación de la vida acuática después

de erupciones volcánicas.

P á g i n a 7 N ú m e r o 3 . D I C I E M B R E d e 2 0 1 5

O b s e r v a t o r i o C o l o m b i a n o d e G e o l o g í a M é d i c a

Proceso

volcánico

Tipo de gas Generalidades Efecto en la salud

Asfixiante

Estos reemplazan

el oxígeno.

No tienen efectos

tóxicos directos en

el tejido biológico.

Un ejemplo de estos gases es el dióxido de carbono.

A concentraciones menores del 5% produce respiración

acelerada, incomodidad, dolor de cabeza y vértigo.

Exposición a concentraciones entre 7 y 10% por pocos

minutos, produce desmayos.

A mayores concentraciones falla el torrente sanguíneo y se

muere por acidosis.

Emisiones

de gases

volcánicos

Irritante

Incluyen los

haluros de

hidrógeno.

A bajas dosis produce irritación en ojos y garganta.

Inhalaciones de concentraciones mayores causan ulceración

del tracto respiratorio y al contacto con piel y mucosas

causa quemaduras severas y de curación lenta.

Dosis fatales causan edema pulmonar y espasmo laríngeo.

A un nivel patofisiológico, estos gases afectan el tracto

respiratorio causando inflamación en las vías aéreas

superiores y broncoconstricción.

Al respirarlos hay un gran chance de daño alveolar.

Asfixiantes

nocivos

Estos gases actúan

como asfixiantes e

irritantes.

Si efecto

metabólico es

inhibir una de los

conductores

enzimáticos del

metabolismo

Un ejemplo de estos gases es el sulfuro de hidrógeno. A

bajas concentraciones causa irritación de las membranas

mucosas y conjuntivas.

Para exposiciones cortas no se conocen efectos.

Exposiciones cortas a altas concentraciones pueden ser

fatales.

Los signos de envenenamiento son jaquecas, irritación

ocular y respiratoria, pérdida del sentido del olor y edema

Elementos

radioactivos

.

La ceniza volcánica

puede tener alto

contenido de

uranio y llevar

adheridas

partículas de

La radiación puede producir cambios químicos en las

moléculas de ADN.

El radón ha sido asociado con cáncer de pulmón.

P á g i n a 8

O b s e r v a t o r i o C o l o m b i a n o d e G e o l o g í a M é d i c a

L o s e l e m e n t o s q u í m i c o s y s u i m p o r t a n c i a p a r a l a

g e o l o g í a m é d i c a y f o r e n s e

E l e m e n t o s y g e o l o g í a

f o r e n s e

El principio básico de la geología forense es la transferencia de materiales.

Ese material geológico transferido está compuesto por elementos químicos y puede ser: polvo y minerales, fragmentos de rocas, suelos, cenizas, carbón y vidrio, y otros materiales terrestres en su estado natural, procesados o combinados.

La identificación de los materiales transferidos requiere de su detallada caracterización, la cual se enfoca en los elementos individuales que los constituyen y que hacen que cada material sea único y característico.

El suelo es la matriz ambiental que mayor información provee a la geología forense ya que constituye el vínculo entre una persona y una escena del crimen. Está compuesto por elementos minerales, agua, aire y material orgánico (Dávila, 2009).

Los elementos minerales

Representan normalmente la mitad del volumen del suelo; se encuentran en diferentes tamaños; se clasifican, de mayor a menor, como arena, limo y arcilla; su presencia está condicionada por las formas de vida presentes y determinan sus propiedades físicas. En la mayor parte de los suelos, constituyen la fase sólida (Dávila, 2009).

La identificación y caracterización de materiales puede ser, en algunos casos, la clave para resolver un caso legal.

Las caracterizaciones mineralógicas de los suelos con fines forenses tienen como propósito identificar patrones para efectos comparativos con casos futuros. Para ello se realiza un análisis químico elemental que permite calcular las concentraciones de cada elemento y realizar balances sobre lixiviación y percolación (Molina, et. al, 2007).

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O b s e r v a t o r i o C o l o m b i a n o d e G e o l o g í a M é d i c a

CASO FORENSE. Registro de contaminación en los anillos de un árbol

Dos minas en New Jersey producían 300 especies de minerales entre las que se encontraban 90 variedades fluorescentes y la Franklinita, Willemita y Cincita.

Se construyeron dos fundiciones entre 1898 y 1911, que cerraron en 1980. Cada fundición emitía, en ton/año, 47 de Cadmio, 95 de plomo, 3.575 de Zinc y azufre.

Los anillos del núcleo de un roble ubicado a 2 km de las fundiciones, en un lugar protegido del viento, y que contiene el registro de aproximadamente 150 años, mostraron los siguiente:

1. En el año 2005 la mayoría de la concentración de metales era igual que cuando las fundiciones estaban activas.

2. Las concentraciones de Oro y Cobre aumentaron durante las fundiciones.

3. El Selenio, Antimonio, Arsénico, Escandio y Uranio se incrementaron cuando las fundiciones estaban activas y declinaron luego de su cierre.

4. Las concentraciones de Sodio y Zinc permanecieron relativamente constantes.

5. La concentración de potasio disminuyó durante las fundiciones debido a la depositación ácida.

Lo anterior refleja el impacto de esa actividad antropogénica en el ambiente.

Leer más (en inglés).

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O b s e r v a t o r i o C o l o m b i a n o d e G e o l o g í a M é d i c a

L o s e l e m e n t o s q u í m i c o s y s u i m p o r t a n c i a p a r a l a

g e o l o g í a m é d i c a y f o r e n s e

R E S E Ñ A B I O G R Á F I C A

OLLE SELINUS

THE FATHER OF MEDICAL GEOLOGY

I was born in Cardiff, Wales in 1943 during war and during my first years I learned how shelters look like from the inside. Then we moved to Sweden after 10 years. I studied geology at the University of Uppsala. In the 1960s I started working first as geologist at the oldest company in the world, Stora Kopparberg, as mining geologist in the 1000 year old mine of Falun and also Tomtebo where I did my PhD thesis on bedrock geochemical exploration for deep seated mineral deposits. After that I began working at the Geological Survey of Sweden (SGU) with mineral exploration, mainly in the most northern parts of Sweden. That was great fun, but also tough, being in field and in the high mountains for several years.

El Observatorio Colombiano de Geología Médica y Forense

reconoce a aquellos que han inspirado y apoyado nuestro

trabajo.

Para este número le hemos solicitado al padre de la geología

Médica una autobiografía, la cual publicamos a continuación.

Por respeto a los derechos de autor, esta reseña se publica en

el idioma en que la escribió el autor.

The Colombian Observatory of Medical and Forensic Geology

recognize whom that have inspired and supported our work.

P á g i n a 1 1 N ú m e r o 3 . D I C I E M B R E d e 2 0 1 5

O b s e r v a t o r i o C o l o m b i a n o d e G e o l o g í a M é d i c a

In the 1980s I started with environmental geochemistry at the survey and became head of that Department and later on head of the SGU support for geoscientific research at all universities of Sweden. The Geochemistry Department started with detailed geochemical mapping of Sweden, including biogeochemical mapping.

Fieldwork with my dog in Northern Sweden 1972.

1996 I introduced medical geology as a subject. A symposium in 1996 with a number of invited experts, set the guidelines that led to the first international meeting on medical geology 1998 with over 60 invited experts held in Uppsala. At this meeting it was decided, among other things, that the book "Essentials of Medical Geology" would be done. The guidelines for international training courses were also set up, with very much funding from International Council of Science (ICSU) and UNESCO.

These courses started together with Bob Finkelman and Jose Centeno in 2001 in Zambia. They were carried out all over the world and during about 10 years 60 courses were held in almost 50 countries. It has been great going everywhere with these courses which spread medical geology all over the world! In 2004 the International Medical Geology Association (IMGA) was established initiated by Olle Selinus, Bob Finkelman, Jose Centeno, Peter Bobrowsky and Ed Derbyshire in Florence.

P á g i n a 1 2 N ú m e r o 3 . D I C I E M B R E d e 2 0 1 5

O b s e r v a t o r i o C o l o m b i a n o d e G e o l o g í a M é d i c a

The king also gave the keynote address at the "Planet Earth" meeting in Stockholm at the Royal Academy of Sciences (the academy presenting the Nobel prizes) in 2008, with invited key people from the industry, government agencies and ministries.

In 2008, I was also the vice chair of IGC, The International Geological Congress in Oslo with 6000 participants and many medical geology activities. At the request of the US State Department and the National Science Foundation, I also participated in a government delegation invited to Washington DC for discussions at the US State Department on strengthening R & D cooperation between the US and Sweden.

During these years I have been involved in more than a hundred publications, been invited as keynote speaker several times a year around the world, organized many international meetings and congresses, actively working in boards, committees and symposias. I also received several awards including The geologist of the year in 2005, "Outstanding Achievment Award" by the International Union of Geological Sciences (IUGS) in 2007 and honors for having written the best book in both medicine and geology in 2006.

After also having edited and written four "heavy" books on medical geology I am now relaxing as retired, although connected to the Linneaus University in Kalmar, in our house in southern Sweden on the island of Öland in the Baltic sea, a UNESCO heritage. Even though some people believe there are ice bears in Sweden I can assure you that we are surrounded by vine yards, neighbours growing peaches outside etc.

Welcome here!

Me and the Swedish king I became involved in the "International Year of Planet Earth" 2008 declared by United Nations and was asked to be responsible for medical geology internationally. During a long audience with King Carl XVI Gustaf in 2007 I made the King patron for "Planet Earth".

P á g i n a 1 3

El Observatorio de Geología Médica y Forense nace en el 2012, como un espacio de investigación y apoyo gubernamental que aporta información sobre las relaciones entre geología, ambiente, salud y busca suplir la necesidad que presenta Colombia de tener indicadores socio-ambientales de las actividades geológicas y un centro unificado de información que apoye la toma de decisiones y la formulación de políticas públicas.

O B S E V A T O R I O C O L O M B I A N O D E G E O L O G Í A M É D I C A Y F O R E N S E

EDITOR

Ana Marí a Rojas

CORREO Observacgmf@gmail.com

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NOTA EDITORIAL

A todos los interesados los

invitamos a enviar sus

contribuciones (artículos,

biografías, reflexiones..) y

sugerencias al correo del

Observatorio.