La huella química en los anillos de crecimiento de los árboles

Cuando observamos un árbol, rara vez pensamos que en sus estructuras de crecimiento guarda un registro detallado de su entorno. Estas estructuras de crecimiento, conocidas como anillos, se forman cada año, lo que significa que cada anillo representa un año de desarrollo del árbol (Figura 1). La ciencia que se encarga del estudio de los anillos de crecimiento de los árboles es la Dendrocronología, la cual deriva del griego dendron “árbol”, cronos “tiempo” y logos “conocimiento”; por lo tanto, la dendrocronología es una disciplina que permite fechar con precisión los anillos de crecimiento de los árboles y así obtener información detallada sobre eventos del pasado. Por lo tanto, los anillos de crecimiento de los árboles funcionan como archivos naturales de las condiciones ambientales en las que ha vivido el árbol, registrando tanto procesos naturales como antrópicos.

En las últimas cinco décadas, el estudio de los anillos de crecimiento de los árboles se ha convertido en una herramienta clave para evaluar la contaminación ambiental, reconstruir el clima del pasado o analizar cambios ecológicos.

Como hemos mencionado, la dendrocronología tiene varias aplicaciones, dentro de estas se encuentra la dendroquímica, que es la disciplina que combina la cronología de los anillos de los árboles con la química. Por tanto, los análisis dendroquímicos permiten identificar la huella química contenida en los anillos de crecimiento de los árboles, mediante el análisis de elementos químicos, y evalúan la composición e incluso la absorción de contaminantes que son liberados a la atmósfera, el suelo y el agua. En las últimas décadas, este tipo de análisis ha sido útil en el monitoreo de áreas contaminadas con combustibles fósiles y metales pesados.

Lo anterior es relevante debido a que, las actividades industriales y el crecimiento de la población humana han dado lugar a un aumento sin precedentes de contaminantes a la atmósfera, al suelo y al agua. Por ejemplo: la dendroquímica, se ha utilizado con éxito para generar reconstrucciones de metales traza de una variedad de fuentes de contaminación, incluidos los automóviles, las refinerías de metales y la quema de carbón.

¿Qué componentes se pueden analizar en los anillos de crecimiento de los árboles?

Desde un punto de vista químico, la madera es una mezcla compleja de compuestos orgánicos e inorgánicos. La celulosa y la lignina constituyen la mayor parte de su estructura, pero también contiene minerales y elementos que pueden revelar cambios ambientales. Los principales componentes analizados en la dendroquímica son:

1. Elementos mayoritarios:

• Uno de estos elementos que se encuentra presente en la atmósfera debido a fuentes de contaminación industrial, así como liberado por los vehículos automotores, es el CO₂. La relación isotópica de δ¹³C es utilizada para rastrear cambios en la concentración de CO₂ en la atmósfera debido a actividades humanas (Figura 2).
• Otros macronutrientes esenciales como nitrógeno (N), fósforo (P), potasio (K), calcio (Ca), sodio (Na), magnesio (Mg) y azufre (S) también pueden medirse en los anillos de crecimiento de los árboles. Sin embargo, su variabilidad depende de las condiciones ambientales y de la especie del árbol, lo que puede dificultar su uso como indicadores de contaminación. Algunos de estos macronutrientes son transportados desde el suelo a través de la raíz con algunas contribuciones de gases atmosféricos de SOx y NOx por medio de las estomas o corteza. Algunos otros macronutrientes viajan a través del agua para incorporar a los árboles a través de las raíces (Figura 2).

2. Elementos traza:

• Incluyen micronutrientes como hierro (Fe), manganeso (Mn), aluminio (Al) y selenio (Se), así como metales tóxicos como cadmio (Cd), cobre (Cu), níquel (Ni), mercurio (Hg) y plomo (Pb). Estos elementos pueden provenir del suelo, aunque algunos como el mercurio (elementos aerotransportados) son absorbidos directamente de la atmósfera a través de las hojas. La presencia de elementos traza en los anillos de crecimiento de los árboles, permite evaluar el impacto de actividades industriales o emisiones contaminantes a la atmósfera (Figura 2).

3. Relaciones isotópicas:

• Los isótopos estables y cosmogénicos son una herramienta ampliamente usados para aplicarlos en diferentes compartimentos ambientales como el agua, roca y la biota.
• La composición isotópica de ciertos elementos en la madera permite reconstruir condiciones ambientales pasadas o para evaluar la contaminación atmosférica.
• δ¹³C refleja cambios en la fotosíntesis y en la concentración de CO₂ en la atmósfera.
• δ¹⁸O y δ²H registran la señal isotópica del agua del suelo y pueden ser utilizados para estudiar variaciones climáticas.
• δ¹⁵N ha sido relacionado con procesos de eutrofización, mientras que δ³⁴S permite identificar cambios en las fuentes de azufre atmosférico.

4. Especies orgánicas:

• Algunos compuestos orgánicos pueden ser de origen natural o antropogénico. Los trabajos que incluyen la presencia de estas especies orgánicas están enfocados en evaluar los procesos fisiológicos, y en otros casos son para monitorear el impacto de la actividad industrial. Estos compuestos orgánicos de origen antropogénicos son los responsables de causar desde alteraciones neurológicas hasta cáncer en los seres vivos, en específico los bifenilos policlorados y los hidrocarburos aromáticos policíclicos.

Conclusiones

Los árboles son más que simples organismos vivos; son testigos silenciosos de la historia ambiental de nuestro planeta, debido a que actúan como bioindicadores de eventos pasados. La dendroquímica nos permite descifrar su lenguaje y obtener información de compuestos químicos presentes en los anillos de crecimiento de los árboles de los últimos siglos, provenientes de diversas fuentes de contaminación natural y antrópica (industria, agricultura, entre otras). Este tipo de información es valiosa debido a que se aporta a la comprensión de los efectos de la actividad humana y los procesos naturales en la Tierra. Por lo tanto, la dendroquímica puede ser una ciencia prometedora para identificar contaminantes en general y monitoreo ambiental, así como el monitoreo de nanopartículas.