INTRODUCCIÓN Generalidades sobre la intrusión marina
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Lección 23. Procesos de salinización. Intrusión marina. Implicaciones hidrodinámicas. Determinación de la posición de la interfase. Proceso de mezcla de aguas. Procesos modificadores asociados. Métodos de estudio. Otros mecanismos de salinización. Algunos criterios para su diferenciación. INTRODUCCIÓN Los acuíferos costeros presentan algunas peculiaridades que tienen notable incidencia en su régimen hidrodinámico, en su modo de explotación, en los riesgos potenciales de contaminación y en las precauciones que deben tomarse para su preservación. Sin duda, su carácter de costeros tiene su principal definición en que se encuentran en contacto con el mar, pero también existen otras características asociadas que les confiere habitualmente (no siempre) especiales condiciones; estas características son: a) suelen recibir alimentación lateral subterránea, b) la demanda hídrica suele ser elevada debido a que se desarrolla intensa actividad agrícola (si la climatología es adecuada), c) el mar representa un límite de potencial constante (cero), d) el flujo se dirige aproximadamente normal a la línea de costa, e) la explotación suele provocar descensos piezométricos bajo el nivel del mar, f) como consecuencia de lo anterior, son frecuentes las situaciones de salinización por intrusión marina, g) en la franja mediterránea, las características paleogeográficas suelen acarrear la presencia de acuitardos con aguas connatas. Conviene apuntar que los acuíferos costeros pueden ser de muy diversa naturaleza, tanto en rocas consolidadas (normalmente acuíferos carbonatados) como no consolidadas (acuíferos detríticos) y que también pueden ser libres, confinados o semiconfinados. En cada caso, dependiendo de sus parámetros hidrodinámicos y de su litología, algunos mecanismos tanto dinámicos como químicos pueden ser de mayor relevancia. Sin duda alguna, de todas las características mencionadas la salinización por intrusión marina es la más notable y la más específica, por lo que a este tema se le presta a continuación especial atención. Generalidades sobre la intrusión marina En el caso de los acuíferos costeros, uno de los procesos de contaminación más frecuentes es la salinización de sus aguas por el avance del agua de mar tierra adentro, fenómeno que se conoce con el nombre de intrusión marina. En estos acuíferos costeros que vierten sus aguas directamente al mar, se crea un estado de equilibrio entre el flujo de agua dulce y el flujo de agua salada, que sólo sufre modificaciones naturales a muy largo plazo debidas a cambios climáticos o movimientos relativos de la tierra y el mar. Cuando se modifican las condiciones naturales, bien por incremento del flujo de agua dulce debido a fuertes lluvias o a recargas inducidas (recarga artificial, riego con aguas superficiales, etc.), bien por disminución de ese mismo flujo debido esencialmente a bombeos en el acuífero, el equilibrio agua dulce-agua salada, se desplaza en un sentido u otro. La intrusión se produce en este último caso, cuando las extracciones de agua subterránea hacen disminuir el flujo de agua dulce y el agua de mar invade el continente. Desde el punto de vista hidrodinámico la intrusión marina tiene lugar básicamente cuando los niveles dinámicos y/o estáticos en el interior del continente se sitúan por debajo del nivel del mar. La experiencia demuestra que una vez que se produce el aumento de la salinidad, el proceso evoluciona con extrema rapidez y su vuelta al estado de equilibrio puede requerir mucho tiempo. El término intrusión marina es el proceso de movimiento temporal o permanente del agua salada tierra adentro desplazando al agua dulce, cuando este proceso es consecuencia de la disminución del flujo de agua dulce hacia el mar, debido a la intervención humana, es decir, a la intensa explotación del acuífero por bombeos. Es un proceso esencialmente contaminante y que deteriora grandes volúmenes de agua, que experimentan un notable incremento de la salinidad. Característica esencial de los acuíferos costeros es la coexistencia de dos fases físicoquímicas diferentes: agua dulce y agua salada. Son fluidos de densidad, temperatura y viscosidad diferente y, desde luego, muy diferente composición química. Se debe presumir la existencia de un límite de separación entre ambas, denominado interfase, si bien la miscibilidad entre el agua dulce y el agua salada no permite que esta interfase sea neta, sino que, realmente, da lugar a una zona de mezcla, de difusión o de transición, de anchura variable que depende esencialmente de las variaciones del nivel piezométrico, del espesor del acuífero y de la permeabilidad del entorno costero. Con esta premisa, y en situaciones estacionarias normales, la masa de agua salada adquiere la forma de cuña, apoyada en la base del acuífero y con el vértice dirigido tierra adentro (figura 1). La separación, en el seno del acuífero, del agua dulce y salada se establece mediante la denominada interfase que, debido a la miscibilidad entre ambas fases acuosas, puede tener anchura variable, dando lugar a una zona de contacto, de mezcla o de difusión. Figura 1. Representación de la intrusión marina Estudio de la interfase La separación, en el seno del acuífero, del agua dulce y salada se establece mediante la denominada interfase que, debido a la miscibilidad entre ambas fases acuosas, puede tener anchura variable, dando lugar a una zona de contacto, de mezcla o de difusión. La localización de la interfase puede hacerse a partir de medidas piezométricas o bien por medidas directas. Basadas en la piezometría : Ghyben-Herzberg; Hubbert, Luszinsky La determinación de la posición de la interfase se lleva a cabo, tradicionalmente, a partir de medidas piezométricas, aplicando fórmulas más o menos restrictivas cuya aplicabilidad depende de la infraestructura disponible para la obtención de datos básicos. Las fórmulas más utilizadas son las de Ghyben-Herzberg, Hubbert y Lusczinsky. Las dos primeras teorías tienen en común el considerar inmiscibles el agua dulce y salina pero difieren en la forma de considerar el proceso: Los postulados de Ghyben-Herzberg consideran el fenómeno como si no hubiera movimiento entre los dos fluidos: el agua dulce y el agua de mar. Se basa en el equilibrio estático de dos columnas de agua de diferente densidad. En este caso se supone que el agua dulce "flota" sobre la salada, separadas ambas por una superficie neta o interfase h z Agua dulce dd A ds Agua de mar A' Siendo: h z dd ds cota s.n.m. del agua dulce en la vertical del punto A profundidad b.n.m. del punto A peso específico del agua dulce ( 1000 g/cc) pero específico del agua salada (1025 g/cc) El equilibrio en el punto A, responde a la ecuación: dd (h+z) = ds (z) y, por tanto: z= z = [dd / (ds+dd)] h 1 h β Para los valores de densidad normales, z toma un valor de 40h, que equivale a decir que el contacto entre el agua dulce y el agua salada se encuentra cuarenta veces por debajo del nivel piezométrico registrado en ese punto. Esta fórmula tiene validez si admitimos que el agua salada está en reposo y que las equipotenciales del agua dulce son estrictamente verticales, lo cual se cumple con gran aproximación, lejos de la orilla. En la práctica, para aplicar la fórmula de Ghyben-Herzberg se requiere conocer el nivel piezométrico y las densidades del agua dulce y salada, si bien estos dos últimos parámetros se consideran iguales a 1000 y 1025 g/cc. La aproximación hidrodinámica presupone la existencia de un flujo de agua dulce hacia el mar, y de agua de mar hacia el continente, lo cual requiere la existencia de un gradiente en ambos sentidos, es decir, requiere un flujo de agua dulce y uno de agua salada. En este caso, Hubbert propuso la siguiente expresión: z = hd dd ds − hs ds − d d ds − d d Esto último implica que en el continente el potencial de agua salada es menor que en el mar. Dado que hs (altura piezométrica del agua salada) está por debajo del nivel del mar, el segundo sumando será negativo y por tanto se sumará al primero y, por ello, la interfase estará más profunda que la calculada por Ghyben y Herzberg. h' h z A La fórmula de Hubbert demuestra que en las proximidades del borde del mar existe una diferencia entre la verdadera profundidad del agua salada y la profundidad calculada mediante la formula de Ghyben-Herzberg. Es decir, que h'>h y, por consiguiente el valor de z según Hubbert es mayor que el valor calculado con la fórmula de Ghyben y Herzberg. En este caso es necesario disponer de dos piezómetros ranurados respectivamente en el agua dulce y en el agua salada, y muy cerca de la interfase Finalmente, el enunciado de Lusczinsky considera la interfase como una zona de mezcla con un espesor determinado, donde el contacto entre las fases se considera neto. En este caso se requieren tres sondeos ranurados: uno en el agua dulce, otro en el agua salada y un tercero en la zona de mezcla, lo que supone una infraestructura realmente compleja. La principal limitación de estas fórmulas teóricas radica en la frecuente heterogeneidad y anisotropía del medio, tanto en acuíferos kársticos como detríticos. Las diferencias de permeabilidad y la existencia de procesos de semiconfinamiento conllevan dificultades en la precisión de las determinaciones piezométricas e impiden la geometría regular de la interfase. Medidas directas Las medidas de determinados parámetros (conductividad, temperatura, etc.) a lo largo de sondeos, penetrantes en el sustrato salino, pueden aportar mejor información si la estratificación hidroquímica en el sondeo se corresponde con la del acuífero. Es, sin duda, el método más apropiado y generalmente se lleva a cabo mediante logs de conductividad. Prof. (m) Agua dulce Interfase Agua salada Conductividad (µ S/cm) En este caso hacen falta ciertas condiciones en el sondeo de observación como es que tenga suficiente profundidad y que se encuentre totalmente ranurado, de manera que la distribución de salinidades en el sondeo corresponda a la que existe realmente en el acuífero. En la figura se muestra la típica geometría de la curva de salinidades en la que se pueden diferenciar con bastante claridad los tres niveles: dulce, de mezcla y salado. El control periódico en estos pozos de observación puede aportar información suficiente no sólo para la determinación de la interfase sino también para conocer las variaciones de la posición de la interfase y, por tanto, la sensibilidad del acuífero frente a los estímulos. Forma de la interfase: heterogeneidad Los ejemplos que se han considerado hasta ahora se han referido a acuíferos costeros libres, homógeneos e isótropos, en los que es asumible una geometría de la interfase más o menos regular. Sin embargo, la heterogeneidad y la anisotropía suelen ser características generales en los acuíferos (figura 2). De hecho esta es la norma general, de modo que la heterogeneidad del acuífero determina una interfase de geometría muy irregular. Figura 2. Situaciones de equilibrio en acuíferos no homogéneos Si se supone la superposición de diferentes niveles acuíferos, libres y confinados, en cada nivel se establece un equilibrio con el agua de mar distinto, de manera que el frente salino puede penetrar de forma diferente en cada uno de ellos, es decir, se reconoce una serie de interfases superpuestas en un acuífero multicapa. Cualquiera que sea el caso considerado, a grandes rasgos, la invasión continental del agua de mar tiene lugar por dos mecanismos distintos: avance de la interfase en la horizontal, cuando la explotación cubre un amplio área y ascenso vertical (upconing) de la interfase bajo puntos de bombeo intensivos (figura 3.). En el primero de los casos se puede establecer una relación entre el agua bombeada en el acuífero y el avance tierra adentro del frente salino. En el segundo caso, la explotación puntual e intensiva puntual e intensivamente, de manera que se provoca la inflexión de la interfase hacia este punto de bombeo, llegando a invertir el flujo del agua de mezcla, de la interfase, que normalmente se dirige hacia el mar. Este tipo de situaciones ocasiona el ascenso rápido de agua salina hacia la captación. Figura 3. Avance lateral y vertical de la interfase En un caso u otro, el resultado es la irrupción de agua salina en una captación que, hasta entonces, proporcionaba, agua dulce. El síntoma más claro de la existencia de intrusión marina es el incremento del contenido salino del agua: un 2% de agua de mar en un agua continental afecta seriamente a la potabilidad y usos agrícolas e industriales, mientras que un 5% la hace prácticamente inutilizable. METODOS DE ESTUDIO El proceso de intrusión marina puede ser estudiado desde diferentes puntos de vista, todos ellos importantes cuando se quiere llegar a conocer con detalle el proceso. Estos métodos de estudio pueden ser: Hidrogeológicos . Permiten conocer las características hidráulicas del acuífero, su geometría, funcionamiento, balance y todos aquellos aspectos que contribuyan al mejor conocimiento del acuífero, siempre sobre la base de un adecuado estudio geológico. De todos modos, es necesario tener una adecuada infraestructura de observación, tal como una red de observación piezométrica bien diseñada. Hidrogeoquímicos e Isotópicos. Son una herramienta básica, que complementa la metodología anterior y tambien requiere una adecuada red de observación. Se basan en el análisis de los componentes iónicos del agua. Con estos datos se pueden elaborar mapas de isocontenidos o diagramas temporales; asimismo se pueden determinar índices hidrogeoquímicos y determinar la existencia de ciertos procesos hidrogeoquímicos. Los isotópicos son muy importantes pues dan información sobre el área de recarga, grado de mezcla, edad absoluta, etc... Normalmente se determina el Deuterio, Tritio, Radon y los isótopos del Carbono. Su uso tiene limitaciones derivadas fundamentalmente de la dificutad analítica (compleja y costosa). Geofísicos . Son métodos complementarios de los anteriores. Consiste en realizar medidas en superficie, donde se ven involucrados todos los constituyentes del suelo: matriz rocosa, porosidad, naturaleza y salinidad de la disolución. Aunque las diferencias en el comportamiento de disoluciones de diferente salinidad se determina con bastante precisión, no dejan de influir los otros factores que introducen un nivel de incertidumbre. Los más utilizados y útiles, son: Sondeos eléctricos verticales (S.E.V.) Polarización inducida Métodos electromagnéticos Métodos geoquímicos Los criterios químicos suelen ser una de las herramientas más eficaces en el diagnóstico de los procesos salinizadores de las aguas, permitiendo no sólo su detección sino también, en numerosas ocasiones, la determinación de su origen. El conocimiento de las características físico-químicas del agua, permite: - Obtener información sobre el origen de la recarga - Apoyar hipótesis hidrogeológicas - Detectar procesos contaminantes - Conocer la calidad del agua para distintos usos Para poder conseguir algunos de estos objetivos es necesario estudiar detenidamente la composición química del agua e integrar esto en un esquema complejo que de respuestas satisfactorias a cada uno de los parámetros considerados. En base a este esquema y a una serie de consideraciones adicionales, se aplicarán las técnicas de estudio hidroquímicas, de las que seguidamente se hacen una serie de consideraciones. La más evidente consecuencia de la intrusión marina es la modificación de las características físico-químicas del agua en el acuífero. Esta modificación no obedece solamente a los aportes iónicos del agua de mar sino que es el resultado de complejos procesos químicos o físicoquímicos que tienen lugar, esencialmente, en la zona de contacto agua dulce-agua salada y que responden, en gran medida, a la interacción entre las fases acuosa y sólida del acuífero. Normalmente se analizan sólo las especies mayoritarias (carbonatos, bicarbonatos, sulfatos, nitratos, calcio, magnesio, sodio y potasio) y en casos especiales se determinan algunos iones minoritarios, que se escogen en función del problema investigado (metales pesados, estroncio, litio, boro, bromuro, yoduro, etc...) Es imprecindible conseguir una máxima fiabilidad analítica, puesto que muchas conclusiones se extraen de pequeñas, pero significativas variaciones hidrogeoquímicas. Métodos de representación Son muy útiles para reconocer tipos de aguas y orígenes similares, o bien para ver evoluciones espaciales y temporales. Entre todas, cabe destacar: * Diagramas de Pipper, Stiff y Schoeller * Mapas de isocontenidos * Gráficos de evolución temporal * Cálculo de deltas iónicos * Relaciones iónicas con el ión cloruro, representativo de la mezcla agua dulce-agua de mar. Estudio Hidroquímico de la Intrusión marina Desde el punto de vista hidroquímico el fenómeno de intrusión marina implica dos procesos principales: • Proceso de mezcla entre el agua dulce y el agua salada • Fenómenos modificadores derivados de la interacción agua-roca El primero de ellos supone una serie de modificaciones en la composición del agua que se traducen en un notable incremento de la mineralización, como consecuencia del aporte de sales por el agua de mar. Ello es consecuencia de dos procesos: la difusión y la dispersión. El segundo proceso hace referencia a que la mezcla de dos fases físico-químicas diferentes origina un agua que está inicialmente en desequilibrio y que debe encontrar un nuevo estado de equilibrio con el acuífero, produciéndose reacciones entre la fracción sólida y el agua salina, que son de mayor o menor intensidad en función de factores tales como el porcentaje de mezcla, la litología del acuífero y otras condiciones de carácter específico. Este comportamiento reactivo implica la existencia de una serie de procesos yuxtapuestos al propio proceso de mezcla, que afectarán selectivamente a los diferentes iones. Mezcla Cuando dos fluidos miscibles de características físico-químicas diferentes entran en contacto, se origina una zona de mezcla con características que pueden considerarse intermedias entre las dos fases iniciales. Los procesos que intervienen directamente en este mecanismo son la dispersión y la difusión . La dispersión es un proceso ligado al movimiento del agua a través de un medio poroso, según líneas de corriente de velocidad variable, que aprovechan los canales porosos irregulares del medio sólido. Es evidente la relación entre el proceso de dispersión y la permeabilidad del medio que atraviesa el fluido, de manera que en determinados tipos de sedimento este mecanismo será más eficaz que en otros. La difusión se manifiesta a escala molecular o iónica y tiene lugar principalmente en el agua intersticial. Consiste en la migración de especies químicas como resultado de la existencia de un gradiente en su concentración. En una primera aproximación, la difusión de un ión es proporcional al gradiente de su concentración absoluta y, como consecuencia, en el proceso de 2+ intrusión marina, el Cl se difundirá más rápidamente en el sedimento que el Mg , que lo hará + 2+ más rápidamente que el K o el Ca . Contrariamente a lo que ocurre con el mecanismo de dispersión, la difusión no requiere movimiento del fluido, por lo que parece ser que el primer proceso será predominante en los casos de alta velocidad de flujo, mientras que con movimientos lentos cobrará mayor importancia la difusión. A efectos de nomenclatura, el resultado conjunto de los procesos de dispersión mecánica y difusión molecular se conoce como dispersión hidrodinámica El proceso de mezcla entre soluciones de composición muy diversa produce aguas con un quimismo que resulta fundamentalmente de una combinación lineal entre los miembros involucrados, aunque no siempre se cumple esta norma. Se ha comprobado que sin la intervención de las reacciones sólido-agua, tienen lugar fenómenos químicos que modifican la composición final del agua de mezcla y la hacen diferente de la teórica si se atiende a la proporción de la mezcla. De manera que si bien algunos iones responden de manera precisa a este porcentaje de mezcla, otros presentan concentraciones que difieren de las previsiones teóricas. Concretamente estas anomalías se refieren a las concentraciones de los iones calcio y bicarbonato. En cualquier caso, el principal efecto que conlleva el proceso de intrusión marina es el incremento de la concentración de determinados iones en el agua, cuya concentración en el agua de mar es muy superior a la que habitualmente se encuentra en el agua dulce. Si se atiende a la concentración iónica del agua de mar (tabla 1), hay que decir que este agua 2se caracteriza por un contenido alto en sólidos disueltos y un predominio de iones Cl , SO4 , + 2+ 2+ Na y Mg sobre las especies HCO3 y Ca , que son las que habitualmente caracterizan las aguas dulces naturales no afectadas por procesos contaminantes. Por tanto, por la invasión de agua de mar, el agua subterránea sufre una serie de modificaciones en su contenido de sólidos disueltos y en determinadas especies iónicas. Las especies mayoritarias que sufren los aumentos más significativos en sus contenidos son los cloruros, sulfatos, sodio y magnesio. Suponiendo al ión cloruro como un ión conservativo que no se ve afectado por procesos modificadores y cuyo origen está ligado estrechamente a las contribuciones de agua de mar, su concentración es una guía excelente para conocer el porcentaje de agua de mar en la mezcla y para conocer las concentraciones que deben tener los otros iones, si no intervienen otros procesos. En resumen es un indicador del proceso de mezcla. Ión Cl STUMM and MORGAN (1981) 19354 LLOYD and HEATHCOTE (1985) 19000 CUSTODIO (1987) DREVER (1988) 18000-21000 19350 HCO3 SO42 Na+ K+ Ca2+ Mg2+ 142 142 70-150 142 2712 2700 2500-2900 2710 10770 10500 10000-11800 10760 399 380 350-400 399 412 400 380-440 411 1290 1350 1100-1400 1290 Tabla 1. Concentraciones de los iones mayoritarios en el agua de mar según diversos autores En la tabla 2 se exponen las características más sobresalientes de los iones mayoritarios presentes en el agua de mezcla. Asimismo se hace un breve repaso de algunas relaciones iónicas de interés, en el estudio de la intrusión marina. En muchas ocasiones para establecer la existencia de un proceso de salinización por intrusión marina se utilizan algunas relaciones iónicas, entre las que destaca la relación rCl /rHCO3 . Dado que el cloruro prevalece en el agua de mar y que el bicarbonato caracteriza a la mayor parte de las aguas dulces, siendo muy baja su concentración en el agua de mar, el rápido incremento de esta relación es un excelente trazador de la invasión marina. En el agua de mar sus valores oscilan entre 20 y 50, mientras que en las aguas dulces varían en el rango entre 0.1 y 5.0 2También la relación rSO4 /rCl es de gran interés para identificar el proceso de intrusión marina ya que tiene un valor característico (0.1) en el agua de mar. Un acercamiento de los valores de esta relación en el agua salina, puede ser indicio de contaminación por agua de mar. 2+ 2+ Finalmente, la relación rMg /rCa puede considerarse indicativa de contaminación marina, especialmente cuando su incremento va acompañado de un aumento del contenido de cloruros y de la relación rCl /rHCO3 . En el agua de mar alcanza valores en torno a 5, mientras que en las aguas dulces es de 0.3 a 1.5. Estas relaciones son interesantes, siempre y cuando no existan fenómenos fisico-químicos que interfieran modificando sustancialmente las concentraciones iónicas. Procesos Modificadores Si en las aguas salinas sólo ha intervenido el proceso de mezcla las concentraciones iónicas serían iguales a las que establece el porcentaje de agua de mar en la mezcla, sin embargo, el contenido de cada uno de los iones no sólo depende de las concentraciones de las facies originales, salada y dulce, sino también de la intervención de los procesos físico-químicos que tienen lugar en la interacción agua-roca. Básicamente, los principales procesos involucrados son los relacionados con la disolución y/o precipitación de carbonatos, los procesos redox (reducción de sulfatos) y el intercambio iónico. Los procesos físico-químicos deben abordarse como fenómenos modificadores que alteran la composición teórica de una mezcla conservativa agua dulce-agua de mar. Cuando se conocen las composiciones químicas de los dos miembros que intervienen en la mezcla (agua dulce y agua de mar), puede establecerse la composición de un agua de mezcla, a partir del contenido en ión cloruro. Este es el indicador de salinización utilizado habitualmente para establecer los porcentajes de mezcla, por su carácter conservativo. Se debe tener en cuenta que la importancia de todos y cada uno de los procesos depende de factores como la salinidad de las aguas resultantes de la mezcla, litología del acuífero, fases minerales presentes en la matriz, grado de saturación de las aguas para estas u otras fases minerales, parámetros físico-químicos (pH, Eh, temperatura). El tema es complejo en su conjunto, pues no siempre es posible reconocer con precisión cada uno de estos factores. El problema alcanza mayor complejidad cuando intervienen dos o más procesos, que es lo más habitual, pues cada uno de ellos tiene consecuencias que inciden directa o indirectamente en los otros. En ocasiones, además, dos procesos diferentes pueden dar aparentemente resultados parecidos si se analizan desde un único punto de vista. Así, por ejemplo, la disolución de la calcita puede contribuir al exceso de alcalinidad, incremento que puede también explicarse biológicamente, por simultánea oxidación de la materia orgánica y reducción de sulfato. Por tanto, abordar el problema argumentando de forma simplista los posibles procesos que justifiquen las anomalías observadas, inducen a errores de diagnóstico. La complejidad del conjunto hace necesario estudiar minuciosamente todas y cada uno de las variaciones observadas e integrarlas en un modelo global que dé respuesta a todos y cada uno de los procesos. No obstante, en la medida que establecer pautas generales de comportamiento ayuda a la comprensión de los procesos y en definitiva facilita el estudio hidroquímico, en la tabla se muestra un esquema general donde se intentan justificar las variaciones más frecuentes, respecto a la mezcla teórica. Cada variación, no obstante, puede estar relacionada con la disolución o precipitación de fases minerales; así, por ejemplo, un incremento en la concentración de Ca en la solución puede ser debido a disolución de yeso y/o anhidrita, del mismo modo que un delta negativo puede justificarse con la precipitación mineral. Dado que existen múltiples posibilidades en este sentido, el estudio debe considerar el cálculo de los estados de saturación de las aguas con respecto a aquellas fases minerales que pueden formarse o precipitar en el medio estudiado. Sólamente se han considerado las especies carbonatadas calcita y dolomita, por su abundancia en los sistemas hidrogeológicos. ION Cl Deltas - SO4 Procesos que pueden justificarlo Procesos paralelos -∆SO42+ - Reducción de sulfatos - Incremento [HCO3 ] +∆SO42 -∆HCO3 - Oxidación de sulfuros Conservativo 2- HCO3 - +∆HCO3 NO3 Ca2+ Mg2+ +∆NO3 -∆Ca2+ - - Disminución [HCO3 ] - Precipitación CaCO3 - Precipitación CaMgCO3 - Disminución de [Ca2+]y/o[Mg2+] - Disolución CaCO3 - Dosolución CaMgCO3 - Incremento de [Ca2+]y/o[Mg2+] - Contaminación agrícola - Cambio iónico directo - Precipitación CaCO3 - Incremento [Na+] ([K+], [Mg2+]) - Disminución [HCO3 ] +∆Ca2+ - Cambio iónico inverso - Disolución CaCO3 -∆Mg2+ - Cambio iónico directo/inverso - Modificación [otros cationes] - Sustituye Fe2+ arcillas ambiente reductor - Disminución [SO42 ] - Incremento [HCO3 ] - Precipitación dolomita - Disminución [HCO3 ] +∆Mg2+ - Disminución [Na+] ([K+], [Mg2+]) - Incremento [HCO3 ] - Disminución rMg/rCa - Cambio iónico directo/inverso Na+ - Modificación [otros cationes] - Disolución dolomita - Incremento [HCO3 ] -∆Na+ - Cambio iónico inverso - Incremento [Ca2+] ([Mg2+]) +∆Na+ - Cambio iónico directo - Disminución [Ca2+] ([Mg2+]) K+ -∆K+ - Adsorción minerales arcilla - Cambio iónico inverso acompañando al Na+ - Disminución [Na+] e incremento [Ca2+] +∆K+ - Cambio iónico directo acompañando al Na+ - Incremento [Na+] y disminución [Ca2+] Síntesis de los procesos modificadores relacionados con la intrusión marina Iones minoritarios Se puede estudiar una familia muy amplia de iones minoritarios aunque habitualmente se tienen en cuenta sólo algunos de ellos: B, Br, Li, Sr y I. Todos ellos están presentes en el agua de mar en concentraciones mucho más elevadas que en las aguas dulces subterráneas, por lo que serán tratados en relación a su valor como indicadores alternativos de intrusión marina. Los resultados de investigaciones realizadas utilizando estos parámetro determinan, sin embargo, que su principal virtud radica en que pueden ser buenos trazadores de procesos de salinización alternativos a la intrusión de agua de mar. Muchas veces, cuando se detectan altas concentraciones de estos elementos, puede pensarse en la posibilidad de que sean indicadores del tiempo de residencia de un agua en el acuífero. En este sentido, su estudio puede ayudar a determinar si la intrusión de agua de mar es reciente o las condiciones locales del terreno han determinado un prolongado tiempo de contacto agua-sedimento. Paralelamente, el estudio de su comportamiento geoquímico muchas veces revela que pueden estar enriquecidos en aguas salinas de diferentes orígenes, por lo que su presencia puede ayudar a detectar este tipo de procesos. BORO En relación a la utilización del boro como elemento indicador de intrusión marina, no existe apenas documentación bibliográfica. Su relación con la salinidad de origen marino y su relativa alta concentración en el agua de mar, en relación a los bajos contenidos en la mayoría de las aguas dulces subterráneas, hace pensar en su interés como indicador de procesos de intrusión marina en acuíferos costeros, cuando no actúen otros procesos interferentes. Siempre que no existan otras fuentes, es un elemento que puede indicar salinización por intrusión marina, dada su buena correlación con el ión cloruro. En situaciones complejas, con interacción de diversos mecanismos de salinización, puede servir para detectar aquellos no relacionados directamente con la intrusión de agua de mar actual, por variaciones significativas de las relaciones B/Cl respecto a los valores propios del agua de mar. En aquellas zonas en que existe una fuerte contaminación de origen antrópico (industrias cerámicas, fertilizantes) los niveles de boro pueden alcanzar valores importantes, detectados incluso en el agua de lluvia, que ve incrementada su concentración de boro por la contaminación atmosférica que ocasionan las industrias de fabricación de esmaltes cerámicos. Si se descarta este tipo de aporte, los elevados contenidos de B respecto a la línea de mezcla agua de mar-agua dulce, pueden relacionarse con la influencia de otros tipos de salinización que atribuyen a flujos de circulación profunda. Las elevadas concentraciones de B pueden atribuirse a particulares factores litológicos o geoquímicos. El boro puede constituir un excelente trazador en las zonas costeras donde el agua de mar intruyente sufre un metamorfismo geoquímico por interacción con las rocas. Evidentemente este enriquecimiento está relacionado con el tiempo de residencia del agua de mar en el acuífero y, consecuentemente, este elemento puede ser considerado como trazador medioambiental. BROMURO La relación entre el Br y el Cl en las aguas es referida en numerosos estudios, hecho que los autores atribuyen a que ambos son aportados por el agua de mar. Por tanto, su presencia en las aguas subterráneas de áreas costeras se atribuye generalmente a procesos de intrusión marina. En estos casos la relación Br/Cl será similar a la del agua de mar. Así, en primera aproximación, el ión Br puede considerarse como un buen indicador de intrusión, aunque la posibilidad de aportes de ión bromuro, no directamente relacionados con el proceso de intrusión marina, puede ser causa de interpretaciones erróneas La detección de aportes anómalos puede hacerse mediante la utilización de la relación Br/Cl, ya que si ambos proceden del agua de mar, la relación iónica tendrá un valor similar al del agua de mar. Valores más bajos se pueden atribuir a aportes suplementarios de ión Cl, mientras que valores superiores al agua de mar pueden corresponder a aguas enriquecidas en ión bromuro: en las aguas de cuencas cerradas, casi estancas, las relaciones rBr/rCl son habitualmente mayores que en las zonas de circulación activa, por tanto esta relación puede ser indicativa de las condiciones hidrodinámicas locales. El Br puede ser aportado también por fuentes no naturales, relacionadas con la contaminación antrópica; por ejemplo, los metilbromuros y otros componentes orgánicos bromurados son utilizados en la práctica agrícola como fumigantes para suelos, granos, frutas y hortalizas. Dado que existe una gran diversidad de fuentes que pueden aportar Br a las aguas naturales y que en ellas la relación Br/Cl es de algún modo característica, parece lógico utilizar los índices Br/Cl o Cl/Br, como base distintiva de su procedencia. Cuando las relaciones Br/Cl son muy elevadas o bien muy bajos los índices Cl/Br, se asume que existe un enriquecimiento de Br que puede derivar de : • Aportes salinos continentales o magmáticos • Relación con salmueras donde la relación Br/Cl excede con mucho a la del agua de mar • Influencia del efecto membrana • Presencia de aguas connatas o procesos de interacción agua-roca • Lavado de formaciones evaporíticas o arcillosas • Contaminación provocada por la aplicación de fertilizantes/ insecticidas o por la polución En relación al efecto que pueden tener los procesos de interacción agua-roca, cabe decir que durante la sedimentación, enterramiento y diagénesis de sedimentos clásticos, el agua interacciona con el sedimento, de forma que puede modificarse su composicón química original. En relación a este proceso, en algunos casos se encuentran elevadas concentraciones de algunos elementos minoritarios y, entre ellos, el bromuro. Como conclusión general, cabe decir que el ión bromuro está considerado como un buen indicador geoquímico, que ha sido utilizado para diferenciar orígenes de salinidad , caracterizar salmueras, en la determinación del origen de las aguas de formación y en estudios hidroquímicos de la intrusión marina. El estudio de su comportamiento puede ser de gran utilidad, sin embargo la dificultad que entraña su determinación analítica limita su utilidad. En ocasiones, pequeños errores de análisis provocan anomalías que no deben ser atribuidas a ningún aporte o sustracción por procesos naturales. Todo ello conlleva que sea poco utilizado en los estudios hidroquímicos generales de las aguas subterráneas. ESTRONCIO La relación entre el Sr y la salinidad de las aguas ha sido puesta de manifiesto por varios autores. Sin embargo, esta relación se desvía muchas veces de la simple mezcla agua dulceagua marina, debido a que el agua de mar no es la única fuente de este ión, circunstancia que restringe su utilización como indicador de este proceso en áreas costeras. Parte del estroncio disuelto en el agua puede proceder de las reacciones entre la solución acuosa y el sedimento. Durante este contacto activo entre la fase acuosa y la matriz del acuífero, el agua de mar se enriquece, entre otros elementos traza, en Sr. Parece por tanto 2+ evidente que el enriquecimiento de Sr en algunas aguas esté relacionado con el tiempo de residencia del agua en el acuífero y, consecuentemente, ello hace que pueda ser útil como trazador medioambiental. 2+ En general, el Sr se ha destacado por ser un buen marcador de las aguas y, junto a otros iones minoritarios puede ser un indicador del tiempo de residencia del agua en la matriz del acuífero. Asimismo, el Sr puede ayudar a identificar varias fases de intrusiones salinas antiguas. -4 El valor de la relación Sr/Cl en el agua de mar es aproximadamente de 5.5 10 , de forma que este índice puede ser un buen punto de referencia para caracterizar aguas salinizadas por intrusión de agua de mar. Valores superiores a éstos implican aportes de ión estroncio diferentes al agua marina y probablemente relacionadas con los aportes diferenciales del agua dulce que interviene en la mezcla. Estas diferencias entre los valores de la relación rSr/rCl, respecto a los propios del agua de mar, se haran más notables en las aguas poco salinizadas, pues en ellas la proporción de agua dulce, relacionada con aportes no marinos, será comparativamente más importante. Esta consideración otorga al ión Sr utilidad en la zonación hidroquímica, ya que puede establecer diferencias geoquímicas entre las aguas de alimentación. Entre los constituyentes minoritarios, el Sr es el que está más fuertemente ligado a los procesos de disolución de rocas carbonáticas. Los procesos diagenéticos de las rocas carbonatadas son una de las principales causas de la liberación de estroncio y su enriquecimiento en las aguas. Una de las reacciones diagenéticas más importantes en zonas costeras, que consigue modificar la composición química de los fluidos marinos intruyentes, es la formación de dolomita. Esta reacción modifica las concentraciones no sólo del Mg, Ca y HCO3 , sino que además puede conducir, indirectamente a un enriquecimiento de Sr en las aguas. Esto es debido a que el Sr, presente en la red del carbonato cálcico primario, es liberado durante el proceso, y posteriormente permanece en la disolución porque difícilmente puede entrar en la red de la dolomita diagenética, donde la concentración de Sr suele ser la mitad de lque se registra en la calcita marina. El enriquecimiento en Sr en las aguas, en contacto con sedimentos carbonatados, puede atribuirse también a la liberación de iones Sr durante la recristalización de aragonito en calcita. Ya que la proporción de Sr en la red de aragonito es mayor que en la de la calcita, la recristalización de aragonito a calcita provocará una liberación de este elemento, que pasará a enriquecerse en las aguas. También procesos que involucren únicamente a la calcita, pueden provocar el mismo efecto (aunque de menor entidad), debido a que la calcita primaria contiene mayor proporción de Sr que la diagenética. A pesar de la importancia de los procesos de disolución-precipitación de carbonatos en la geoquímica del estroncio, existen otros fenómenos que pueden favorecer su presencia en las aguas subterráneas. Algunos autores ponen de manifiesto que la presencia de Sr puede estar relacionada con la lixiviación de sulfatos y carbonatos de estroncio en las rocas almacén de petróleo, por lo que consideran que su presencia en las aguas subterráneas puede ser un potencial indicador de la formación de petróleo. Como consecuencia de los argumentos expuestos, se concluye que el Sr puede considerarse, en los estudios hidrogeoquímicos, como un trazador de proceso e indicador de tiempos de residencia relativos, del agua en el acuífero. Hay autores que proponen el cálculo del tiempo de residencia del agua dulce en un acuífero carbonatado, teniendo en cuenta el contenido de estroncio en las diferentes fases sólidas y en las aguas subterráneas. LITIO En relación con el interés del litio como indicador de intrusión marina en acuíferos costeros, varios autores le confieren un significativo valor en atención a su relativamente alta concentración en el agua de mar, respecto a las aguas subterráneas dulces. En general, se puede decir que, en las aguas de acuíferos costeros sometidos a intrusión marina, existe una buena relación lineal entre el contenido de litio y cloruro, siempre y cuando no existan otros aportes de litio diferentes al agua de mar. El litio puede ser también útil como indicador del tiempo de residencia de las aguas en el acuífero. El agua de mar intruyente, al interaccionar con la roca, se enriquece en litio; este incremento puede relacionarse con el tiempo de contacto agua-roca o periodo de residencia del agua de mar en al acuífero. Entre todos los trazadores que pueden ayudar a discriminar las aguas saladas, el Li tiene el más amplio intervalo de variación porcentual, aunque se refiera a variaciones del orden de los microgramos. Además, a diferencia del Ca y Sr, está prácticamente ausente en las aguas dulces. Su enriquecimiento no puede atribuirse a los procesos de disolución de la matriz carbonatada, como el Sr, sino, más probablemente, al paso a solución de impurezas contenidas en la matriz, lo que hace que esté más directamente ligado a los tiempos de contacto agua-roca. Las aguas termales están frecuentemente enriquecidas en litio, donde puede estar en concentraciones de 100 a 10.000 veces superiores a las de las aguas superficiales. Ello determina que este elemento sea un buen trazador en exploraciones geoquímicas de sistemas hidrotermales. Aunque el contenido de Li en las aguas termales puede variar de acuerdo al tipo de roca lixiviada, parece ser que las variaciones en este sentido son de importancia secundaria respecto a las diferencias observadas entre aguas termales y aguas frías. El litio se enriquece en el agua, principalmente o casi exclusivamente, cuando la interacción agua-roca tiene lugar a mayor temperatura que la ambiental. Por otra parte, cuando este elemento entra en las aguas, no hay ningún proceso importante capaz de separarlo de ellas. El estudio hidroquímico en la Plana de Castellón, donde se encuentran valores anormalmente elevados de Li, con concentraciones que pueden alcanzar localmente 0.7 mg/l, sugiere la existencia de aportes de litio relacionados con flujos regionales de circulación profunda enriquecidos en este elemento, y no vinculados con el actual proceso de intrusión marina que sufre el acuífero. YODURO En áreas costeras, es frecuente que se encuentre relación entre las concentraciones de yoduro y cloruro en las aguas subterráneas, lo cual puede relacionarse con un proceso de intrusión marina; de hecho, las concentraciones de este elemento en el agua de mar y las aguas dulces son significativamente diferentes. En este sentido, el yoduro puede considerarse un posible buen indicador del fenómeno de mezcla agua de mar-agua dulce en acuíferos costeros. Sin embargo, por lo general, aún existiendo cierta relación entre los contenidos de ión cloruro y yoduro en las aguas salinas, muchas veces, en las aguas subterráneas, suele apreciarse que la relación I/Cl es superior a la del agua de mar, lo cual se atribuye a intercambio entre la matriz del acuífero y las aguas subterráneas en contacto con ella. Durante la sedimentación, enterramiento y diagénesis de sedimentos clásticos, el agua sedimentaria interacciona con la roca modificando su composición química. En algunos casos se encuentran elevadas concentraciones de algunos elementos minoritarios como Sr, Br y I, enriquecimiento que es interpretado como indicativo del tiempo de residencia del agua en el acuífero. El yoduro proviene de la materia orgánica contenida en los sedimentos. Después de que el agua de mar queda atrapada en el sedimento marino depositado, se pueden producir muchos cambios en la composición química de las aguas y del sedimento. El I y B, selectivamente concentrados en organismos que se descomponen durante y después del enterramiento de los sedimentos, se enriquecen en las aguas intersticiales al reaccionar químicamente con el sedimento. En ocasiones puede ser indicador del tiempo de residencia de un agua en el acuífero, pues elevadas concentraciones de este elemento indican un tiempo de contacto largo entre el agua y la roca. Técnicas isotópicas La aplicación de trazadores isotópicos al estudio de las aguas naturales requiere un profundo conocimiento de los principios que rigen su distribución en la hidrosfera y de su comportamiento en el desarrollo de los procesos meteorológicos, hidrodinámicos, hidroquímicos e hidrogeológicos. Las técnicas isotópicas ayudan a identificar los mecanismos de salinización. La composición de los isótopos estables del agua no está generalmente sujeta a cambios durante el flujo (procesos modificadores). Cuando la salinidad es el resultado de la mezcla de una agua salada con otra dulce, las aguas salobres resultantes tienen salinidades y composiciones isotópicas diferentes. La composición isotópica del agua de mar es diferente a la del agua dulce. Por tanto, los valores del Oxígeno18 y Deuterio, individualmente o en conjunto con el Cl están linealmente correlacionadas sobre una línea de mezcla, dentro de unos límites definidos por el agua de mar y el agua dulce. Normalmente, las salmueras, aguas fósiles, aguas de formación y fluidos magmáticos o geotermales muestran una composición isotópica distintiva, de modo que su mezcla con aguas subterráneas puede ser identificada fácilmente mediante la combinación de análisis químicos e isotópicos Los isótopos radioactivos como el tritio y Carbono-14 pueden ser empleados para resolver problemas de salinización de las aguas La presencia de Tritio en las precipitaciones tiene como consecuencia el trazado de las aguas en todas las fases del ciclo hidrológico. En la intrusión marina puede ser utilizado dado que las aguas marinas presentan pequeños contenidos y la existencia de bajas concentraciones puede indicar la presencia de aguas recientes El Carbono-14 se produce continuamente en la atmósfera terrestre y está presente en toda la materia orgánica. A lo largo del tiempo el C-14 disminuye de acuerdo con la ley de desintegración radioactiva, con lo que su análisis permite la datación de una agua. El azufre-34 y el oxígeno-18 de los sulfatos pueden ser usados para determinar el origen del sulfato, ya que aquellos procedentes del agua de mar actual tienen un valor específico, del mismo que las diferentes fuentes de sulfatos, de modo que el análisis del S-34 puede ser útil en la determinación del origen de los sulfatos. MÉTODOS DE LUCHA Como medidas de prevención y control de la intrusión marina, cabe destacar: 1. Disminución de bombeos 2. Reubicación de captaciones 3. Barreras de inyección 4. Barreras de depresión 5. Recarga artificial 6. Utilización de la reserva de una vez 7. Colectores costeros Recarga Artificial Se define la recarga artificial como un conjunto de técnicas que permiten aumentar la disponibilidad de agua subterránea, con la calidad apropiada a los usos a los que se destina, mediante una intervención consciente, directa o indirecta, en el ciclo natural del agua. Por consiguiente, el objetivo principal de estas técnicas o métodos es incrementar los recursos de un acuífero; pero además de este objetivo es posible establecer otros, entre los que destacan: * Reducir los descensos del nivel del agua subterránea y, si es posible, elevarlo. * Conservar y / o eliminar agua de escorrentía y de tormenta. * Detener y / o reducir la intrusión marina y la formación de conos de ascenso salino. * Almacenar agua dulce en el terreno cuando las obras superficiales no son posibles. * Mejorar el uso conjunto de aguas subterráneas y superficiales. * Aumentar la disponibilidad de agua de una calidad determinada mezclando el agua de recarga con la existente en el acuífero. * Modificar la calidad del agua por medio de los diversos procesos que se dan en el terreno y en el acuífero. * Recuperar aguas residuales, después de un pretratamiento y una depuración en el terreno. Los posibles orígenes de agua, normalmente utilizadas para recarga son: - Agua superficial de cursos continuos - Agua superficial de cursos de régimen esporádico - Escorrentía de aguas de tormenta - Agua procedente de otro acuífero - Agua residual doméstica. Métodos de recarga Existen numerosos métodos para llevar a cabo la recarga artificial de un acuífero. Estos métodos se pueden agrupar en dos tipos principales de sistemas: 1.Sistemas de recarga en superficie 2.Sistemas de recarga en profundidad El primer sistema se emplea en los casos en que el acuífero a recargar sea libre y sin niveles poco permeables próximos a superficie Se basa en una circulación del agua a través del suelo desde la superficie hasta el acuífero por infiltración-percolación, lo que permite que se lleven a cabo procesos de autodepuración del agua cuando circula por esta franja no saturada del terreno. Los problemas de este sistema son las pérdidas por evaporación del agua, los medioambientales y la necesidad de acondicionamiento previo del terreno. Los métodos más usuales son las balsa y lagunas. En el segundo caso el agua es conducida e introducida directamente en el acuífero. Se utilizan especialmente cuando un nivel semipermeable o impermeable separa el acuífero de la superficie del terreno. El factor más importante a considerar es la calidad del agua de recarga pues ésta se mezcla directamente con la del acuífero, sin sufrir ninguno de los procesos de depuración que se dan cuando el agua se infiltra y atraviesa la zona no saturada. Además, este agua debe ser lo suficientemente limpia para no producir problemas de colmatación en los sistemas de recarga, pues de lo contrario habría que establecer sistemas de limpieza que implican altos costes de mantenimiento. Los métodos más utilizados son los pozos y/o sondeos. Reserva de una vez La reserva de una vez se define como la disminución de un volumen de reservas equivalente a un cierto avance de la interfase. Este avance saliniza dicho volumen y lo inutiliza para su uso. El volumen de la reserva de una vez es: V = 1/2 b.L.m.A donde: b: espesor del acuífero L: penetración de la cuña m: porosidad eficaz a: anchura de la sección considerada Techo del acuífero Nivel del mar Posición final de la interfase b Agua dulce Base del acuífero RESERVA DE UNA VEZ Agua salada Posición inicial de la interfase L Colectores costeros El principio básico de una adecuada gestión de los recursos en acuíferos costeros es permitir un flujo de agua dulce al mar suficiente para mantener la interfase en la posición más favorable para el equilibrio entre la intrusión y la utilización de los recursos. Ese flujo de agua dulce, una vez cumplida su misión, puede ser interceptado cerca de la costa mediante bombeo en captaciones de reducido caudal y pequeña depresión. Inicialmente estos colectores puede utilizarse para extraer la reserva de una vez, para lo cual deben estar colocados entre las posiciones inicial y final prevista de la interfase. Una vez que se alcanza la posición final debe reducirse considerablemente el caudal estableciendo un compromiso entre el control de la posición de la interfase y la salinidad del agua extraída. OTROS PROCESOS DE SALINIZACIÓN La salinidad de las aguas no siempre puede explicarse como derivada de un único origen o mecanismo salinizador individual; muchas veces parecen existir varios procesos de diferente naturaleza, unos dominantes sobre otros o de similar entidad. De hecho, la salinización de acuíferos costeros no siempre es debida exclusivamente a la intrusión de agua de mar. En algunos casos, otros fenómenos pueden participar en el incremento de sólidos disueltos en el agua subterránea: lixiviado de sales, aguas salinas de diferentes orígenes, etc. La salinidad puede ser adquirida dentro del terreno, ya que en ocasiones pueden existir sales solubles en el terreno, capaces de producir aguas muy salinas, incluso más que el agua de mar. También puede darse el caso de que en el terreno se puedan encontrar aguas salinas antiguas, en general de origen marino, pero prácticamente estacionarias o en un proceso muy lento de expulsión. La principal cuestión es determinar el origen de la salinidad del agua en cualquier área e identificar el mecanismo responsable de la abundancia de cada elemento presente en solución. La caracterización de diferentes tipos de aguas subterráneas y la determinación de su flujo natural y evolución es un área importante dentro de la interpretación geoquímica, donde el concepto de facies hidrogeoquímica adquiere especial relevancia. Dicho concepto representa la respuesta de los procesos químicos que operan entre la litología y el flujo del agua subterránea. Sin embargo, la hidroquímica no siempre permite diferenciar con claridad los diversos tipos de salinización. Aunque normalmente los métodos hidroquímicos permiten una buena aproximación al problema, la superposición de procesos puede frecuentemente dar lugar a interpretaciones dificultosas. Se puede establecer principalmente cuatro procesos de salinización alternativos a la intrusión marina. La diferencias existentes entre ellos son en ocasiones muy sutiles, de modo que la división establecida obedece más a una intención de ordenar conceptos que a un orden genético. Además, como ya se ha mencionado, no siempre es fácil delimitar el campo de actuación de cada uno; habitualmente todos participan, en mayor o menor grado. Estos procesos son: 1. Mezcla con aguas salinas de diferente orígenes 2. Disolución de sales por contacto agua-roca 3. Condiciones hidrodinámicas específicas 4. Salinización en condiciones áridas Mezcla con aguas salinas de diferentes orígenes Salmueras Tienen su origen en la evaporación directa del agua de mar. La evaporación, considerada como el proceso inverso de la dilución de una solución, es un proceso que elimina moléculas de agua y concentra los solutos en solución. El incremento de las concentraciones puede provocar la precipitación, cuando se sobrepase el producto de solubilidad del sólido. Las sales que precipitan del agua de mar, por el proceso de evaporación, lo hacen en un orden preciso o secuencia, comenzando con las menos solubles (carbonatos) y finalizando con los sólidos más solubles (sales de magnesio), pero no siempre puede completarse la secuencia de evaporación y, por ello, la composición química de una salmuera podrá ser muy diferente según su estadio evolutivo. Aguas connatas o de formación. Las aguas subterráneas connatas son aquellas que existen en el acuífero desde que los materiales que lo forman fueron depositados. En la actualidad, la presencia de auténticas aguas connatas es poco común, excepto en sedimentos muy recientes. Se considera que las aguas connatas de las rocas sedimentarias proceden generalmente del agua de mar atrapada con los sedimentos durante la etapa de depósito. Son aguas que han visto alterada su composición por diferentes procesos, como son, la mezcla con aguas meteóricas y reacciones con los granos minerales y materia orgánica con los que están en contacto. Entre los procesos químicos más frecuentes figuran: la dolomitización, reducción de sulfatos, intercambio iónico y efecto filtración de membrana. El efecto filtración de membrana, ejercido por lechos de arcillas, restringe y selecciona el movimiento de solutos, principalmente cationes, respecto al movimiento del agua Aguas fósiles. Su génesis es muy similar a la descrita anteriormente para las aguas connatas o salmueras; de hecho, existen pocas diferencias en su génesis. Sin embargo, dada la abundancia de este término en la bibliografia consultada, parece apropiado tratar este tipo de aguas individualmente. El agua de mar abierto es un prototipo de agua clorurada. Dicha facies comienza a modificarse si se pasa de las condiciones de mar abierto a un ambiente más restringido, pues la evaporación conduce a variaciones en las relaciones estequiométricas de los diversos iones presentes. Cuando se alcanza y supera el límite de saturación de algunas sales, éstas comienzan a precipitar, mientras que el agua madre continua enriqueciéndose en los elementos más solubles y estequiométricamente menos abundantes en el agua de mar original. La flora y fauna, fuera de su hábitat, mueren, acumulándose en el fondo y formando espesos yacimientos de limo. Su descomposición posterior restituirá a la solución los elementos contenidos en la materia orgánica original. Este agua adquiere con ello una facies química típica que se conoce habitualmente como agua fósil. Entre el agua de mar abierto y el agua fósil, existe toda una vasta gama de tipos de agua que se refleja en su composición estequiométrica, edad y características de los yacimientos de los que proviene. Aguas volcánicas Las aguas volcánicas de fuentes termales son principalmente cloruradas sódicas y parecen tener su origen en gases que se condensan. Son similares a las aguas connatas pero pueden + distinguirse de ellas porque suelen tener elevadas concentraciones de Li , F , SiO2, B, S y CO2 2+ 2+ y, a menudo, son pobres en Ca y Mg . Aguas termales. Las aguas termales no siempre tienen su origen en la actividad volcánica, en ocasiones se encuentran asociadas a sedimentos evaporíticos y deben su elevada temperatura a su circulación en profundidad. Su caracterización, dada la complejidad de factores que intervienen sobre su mineralización, sus condiciones de emergencia, origen etc., requiere la adquisición e interpretación de numerosos parámetros. Disolución de sales por contacto agua-roca La salinidad del agua subterránea se incrementa con el flujo y tiempo de residencia y depende, por consiguiente, de la permeabilidad de acuífero. La velocidad de disolución es en general tanto mayor cuanto mayor es la temperatura y el grado de división y superficie de contacto agua-roca. Las rocas permeables por porosidad ceden más sales que las permeables por fisuración. Con el aumento del tiempo de contacto del agua con el terreno se incrementa la capacidad de disolución del agua hasta alcanzarse los respectivos productos de solubilidad. En general, la diferencia entre tiempos de residencia produce una diferenciación de las características geoquímicas de las aguas. Por otra parte, es importante hacer constar que el aumento de concentración suele conducir a un incremento de la capacidad para disolver nueva cantidad de sales, a consecuencia del aumento de fuerza iónica. Condiciones hidrodinámicas específicas Los controles hidrogeológicos en la descarga del agua subterránea son probablemente los factores más importantes que gobiernan la presencia de muchas aguas subterráneas salinas. Las aguas salinas pueden encontrarse en materiales de baja transmisividad, en contacto con el acuífero principal que contiene aguas dulces. Las condiciones estáticas pueden favorecer la difusión entre cuerpos de agua dulce y agua salada que entran en contacto. La salinidad depende en muchos casos de las características de flujo de un acuífero local. En áreas costeras, las aguas de reciente intrusión son indicativas de la existencia de interacción hidráulica entre el acuífero y el mar, mientras que cuerpos de agua salada antigua, relativamente estables, representan zonas donde el flujo de las aguas subterráneas es bajo o nulo. Salinización en condiciones áridas La evaporación es el principal proceso en el ciclo hidrológico. De la lluvia que llega al continente, más de la mitad retorna a la atmósfera tanto por evaporación directa como por la transpiración de las plantas. El efecto neto de la evaporación es la eliminación de agua de la solución, con el consiguiente aumento de las concentraciones de todos los componentes disueltos. Aunque la evaporación tiene lugar en cualquier clima, sólamente en climas relativamente áridos llega a ser un proceso de principal interés en el control de la composición del agua. La presencia de agua salina en estas zonas puede deberse al efecto de evaporación por capilaridad. En estas áreas también puede darse el proceso conocido como cyclic salting, o entrada de sales en el terreno desde la precipitación. Se da en áreas con recarga intermitente, donde las épocas de escasa precipitación, favorecen la concentración de sales en la zona no saturada. Posteriormente, durante las etapas húmedas las sales serán transportadas y alcanzarán las aguas subterráneas.
