AGUAS SUBTERRÁNEAS

B) AGUAS SUBTERRÁNEAS

B.1.CARACTERÍSTICAS DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS

            El agua en su camino hacia el acuífero viene de la lluvia con ciertas características adquiere otras en su trayecto de escorrentía y sigue transformándose en la infiltración, al llegar al acuífero tiene contacto con minerales de las rocas y seguirá transformándose lentamente. Los mecanismos que intervienen en la composición y evolución del agua son: la Disolución (de gases y sales) y el ataque químico (carbo-disolución, hidrólisis, oxidación reducción, cambios de bases y reacciones  bioquímicas). Por esta razón el agua subterránea presenta una mineralización elevada.

    

           

            En aguas subterráneas contaminadas pueden cambiar las características y concentración de los elementos presentes, también puede suceder en aguas no contaminadas que existan elementos presentes en mayores concentraciones.

CONSTITUYENTES EN EL AGUA SUBTERRÁNEA:

            Iones  constituyentes como el Calcio (Ca2+) cuya presencia se debe a la disolución de los carbonatos y sulfatos de calcio (calizas, dolomías y yesos), Magnesio (Mg2+), Sodio (Na+), etc.

TEMPERATURA:

           

            Las aguas subterráneas por lo general poseen temperaturas muy poco variable y responde a la media anual de las temperaturas atmosféricas, incrementando su temperatura a medida que se profundiza en valor aproximado de 1º C cada 33 metros a excepción de zonas teutónicas y volcánicas, donde es mayor y en zonas sedimentarias donde es menor.

           

            La temperatura afecta entre otras características del agua la viscosidad del agua y la capacidad de absorción de gases.

CONDUCTIVIDAD:

            La conductividad eléctrica es la capacidad de una disolución acuosa de conducir la electricidad. La resistividad eléctrica se define análogamente y es el inverso de la conductividad. Generalmente se considera esta última ya que aumenta paralelamente a la salinidad.

           

            La conductividad crece con el contenido de electrolitos disueltos, en las aguas subterráneas dulces varia entre 100 y 2000μS/cm, el agua de mar tiene aproximadamente 45000μS/cm a 18º C.

DUREZA:

            La dureza del agua se debe a los cationes polivalentes que contiene y en especial a los cationes Ca2+ y Mg2+.

TURBIDEZ:

            Es la dificultad del agua para transmitir la luz. La turbidez se mide en ppm de SiO2. El agua llamada transparente tiene menos de 1.42 ppm de SiO2 y permite ver en 4 metros de espesor, hasta 2.85 ppm de SiO2 se llama opalina, hasta 6.25 algo turbia hasta 9 turbia y más de 9 muy turbia.

           

            En las aguas subterráneas por lo general el valor esta por debajo de 1 ppm.

B.2.MOVIMIENTO DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS

INFILTRACIÓN:

            Viene a ser el movimiento de las aguas de lluvia hacia abajo a través de la zona no saturada hacia la napa freática (acuífero) que se encuentra por debajo del nivel freático.

Esta infiltración está controlada por la cantidad e intensidad de las lluvias, la topografía de la región, la porosidad, la permeabilidad de las rocas o suelos y la vegetación.

PERCOLACIÓN:

            Es el movimiento lento del agua a través de las aberturas interconectadas en la zona de saturación. La percolación de las aguas subterráneas depende de la gradiente hidráulica (el desnivel en la elevación del agua dividido por la distancia sobre la cual el desnivel tomó lugar), la permeabilidad de los diferentes estratos de rocas, así como la inclinación de los sedimentos o rocas estratificadas.

            La ocurrencia y movimiento de las aguas subterráneas están principalmente controlados por la porosidad y permeabilidad de los diversos tipos de rocas, la naturaleza de estos últimos influye en la velocidad y la cantidad de agua subterránea que puede almacenar.

POROSIDAD:

            La porosidad de las rocas o suelos es la proporción del volumen de los poros y cavidades con respecto al volumen total del material, que incluye a estos espacios libres.

                                     

            Una roca contiene una cantidad de huecos poros, cavidades fracturas que constituye su porosidad a su vez ésta determina la cantidad de agua subterránea que puede retener.

            Esta capacidad depende de varios factores, principalmente de la forma y arreglo de sus partículas constituyentes, del grado de clasificación de sus partículas, de la cementación y compactación a las cuales han estado sujetas durante su deposición, remoción de la materia mineral a través de las soluciones y del fracturamiento de las rocas.

PERMEABILIDAD:

            La permeabilidad de las rocas o suelos es la capacidad de transmitir el fluido entre sus poros interconectados. La permeabilidad varía con la forma y tamaño de los poros y el tamaño, forma y extensión de su interconexión.

            Las rocas permeables son siempre porosas, una roca con alta porosidad no necesariamente es altamente permeable. Ejemplo, la roca volcánica pumita conocida como piedra pómez es altamente porosa pero con muy baja permeabilidad, porque sus poros no se hallan interconectados. Por consiguiente, los sedimentos y rocas permeables que transmiten libremente el agua subterránea se denominan acuíferos.

B.3.USO Y CONTAMINACIÓN DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS

PROBLEMAS RELACIONADOS CON LA EXTRACCIÓN DEL AGUA SUBTERRÁNEA:

            Como ocurre con muchos de nuestros valiosos recursos naturales, el agua subterránea está siendo explotada a un ritmo creciente. En algunas zonas, la sobre explotación amenaza la existencia del abastecimiento de agua subterránea.

           

            En otros lugares su extracción ha hecho que se el terreno y todo lo que descansa sobre él. En otros lugares hay preocupación por la posible contaminación del abastecimiento de las aguas subterráneas.

TRATAMIENTO DEL AGUA SUBTERRÁNEA COMO UN RECURSO NO RENOVABLE:

            Muchos sistemas naturales tienden a establecer un estado de equilibrio. El sistema de aguas subterráneas no es una excepción. La altura del nivel freático refleja un equilibrio entre la velocidad de infiltración y la velocidad de descarga y extracción. Cualquier desequilibrio elevará o reducirá el nivel freático.

            Desequilibrios a largo plazo pueden inducir una caída significativa del nivel freático si hay una reducción de la recarga debido a una sequia prolongada o a un aumento de la descarga o la extracción de las aguas subterráneas.

            A muchas personas les parece que el agua subterránea es un recurso interminablemente renovable, porque es continuamente repuesta por el agua de la lluvia y el deshielo de la nieve. Pero en algunas regiones, el agua subterránea ha ido y sigue siendo tratada como un recurso no renovable. Donde esto ocurre, el agua disponible para recargar el acuífero se queda significativamente corta con respecto a la cantidad que se extrae.

SUBSIDENCIA:

            La subsidencia superficial puede ser consecuencia e procesos naturales relacionados con el agua subterránea. Sin embargo el terreno puede hundirse también cuando el agua se bombea desde los pozos mas rápido de lo que pueden remplazarla los procesos de recarga natural.

Este proceso es particularmente pronunciado en áreas con estratos potentes de sedimentos no considerados superpuestos. Conforme se extrae al agua, la presión del agua desciende y el peso de la sobrecarga se transfiere al sedimento. La mayor presión compacta herméticamente los granos de sedimento y el terreno se hunde.

CONTAMINACIÓN DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS

            La contaminación del agua subterránea es un tema serio, en particular en las áreas donde los acuíferos proporcionan una gran parte del suministro de agua. Un origen común de la contaminación del agua subterránea son las aguas fecales. Entre sus fuentes se cuenta un número creciente de fosas sépticas, así como los sistemas de alcantarillados inadecuados o rotos y los desechos de las granjas.

            Si las aguas residuales que están contaminadas con bacterias entran en el sistema de aguas subterráneas, pueden purificarse mediante procesos naturales. Las bacterias peligrosas pueden ser filtradas mecánicamente por el sedimento a través del cual el agua percola, destruidas por oxidación química o asimiladas por otros microrganismos. Para que se produzca purificación, sin embargo, el acuífero debe ser de la composición correcta. Por ejemplo, acuíferos extremadamente permeables (como rocas cristalinas muy fracturadas, grava gruesa o caliza karstificada) tiene aperturas tan grandes que el agua subterránea contaminada puede recorrer grandes distancias sin ser purificada. En este caso, el agua fluye con demasiada rapidez y no esta en contacto con el material circundante el tiempo suficiente para que se produzca la purificación. Este es el problema del pozo 1 de la figura 17.15 A.

            Por otro lado, cuando el acuífero esta compuesto por arena o arenisca permeable, a veces puede purificarse después de viajar por él solo unas docenas de metros.

            Los huecos entre los granos de arena son lo bastante grandes como para permitir el movimiento del agua, pero este movimiento es, por otro lado, lo bastante lento como para permitir un tiempo prolongado de purificación. (Pozo 2 de la Fig. 17.15 B)

           

            A veces la perforación  de un pozo puede inducir problemas de contaminación del agua subterránea. Si el pozo bombea una cantidad suficiente de agua, el cono de depresión incrementara localmente la pendiente del nivel freático. En algunos casos, la pendiente original puede incluso invertirse. Esto podría inducir contaminación de los pozos que producían agua no contaminada antes que empezara el bombeo intenso (Figura 17.16). También recordemos que la velocidad de circulación del agua subterránea aumenta conforme lo hace la inclinación de la pendiente del nivel freático. Esto podría producir problemas porque una velocidad de circulación más rápida permite menos tiempo para la
purificación del agua en el acuífero antes de ser bombeada a la superficie.

            Otras fuentes y tipos de contaminación amenazan también los suministros de agua subterránea (Figura 17.17).

Entre ellos se cuentan sustancias muy utilizadas como la sal de carretera, los fertilizantes que se por toda la superficie del terreno y los pesticidas. Además puede escaparse una amplia variedad de productos químicos y materiales industriales de las tuberías, los tanques de almacenamiento, los depósitos y los estanques de retención. Alguno de estos contaminantes se clasifican como peligrosos, lo que significa que son inflamables, corrosivos, explosivos o tóxicos. En los vertederos, los posibles contaminantes se amontonan en montículos o se expanden directamente sobre el terreno. Cuando el agua de la lluvia rebosa a través de las basuras, puede disolver una variedad de materiales orgánicos e inorgánicos. Si el material lixiviado alcanza el nivel freático, se mezclará con el agua subterránea y contaminará el suministro. Problemas similares pueden producirse como consecuencia del escape de excavaciones superficiales, denominadas estanques de retención, en los que se acumulan desechos diversos de residuos líquidos.

            Dado que el movimiento de las aguas subterráneas suele ser lento, el agua sele ser pasada desapercibida durante mucho tiempo. De hecho, la mayor parte de la contaminación se descubre solo después de haberse visto afectada el agua potable y de que las personas enfermen. Llegados a este punto, el volumen de agua contaminada puede ser muy grande y, aun cuando se elimine inmediatamente la fuente de contaminación, no se resuelve el problema. Aunque las fuentes de contaminación del agua subterránea son numerosas, hay relativamente pocas soluciones.

            Una vez identificado y eliminado el origen del problema, la práctica mas común consiste simplemente en abandonar el suministro de agua y dejar que los contaminantes se vayan eliminando de forma gradual. Ésta es la solución menos costosa y más fácil, pero el acuífero de permanecer sin utilizarse durante muchos años. Para acelerar este proceso, a veces se bombea el agua contaminada y se trata. Después de eliminar el agua infectada, se deja que el acuífero se recargue de forma natural o, en algunos casos, se bombea de vuelta al acuífero el agua tratada o agua limpia. Este proceso es costoso y largo, y puede ser arriesgado, pues no hay manera de asegurar que se ha eliminado toda la contaminación. Por supuesto la solución más eficaz a la contaminación del agua subterránea es la prevención.

CONTAMINACIÓN SALINA:

            En muchas áreas costeras, el recurso de las aguas subterráneas está siendo amenazado por la intrusión de agua de mar. Para entender este problema, debemos examinar la relación entre el agua subterránea dulce y el agua subterránea salada. La Figura 17.14 A es un diagrama de un corte que ilustra esta relación en un área costera situada encima de materiales homogéneos permeables. El agua dulce es menos densa que el agua salada, de manera que flota sobre ella y forma un cuerpo lenticular grande que puede extenderse a profundidades considerables por debajo del nivel del mar. En dicha situación, si el nivel freático se encuentra a un metro por encima del nivel del mar, la base del volumen de agua dulce se extenderá hasta una profundidad de unos 40 metros por debajo del nivel del mar. Dicho de otra manera, la profundidad del agua dulce por debajo del nivel del mar es unas 40 veces mayor que la elevación del nivel freático por encima del nivel del mar. Por tano, cuando el bombeo excesivo hace descender el nivel freático en una cierta cantidad, el fondo de la zona de agua dulce se elevará unas 40 veces esa cantidad. Por consiguiente, si continúa la extracción de agua dulce hasta exceder la recarga, llegará un momento en que la elevación de agua salada será suficiente como para ser extraída de los pozos, contaminando así el suministro de agua dulce (Figura 17.14 B). Los pozos profundos y los pozos próximos a la costa son normalmente los primeros en verse afectados.

            En las zonas costeras urbanizadas, los problemas creados por bombeo excesivo están agravados por un descenso del ritmo de recarga natural. A medida que aumentan las calles, los aparcamientos y los edificios que cubren la superficie, disminuye le infiltración en el suelo.

            Para intentar corregir el problema de la contaminación del agua subterránea con agua salada, puede utilizarse una red de pozos de recarga. Estos pozos permiten el bombeo de las aguas de nuevo al sistema de aguas subterráneas. Un segundo método de corrección se lleva a cabo mediante la construcción de grandes cuencas. Estas cuencas recogen el drenaje de superficie y permiten que se infiltre en le terreno.

            La contaminación de los acuíferos de agua dulce por agua salada constituye fundamentalmente un problema en las zonas costeras. Muchas rocas sedimentarias antiguas de origen marino se depositaron cuando el océano cubría lugares que ahora se encuentran bastante en el interior. En algunos casos, cantidades significativas de agua de mar quedaron atrapadas y todavía permanecen en la roca. Estos estratos a veces contienen cantidades de agua dulce y pueden ser bombeadas para su uso. Sin embargo, si el agua dulce se elimina mas deprisa de lo que puede reponerse, el agua salada puede introducirse y dejar inutilizables los pozos.

B.4. ACCIÓN GEOLÓGICA DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS

            El agua subterránea disuelve la roca. Este hecho es clave para comprender cómo ser forman las cavernas y dolinas. Dado que las rocas solubles, especialmente las calizas, cubren millones de kilómetros cuadrados bajo la superficie terrestre, es aquí donde el agua subterránea realiza su importante papel como agente erosivo. La caliza es casi insoluble en el agua pura, pero se disuelve con bastante facilidad en el agua que contiene pequeñas cantidades de ácido carbónico y la mayor parte del agua subterránea contiene este ácido. Se forma porque el agua de la lluvia disuelve fácilmente el dióxido de carbono del aire libre y el procedente de la descomposición de las plantas. Por consiguiente, cuando el agua subterránea entra en contacto con la caliza, el ácido carbónico reacciona con la calcita (carbonato cálcico) de las rocas para formar bicarbonato cálcico, un material soluble que es transportado luego en solución.

CAVERNAS:

            Los resultados más espectaculares del trabajo erosivo del agua subterránea son las cavernas de caliza.

            La mayoría de las cavernas se crea en el nivel freático, o inmediatamente debajo de él, en la zona de saturación. Aquí el agua subterránea ácida sigue las líneas de debilidad de las rocas, como diaclasas y planos de estratificación. Conforme pasa el tiempo, el proceso de disolución crea lentamente cavidades, que aumentan de tamaño de manera gradual hasta convertirse en cavernas. El material disuelto por el agua subterránea acaba siendo descargado en las corrientes y transportado al océano.

            En muchas cuevas, se ha producido un desarrollo en varios niveles, correspondiendo la actividad actual a la menor elevación. Esta situación refleja la estrecha relación entre la formación de conductos subterráneos importantes y los valles de los ríos en los cuales drenan. A medida que las corrientes profundizan sus valles, el nivel freático disminuye al hacerlo la elevación del rio. Por consiguiente, durante periodos en los que las corrientes superficiales están realizando una rápida erosión descendente, los niveles de agua subterránea circundante caen rápidamente y los conductos de las cuevas son abandonados por el agua mientras tienen una sección transversal todavía elativamente pequeña. A la inversa, cuando el encajamiento de las corrientes es lento o despreciable, hay tiempo para la formación de grandes conductos subterráneos.

            Por supuesto, las características que despiertan mayor curiosidad a la mayoría de los visitantes de las cavernas son las formaciones pétreas que les proporcionan su aspecto maravilloso. No son rasgos erosivos, como la propia caverna, sino deposicionales, creados por el goteo aparentemente interminable de agua a lo largo de grandes lapsos de tiempo. El carbonato cálcico que queda produce la calcita que denominamos travertinos. Estos depósitos de cueva, sin embargo, se conocen también como rocas de precipitación por goteo, una referencia obvia a su modo de originarse. Aunque la formación de las cavernas tiene lugar en la zona de saturación, el depósito de las rocas por goteo no es posible hasta que las cavernas estén por encima del nivel freático en la zona de aireación. En cuanto la cámara se llene de aire, está ya dispuesto el escenario para que empiece la fase decorativa de la construcción de la caverna.

            Las diversas rocas de precipitación encontradas en las grutas se denominan colectivamente espeleotemas (spelaion=cueva, them=colocar); ninguna es exactamente igual a otra. Quizá los espeleotemas mas familiares sean las estalácticas (stalaktos= escurrimiento). Estos colgantes en forma de carámbanos cuelgan del techo de las grutas y se forman allí donde el agua se filtra a través de las grietas situadas por encima. Cuando el agua alcanza el aire de la cueva, algo del dióxido de carbono disuelto se escapa de la gota y la calcita precipita. El depósito se produce en forma de anillo alrededor del borde de la gota de agua. A medida que una gota sigue a otra gota, cada una deja una huella infinitesimal de calcita detrás y se crea un tubo hueco de caliza. Entonces, el agua se mueve a través del tubo, permaneciendo suspendida transitoriamente al final del mismo, aportando un diminuto anillo de calcita y cayendo al suelo de la caverna. La estalacita que acaba de describirse se denomina paja de sosa. A menudo, el tubo hueco de la paja de sosa se obstruye o aumenta su suministro de agua. En cualquier caso, el agua se ve obligada a fluir y, por consiguiente, a depositarse, a lo largo del lado externo del tubo. A medida que continúa la precipitación, la estalacita adopta la forma cónica más común.

TOPOGRAFÍA KÁRSTICA:

            Muchas zonas del mundo tienen paisajes que, en gran medida, se han formado por la capacidad disolvente del agua subterránea. Se dice que esas zonas muestran topografía kárstica.

            Las zonas kársticas típicas están compuestas por un terreno irregular interrumpido por muchas depresiones denominadas dolinas.

            Las dolinas se forman normalmente de dos maneras. Algunas se desarrollan de manera gradual a lo largo de muchos años sin alteración física de la roca. En esas situaciones, la caliza situada inmediatamente debajo del suelo se disuelve por el agua de la lluvia descendente, que está recién cargada de dióxido de carbono. Con el tiempo, la superficie rocosa se va reduciendo y las fracturas en las cuales entra el agua se va agrandando. A medida que las fracturas aumentan de tamaño, el suelo se hunde en las aperturas ensanchadas, de las que se ve desalojado por el agua subterránea que fluye hacia los conductos inferiores. Estas depresiones suelen ser superficiales y tienen pendientes suaves.

            Por el contrario, las dolinas pueden formarse también de manera abrupta y sin advertencia cuando el techo de una gruta se desploma bajo su propio peso. Normalmente, las depresiones creadas de esta manera son profundas y de laderas empinadas. Cuando se forman en zonas muy pobladas, constituyen un riesgo geológico grave.

            Además de una superficie con muchas cicatrices por las dolinas, las regiones kársticas muestran una falta notable de drenaje superficial (escorrentía). Después de una precipitación, el agua de escorrentía es rápidamente encauzada debajo del terreno a través de las depresiones. Fluye luego a través de las cavernas hasta que alcanza el nivel freático. En los lugares donde existen corrientes superficiales, sus trayectorias suelen ser cortas. Algunas dolinas se obstruyen con arcilla y derrubios, creando pequeños lagos o lagunas. El desarrollo del paisaje kárstico se muestra en la Figura 17.18.