Determinacin de las especies sorbidas de uranilo en fosfatos de

CARACTERIZACIÓN HIDROGEOQUÍMICA Y MORFOLÓGICA DE SEDIMENTOS
DEL LAGO-CRÁTER “LA ALBERCA”
Raymundo REYES GUTIÉRREZ1, Elizabeth Teresita ROMERO GUZMÁN2
y Juan A. MEJÍA G.3
1
Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo. Centro de Investigaciones en
Ciencias de la Tierra, Carretera Pachuca-Tulancingo Km. 4.5, Pachuca Hidalgo.
Código Postal 42184. Teléfono: +52 77 17 17 20 00 extensión 6622, Fax: +52 77 17
17 21 33. lreyes@uaeh.reduaeh.mx. 2Instituto Nacional de Investigaciones
Nucleares. Gerencia de Ciencias Básicas, Departamento de Química. Carretera
México-Toluca km 36.5, Salazar Estado de México. AP 18-1027. Código Postal
52045. Teléfono +52 55 53297200, extensión 2266, Fax: +52 55 53297301.
3
Consejo Técnico de Aguas de Irapuato, Valle de santiago A.C. Boulevard del
Parque S/N. Col. Eco-Parque Código Postal 36780. Salamanca Guanajuato México.
Teléfono +52 4646501430
Palabras clave: agua subterránea, sedimentos, calidad
INTRODUCCIÓN
Valle de Santiago (VS) se caracteriza por la gran fertilidad de sus tierras, la variedad
de sus productos y ofrece un interés particular por sus paisajes constituidos por
formaciones volcánicas del Reciente. El municipio de VS, está interesado en
recuperar y proteger el lago- cráter conocido como “Hoya La Alberca” que se
encuentra en el interior de un cono cinerítico del Cuaternario de los denominados
maars, ubicado en la parte poniente de la ciudad. El lago-cráter “La Alberca”, es el
que se encuentra más cercano a la ciudad y es al que se le ha puesto atención para
recuperarlo por el impacto que representa en la calidad del agua subterránea de la
zona, figura 1. Mantener la calidad del agua en los márgenes del cráter-lago es un
factor crítico para asegurar la sostenibilidad de los recursos del agua subterránea,
debido a que la calidad es afectada por la disminución del recurso, por el uso del
suelo y la contaminación de fuentes puntuales (Reyes et al., 2002). El objetivo del
presente trabajo es evaluar la calidad del agua subterránea e identificar la
morfología y composición química elemental de los sedimentos del cráter-lago por
microscopía electrónica de barrido para recuperar el cuerpo de agua para
abastecimiento de agua a la región.
1
ESTADO DE S.L. POTOSI
OCAMPO
SAN DIEGO
DE LA UNION
VICTORIA
XICHU
SAN
FELIPE
ATARJEA
SAN LUIS
DE LA PAZ
DR. MORA
ESTADO
DE
JALISCO
TIERRA
DOLORES HIDALGO
SAN JOSE
ITURBIDE
LEON
ESTADO
DE
GUANAJUATO
SILAO
COMONFORT
SAN FCO.
DEL RINCON
ROMITA
JUVENTINO
APASEO EL
IRAPUATO
PURISIMA DEL
RINCON
BLANCA
SAN M. ALLENDE
GRANDE
ROSAS
CD.M.
DOBLADO
SALAMANCA
QUERETARO
CELAYA
PUEBLO NUEVO
CUERAMARO
APASEO EL
ALTO
CORTAZAR
ABASOLO
VALLE DE SANTIAGO
TARIMORO
JARAL
PENJAMO
JERECUARO
YURIRIA
MARAVATIO
URIANGATO
MOROLEON
ESTADO DE
MICHOACAN
CORONEO
SALVATIERRA
HUANIMARO
TARANDACUAO
ACAMBARO
VALLE DE SANTIAGO
Figura 1. Localización geográfica del estado de Guanajuato
MATERIALES Y MÉTODOS
Mantener la calidad del agua en las márgenes del cráter-lago La Alberca es un factor
critico para asegurar la sostenibilidad de los recursos del agua subterránea, debido a
que la calidad del agua subterránea está afectada tanto por la disminución del
recurso agua subterránea, como por el uso del suelo y la contaminación de fuentes
puntuales. Para analizar el agua nativa de La Alberca, figura 2 se tomaron muestras
de 2 pozos aledaños (Francisco Villa y el Capulín) y se realizaron las
determinaciones de acuerdo a la Norma Oficial Mexicana NOM-127-SSA1-1994. Las
determinaciones fisicoquímicas del agua subterránea que se realizaron en los pozos
Francisco Villa y El Capulín, así como del agua y sedimentos del lecho de La
Alberca fueron Sólidos Disueltos Totales, Ca, Mg, NO3, HCO3, SO4, Fe, Mn, As, F,
Alcalinidad Total, Dureza Total, pH, Temperatura, Conductividad Eléctrica,
Coliformes Totales en NMP (número Más Probable).
El pozo Fco. Villa dista al suroeste de La Alberca aproximadamente 1.38 Km y el
pozo El Capulín se ubica en las faldas del cráter en el lado noreste. Durante la toma
de muestras de agua y sedimentos, sólo se midieron la temperatura y el pH, lo cual
dio una idea preliminar de la calidad del agua. En la tabla I se presentan los valores
de los parámetros medidos en campo.
Tabla I. Parámetros de calidad del agua determinados en campo.
POZO
Capulín
Fco. Villa
La Alberca
Temperatura
ambiental , °C
21
23
28
Temperatura de la
muestra, °C
29
35
30
pH
7.4
6.3
9.6
2
Figura 2. Localización del Lago-cráter La Alberca y los pozos en estudio en el lugar
de las siete luminarias, Valle de Santiago México
3
Los análisis físico-químicos se determinaron en el Laboratorio certificado LAQUIMIA
(Laboratorio Químico Industrial y Agrícola, S.A. de C.V.) en Irapuato Guanajuato.
Para el análisis, por microscopía electrónica de barrido de alto vacío, de los
sedimentos del cráter, éstos se colocaron en portamuestras de Al con una cinta de
carbono, se recubrieron con oro. Se observaron y analizaron en un microscopio
electrónico de barrido marca PHILLIPS XL-30 en alto vacío a 25kV de voltaje de
aceleración. Se utilizó una sonda marca EDAX modelo DX-4, para realizar el análisis
químico elemental por el método de energía dispersiva de rayos X (EDS).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
1. HIDROGEOQUÍMICA DEL AGUA SUBTERRÁNEA
El agua subterránea que ocurre naturalmente presenta una variabilidad química
debida a procesos naturales. Los elementos traza entran y dejan el sistema
dependiendo de la unidad geológica que está en contacto con el agua subterránea o
la mezcla de otra agua subterránea. Un flujo constante de solución, precipitación y
adsorción ocurre a través del sistema y la calidad del agua subterránea depende del
tipo de roca, acuífero y de la geoquímica del sistema. En consecuencia, la calidad
del agua subterránea es variable y se desarrolla conforme se mueve el agua en el
acuífero.
La calidad del agua subterránea no necesariamente es buena (potable) y puede
contaminarse por elementos traza, químicos orgánicos y contaminantes biológicos.
Este hecho ocurre en el sistema acuífero de Valle de Santiago, sobre todo en el área
de recarga natural, parte alta del municipio, por los procesos de erosión e
intemperismo a que está expuesta la roca parental, produciendo una mineralización
que lixivia hacia el agua subterránea. Este proceso se observo en el agua
subterránea que extrae el pozo Francisco Villa, que presenta un pH ácido, con altas
concentraciones de metales, principalmente hierro y manganeso, al formarse una
capa que puede conducir la corrosión de una tubería de revestimiento del pozo.
Por otro lado, aguas altamente alcalinas como las de La Alberca, pueden ser
corrosivas al hierro y formar ferrita de sodio soluble. También debe tomarse en
cuenta que, como la temperatura del agua subterránea que extrae el pozo Francisco
Villa es alta 30°C, puede aumentar la permeabilidad del material arcilloso presente
en La Alberca con altos niveles de sólidos disueltos. La permeabilidad de la arcilla,
también depende de la salinidad y composición química del agua inyectada. Sin
embargo, cuando la arcilla dentro de la zona de inyección se pone en contacto con
el agua inyectada de baja salinidad, los materiales arcillosos tienden a rearreglar su
estructura para aceptar y absorber el agua adicionada en sus superficies. Este
nuevo patrón de las arcillas puede disminuir la permeabilidad. Ante todo, las arcillas
son intercambiadores catiónicos. Su bajo potencial de intercambio aniónico está
limitado sólo al ión OH-.
El pozo Francisco Villa dista al suroeste de La Alberca aproximadamente 1.38 km y
el pozo El Capulín se ubica en las faldas del cráter en el lado noroeste. Durante la
toma de muestra de agua y sedimentos, sólo se midieron temperatura y pH.
Los resultados de los análisis químicos han proporcionado información acerca de la
calidad del agua subterránea, permitiendo evaluar la compatibilidad del agua del
pozo con la de la Alberca y sus sedimentos, tabla II.
4
Del análisis practicado en el pozo Francisco Villa indica que el agua es ácida con un
pH de 6.3. Se determinó que el tipo de agua es Ca-Na-HCO3, que se presentan
como iones dominantes, indicando también que corresponde a agua de recarga que
presenta dilución. Se presenta una concentración alta de Mn, 0.1996 mg/L, que está
por arriba del límite de riesgo, de 0.1 mg/L. El agua de La Alberca es de tipo sódicaclorurada-carbonatada Na-Cl-CO3, alcalina, lo que indica que se trata de aguas con
iones intercambiables. El agua también es de recarga con una concentración
significativa de SO42+, este tipo de aguas son características de depósitos de lavas.
Tabla II. Calidad del agua subterránea los pozos y agua de La Alberca estudiados
Parámetros
Tipo de agua
identificada
Suma de
anions, meq/L
Pozo
Francisco
Villa
Na-HCO3
Sódica
Bicarbonatada
La Alberca
Pozo Capulìn
Na-Cl
Na-HCO3
Sódica
Bicarbonatada
21.66
329.19
13.29:
10.32
1486.75
11.89
35.5%
63.7%
5.6%
1536.7
47291.3
1047.4
0.0
10.53
0.0
1032.7
2776.0
574.7
236.4
33695.0
273.1
K, mg/L
0.0
0.0
0.0
Ca, mg/L
0.0
421.92
0.0
Mg, mg/L
0.0
0.0
0.0
Cl, mg/L
23.2
9412.0
33.0
SO4, mg/L
15.0
297.5
33.0
1259.9
3386.7
701.1
Suma
de
cationes,
meq/L
Balance
Sólidos
disueltos
totales, mg/L
Dureza total,
mmol/L
Alcalinidad,
mg/L CaCO3
Na, mg/L
HCO3, mg/L
Se observa que el pozo Francisco Villa los iones dominantes son el HCO3- y el Na+,
lo que indica aguas de racarga en un ambiente volcánico. Las aguas de La Alberca
son ricas en Cl Na, Ca y HCO3 lo que indica que se trata de aguas con intercambio
iónico inverso de Na+ - Cl, tendientes a la salinidad.
5
Del balance estequiométrico entre los iones, se deduce que se pueden presentar
procesos de intercambio iónico y reducción de sulfato, ya que las razones de
Ca2+/SO4 y Na+/Cl- son mayores que 1.0, principalmente en La Alberca y por tanto
favorecen a la química de carbonatos y complican la disolución simple. La figura 3
muestra la distribución de los iones mayoritarios en el pozo Francisco Villa, Pozo
Capulín y La Alberca. Se observa que las concentraciones mayores se presentan en
la Alberca, mientras que las menores concentraciones se dan en el pozo Francisco
Villa.
10000
Capulín 3
Fco.Villa 2
1000
Alberca 1
100
10
1
0.1
K
Mg
Ca
Na
Cl
SO4
HCO3
SIO2
Figura 3. Distribución de los iones mayoritarios en el pozo
Francisco Villa, La Alberca y el pozo Capulín.
Por otro lado, aguas altamente alcalinas como las de La Alberca, también pueden
ser corrosivas al hierro y formar ferrita de sodio soluble. También debe tomarse en
cuenta que, como la temperatura del agua subterránea que extrae el pozo Francisco
Villa es alta, 30 °C, puede aumentar la permeabilidad del material arcilloso al ocurrir
la mezcla en La Alberca, que además presenta altos niveles de sólidos disueltos
totales (SDT). La permeabilidad de la arcilla, también depende de la salinidad y
composición química del agua inyectada. Sin embargo, cuando la arcilla dentro de la
zona de inyección se pone en contacto con el agua inyectada de baja salinidad, los
materiales arcillosos tienden a rearreglar su estructura para aceptar y absorber el
agua adicionada en sus superficies. Este nuevo patrón de las arcillas puede
disminuir la permeabilidad. Ante todo, las arcillas son intercambiadores catiónicos.
Su bajo potencial de intercambio aniónico está limitado sólo al ión OH-.
Los resultados indican que existe una variación en la calidad del agua subterránea
conforme se infiltra hacia el acuífero. Los elementos entran y salen del sistema
dependiendo de la unidad geológica que está en contacto con el agua. El pH varió
de 6.3 a 9.6. Los tipos de agua identificados son Ca-Na-HCO3 y Na-Cl-CO3. Los
sólidos disueltos totales (SDT) van de 665.7 a 37,924.2 mg/L. El agua del pozo
Francisco Villa presenta alta concentración de Fe0 y Mn2+. La concentración de
cloruros varía de 23.2 a 9,412 mg/L. Los SDT, Mn2+ y Cl- rebasan su límite
establecido por la norma.
6
2. CARACTERIZACIÓN DE SEDIMENTO POR MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA DE
BARRIDO DE ALTO VACÍO.
Con respecto, a la Microscopía Electrónica de Barrido de Alto Vacío (MEB-AV) y
análisis por Dispersión de Energía de Rayos X (EDS) los resultados son los
siguientes. De muestras de sedimento del lecho de La Alberca se puede indicar que
la composición física y química del sedimento es difícil dada su compleja naturaleza.
Sin embargo, en este trabajo se realizó el estudio y caracterización de los materiales
del lecho del cráter-lago La Alberca. Las micrografías obtenidas por MEB-AV
mostraron que a una amplificación de 850x, la morfología del sedimento está
formada por una masa de materiales de diferentes estructuras. Se pueden observar
esqueletos de algas (diatomeas), minerales de formas cristalinas cúbicas, cristales
alargados en una composición variable, figura 4.
Figura 4. Micrografía de sedimento donde se observa una morfología variable por la
diversidad de material inorgánico que se presenta.
Se observa que generalmente la mayoría del material es de origen inorgánico. El
material se encuentra distribuido de manera aleatoria. Su tamaño varía desde 1
micra hasta 100 micras. Las partículas presentan diferentes formas y tamaños, y
generalmente siempre se encuentran formando una mezcla o agregado de cristales,
agujas y esqueletos de algas (diatomeas) ricas en silicio.
Las figuras 5 y 6 muestran el resultado del análisis químico elemental por EDS, se
observa que el material de manera general está constituido principalmente por
carbono (22.03% en peso), silito (20.5%), aluminio (4.31%), oxígeno (42.45%),
magnesio (0.25%), potasio (1.54%), sodio (1.74%) y hierro (0.17%).
Las formas morfológicas, características de los sedimentos se identificaron
agregados, crecimiento de cristales en forma radial, agujas concéntricas, fibras
interconectadas, esqueletos de algas, sistemas cristalinos cúbicos y hojuelas
principalmente, en este caso se precia conglomerados de agujas compuestos por
calcio y silicio, como se aprecia en el EDS de esta muestra, figuras 7 y 8.
7
Figura 5. Micrografía de sedimentos de La Alberca, mostrando la presencia de
esqueletos de diatomeas de diferentes variedades con alto contenido de silicio y
partículas de hierro, calcio y azufre distribuidas aleatoriamente.
Figura 6. Micrografía del sedimento, mostrando la presencia de esqueletos de
diatomeas así como partículas de sulfuro de hierro.
Las diatomeas o bacilariofitas son organismos unicelulares, libres o formando
colonias como se aprecia en las micrografías. Adoptan formas variadas, pero son
siempre diminutas y sus dimensiones, están comprendidas entre 2 micrómetros (μm)
y 0,4 mm. Su membrana celular está constituida fundamentalmente por pectina,
fuertemente impregnada de sílice, de modo que resiste la acción de los ácidos y
bases fuertes. A este caparazón silíceo en forma de estuche con dos valvas, se le
8
da el nombre de frústulo. Cada parte o teca encajan una en la otra como la tapa y el
fondo de una caja de cartón. Cada teca consta de una pieza lateral, la pleura o
banda conectiva, que en la zona de yuxtaposición con la correspondiente a la otra
teca, forma el cíngulo. Son muy resistentes a la acción de los elementos, incluso a
altas temperaturas.
El análisis de la muestra condujo a observar las características más finas del
material como es la red del esqueleto de las algas, el aglomeramiento de los
cristales cúbicos ricos en hierro y azufre y finalmente el ordenamiento que las agujas
de cristales ricos en calcio que se presentan dentro del material. Cabe hacer
mención, que es un análisis puntual y que es necesario realizar estudios colaterales
como el análisis por difracción de rayos X, para determinar y comprobar la
composición mineralógica del volumen del material. Sin embargo, la microscopía
electrónica de barrido de alto vacío (MEB-AV), permite identificar la composición
elemental de los materiales, así como sus características morfológicas.
Figura 7. Micrografía de cristales compuestos de calcio y su espectro mostrando el
análisis de dispersión de energías de rayos X y Micrografía del sedimento
mostrando el esqueleto de algas y su EDS.
9
Figura 8. Micrografía del sedimento mostrando concentraciones de cristales
compuestos básicamente por calcio y su respectivo EDS y Micrografía de
aglomerado de cristales formados de titanatos.
CONCLUSIONES
La calidad del agua indica que para realizar la inyección o suministro de agua de
estos pozos a La Alberca es muy riesgoso por los niveles tan altos que se presentan
de algunos parámetros. La composición mineralógica de los sedimentos es variable,
encontrando desde cristales muy finos correspondientes a carbonatos de calcio, así
como esqueletos de algas diatomeas, conglomerados de cristales de titanato de
hierro.
AGRADECIMIENTOS
Los autores agradecen el apoyo del trabajo al Consejo Técnico de Aguas IrapuatoValle de Santiago-Salamanca Guanajuato.
REFERENCIAS
NOM-127-SSA1-1994, Salud ambiental. Agua para uso y consumo humano. Límites
permisibles de calidad y tratamientos a que debe someterse el agua para su
potabilización.
Reyes G. L. R, Mejía G. J. A. (2002). Análisis para la propuesta de recuperación del
Lago-Cráter “La Alberca”. Acui&cerca. No. 3-4:2-5.
10