AGUAS SUBTERRANEAS
El agua
subterránea representa una
fracción importante de la masa de agua presente en los continentes, y se aloja en los acuíferos
bajo la superficie de la Tierra. El volumen del agua subterránea es mucho
más importante que la masa de agua retenida en lagos circulante, y aunque menor al de los mayores glaciares, las masas más extensas pueden alcanzar millones de kilómetros cuadrados (como el Acuífero Guaraní). El agua del subsuelo es un
recurso importante y de este se abastece a una tercera parte de la población
mundial, pero de difícil gestión, por su sensibilidad a la contaminación y a la sobreexplotación. El agua subterránea es parte de la
precipitación que se filtra a través del suelo hasta llegar al material rocoso
que está saturado de agua. El agua subterránea se mueve lentamente hacia los
niveles bajos, generalmente en ángulos inclinados (debido a la gravedad) y
eventualmente llegan a los arroyos, los lagos y los océanos.
Es una creencia común que el agua subterránea llena
cavidades y circula por galerías. Sin embargo, no siempre es así, pues puede
encontrarse ocupando los intersticios (poros y grietas) del suelo, del sustrato rocoso o del sedimento sin consolidar, los cuales la contienen como una esponja. La única excepción significativa
la ofrecen las rocas solubles, como las calizas y los yesos, susceptibles de sufrir el proceso llamado karstificación, en el que el agua excava simas, cavernas y otras vías de circulación,
modelo que más se ajusta a la creencia popular.
AFLORAMIENTO DE AGUA
SUBTERRANEA EN UN POZO
¿Cómo llega el agua subterránea a nuestros
hogares?
El agua subterránea llega a la
superficie de forma natural por medio de manantiales, lagos y arroyos. El agua
subterránea se puede extraer a través de un pozo que se conecta al acuífero. Un
pozo es una tubería que se conecta al acuífero y se llena con el agua
subterránea. El agua se puede extraer por medio de una bomba. Los pozos que
están a poca profundidad se pueden secar si el nivel freático está por debajo
de los pozos. Los acuíferos o suministros de agua pueden recargarse o volverse
a llenar por medio de la lluvia y en otros casos cuando se derrite la nieve. En
algunas partes del mundo hay problemas de falta de agua porque el agua
subterránea se utilizó más rápido de lo que se recargó naturalmente. En otros
lugares el agua no se puede usar porque se contaminó como resultado de
actividades del ser humano.
ACUÍFERO
Un acuífero es aquel estrato o formación geológica permeable que permite la
circulación y el almacenamiento del agua subterránea por sus poros o grietas.
Dentro de estas formaciones podemos encontrarnos con materiales muy variados como gravas de río, limo, calizas muy agrietadas, areniscas porosas poco cementadas, arenas de playa, algunas
formaciones volcánicas, depósitos de dunas e incluso ciertos tipos de arcilla. El nivel superior del agua subterránea se denomina nivel freático, y
en el caso de un acuífero libre, corresponde al nivel freático.
TIPOS DE ACUÍFEROS
Ø Según su estructura
Desde el punto de vista de su estructura, ya se ha visto que se pueden
distinguir los acuíferos libres y los acuíferos confinados.
En la figura se ilustran los dos tipos de acuíferos:
·
río o lago (a), en este caso es la fuente de
recarga de ambos acuíferos.
·
suelo poroso no saturado (b).
·
suelo poroso saturado (c), en el
cual existe una camada de terreno impermeable (d),
formado, por ejemplo por arcilla, este estrato impermeable confina
el acuífero a cotas inferiores.
·
suelo impermeable (d).
·
acuífero no confinado (e).
·
manantial (f);
·
pozo que alcanza el acuífero confinado,
frecuentemente el agua brota como en un surtidor o fuente, llamado pozo artesiano (h).
Ø Según su textura
Según su comportamiento Desde el punto de vista textural,
se dividen también en dos grandes grupos: los porosos y fisurales.
En los acuíferos porosos el agua subterránea se
encuentra como embebida en una esponja, dentro de unos poros intercomunicados
entre sí, cuya textura motiva que existe "permeabilidad" (transmisión
interna de agua), frente a un simple almacenamiento. Aunque las arcillas
presentan una máxima porosidad y almacenamiento, pero una nula transmisión o
permeabilidad (permeabilidad <> porosidad). Como ejemplo de acuíferos
porosos, tenemos las formaciones de arenas y gravas aluviales
En los acuíferos fisurales, el agua se encuentra
ubicada sobre fisuras o diaclasas, también intercomunicadas entre sí;
pero a diferencia de los acuíferos porosos, su distribución hace que los flujos
internos de agua se comporten de una manera heterogénea, por direcciones
preferenciales. Como representantes principales del tipo fisural podemos citar
a los acuíferos kársticos.
Hidrodinámico
Por último, desde un punto de vista hidrodinámico, de
la movilidad del agua, podemos denominar, en sentido estricto:
Acuíferos
Buenos almacenes y transmisores de
agua subterránea (cantidad y velocidad) (p.ej.- arenas porosas y calizas
fisurales).
Acuitados
Buenos almacenes pero malos
transmisores de agua subterránea (cantidad pero lentos) (p.ej.- limos).
Acuícludos
Pueden ser buenos almacenes, pero
nulos transmisores (p.ej.- las arcillas).
Acuífugos
Son nulos tanto como almacenes como
transmisores. (p.ej.- granitos o cuarcitas no fisuradas).
Ø Según su comportamiento hidráulico
Acuífero subestimado
o libre
Es aquel acuífero que se encuentra en directo contacto
con la zona sub saturada del suelo. En este acuífero la presión de agua en la
zona superior es igual a la presión atmosférica, aumentando en profundidad a
medida que aumenta el espesor saturado.
Acuífero cautivo o
confinado
Son aquellas formaciones en las que el agua subterránea
se encuentra encerrada entre dos capas impermeables y es sometida a una presión
distinta a la atmosférica (superior). Sólo recibe el agua de lluvia por una
zona en la que existen materiales permeables, recarga alóctona donde el área de recarga se encuentra
alejada del punto de medición, y puede ser directa o indirecta dependiendo de
si es agua de lluvia que entra en contacto directo con un afloramiento del agua
subterránea, o las precipitaciones deben atravesar las diferentes capas de
suelo antes de ser integrada al agua subterránea. A las zonas de recarga se les puede llamar zonas
de alimentación. Debido a las capas impermeables que encierran al acuífero,
nunca se evidenciarán recargas autóctonas (situación en la que el agua proviene
de un área de recarga situada sobre el acuífero), caso típico de los acuíferos
semi confinados y los no confinados o libres (freáticos).
Acuífero
semi-confinado
Un acuífero se dice semi-confinado cuando el estrato de
suelo que lo cubre tiene una permeabilidad significativamente menor a la del
acuífero mismo, pero no llegando a ser impermeable, es decir que a través de
este estrato la descarga y recarga puede todavía ocurrir.
Acuíferos costeros
Los acuíferos costeros pueden ser libres, confinados o
semi confinados. Lo que la
diferencia es la presencia de fluidos con dos densidades diferentes: agua
dulce, con una densidad menor, con relación al agua salada del mar o del océano.
Esta diferencia de densidad hace que en la zona de la costa, el agua dulce se
encuentra sobrepuesta al agua salada. El agua salada se introduce en el
continente en forma de una cuña salina que se va profundizando a medida
que se introduce en el continente.
La cuenca de los acuíferos costeros, al igual que la
cuenca de acuíferos de zonas continentales interiores, se alimenta a través de
precipitaciones, o a través del flujo sub superficial y/o subterráneos de otras
cuencas, mientras que las salidas se dan a través de la evapotranspiración,
evaporación y por la salida sub superficial, con la particularidad de que estas
últimas se dan hacia el mar.
Importancia y Distribución de las aguas subterráneas
El agua subterránea es uno de nuestros recursos más valiosos y asequible
aunque nuestras percepciones con respecto al ambiente sub superficial del que
procede son a menudo poco claras e incorrectas. La razón para ello es que el
ambiente de las aguas subterráneas está muy oculto a la vista, excepto en las
cavernas y las minas, y las impresiones que tenemos de esas aperturas
sub-superficiales son engañosas. La observación de la superficie de la Tierra
da la impresión de que el planeta es. Esta opinión se mantiene cuando entramos
en una caverna y vemos el agua fluir en un cauce que parece haber sido excavado
en una roca sólida.
Debido a esas observaciones, muchas personas creen que el agua
subterránea aparece sólo en debajo de la tierra. En realidad, la mayor parte
del ambiente sub superficial no es en absoluto. Consta de incontables poros
diminutos entre los granos de suelo y de sedimento, así como de estrechas
diaclasas y fracturas practicadas en el lecho de roca. En conjunto, todos estos
espacios constituyen un volumen inmenso. Es en estas pequeñas aperturas donde
se reúne y se mueve el agua subterránea.
Considerando la hidrosfera entera, o toda el agua de la Tierra, sólo
alrededor de las seis décimas partes del uno por ciento aparece bajo tierra, No
obstante, este pequeño porcentaje, almacenado en la roca y los sedimentos
situados debajo de la superficie terrestre. Constituye una enorme
cantidad. Cuando se excluyen los océanos y se consideran sólo las fuentes de
agra dulce, se pone más de manifiesto la importancia de las aguas subterráneas.
En la Tabla AGUSUB-01 se muestra la distribución de agua dulce calculada
para la hidrosfera. Por supuesto, el mayor volumen aparece en forma de hielo
glaciar. El segundo en la clasificación es el agua subterránea, que constituye
más del 14 por ciento del total. Sin embargo, cuando se excluye el hielo y se
considera sólo el agua líquida, más del 94 por ciento de toda el agua dulce es
agua subterránea. No cabe duda de que el agua subterránea representa el mayor
depósito de agua dulce que resulta fácilmente asequible a los seres humanos. Su
valor en términos de economía y de bienestar humano es incalculable.
Desde un punto de vista geológico, el agua subterránea es importante
como agente erosivo. La acción disolvente del agua subterránea va minando
lentamente las rocas solubles como la caliza, permitiendo la formación de
depresiones superficiales denominadas dolinas, así como la creación de cavernas
subterráneas. El agua subterránea es también un compensador del flujo de
escorrentía. Gran parte del agua que fluye en los ríos no procede directamente
de la lluvia y de la fusión de la nieve. Más bien, un gran porcentaje de la
precipitación se infiltra y luego se desplaza lentamente bajo tierra hasta las
corrientes encauzadas. El agua subterránea es, pues, una forma de
almacenamiento que mantiene las corrientes fluviales durante los períodos de
ausencia de precipitaciones. La información de la tabla AGUSUB-01 refuerza este
dato. Vemos que la tasa de intercambio del agua subterránea es de 280 años.
Esta cifra representa el tiempo necesario para sustituir el agua ahora
almacenada bajo tierra. Por el contrario, la tasa de intercambio para los ríos
es tan sólo ligeramente superior a 11 días: si se cortara el suministro de agua
subterránea a un río y no lloviera, aquél se secaría en tan sólo 11 días. Por
tanto, el agua que fluye en un río durante un período seco constituye
lluvia que cayó en algún momento anterior y se almacenó bajo tierra.
Tabla
AGUSUB-01. Agua dulce de la
Hidrósfera
Cuando llueve, parte del agua discurre por la superficie, parte se
evapora y el resto se infiltra en el terreno. Esta última vía es la fuente
primaria de prácticamente toda el agua subterránea. La cantidad de agua que
sigue cada uno de esos caminos, sin embargo, varía mucho en función del tiempo
y del espacio. Los factores que influyen en esta variación son lo fuerte de la
pendiente, la naturaleza del material, la intensidad de la lluvia, y el tipo y
cantidad de vegetación. Densas lluüas que caen sobre pendientes abruptas donde
las capas suprayacentes están compuestas de materiales impermeables provocarán
obviamente un elevado porcentaje de agua de escorrentía. A la inversa. si la
lluvía cae de manera suave y uniforme sobre pendientes más graduales compuestas
por materiales que son fácilmente penetrados por el agua, un porcentaje mucho
mayor del agua se infiltrará en el suelo, Algo del agua que se infiltra no
viaja muy lejos, porque es retenida por atracción molecular como una capa
superficial sobre las partículas sólidas. Esa zn a cercana a la superficie se
denomina cinturón de humedad del suelo. Está surcada por raíces, los vacíos que
quedaron en el lugar de las raíces desintegradas y las madrigueras y los
túneles de las lombrices, que aumentan la infiltración del agua de lluvia en el
suelo. Las plantas utilizan el agua del suelo en las funciones vitales y la
transpiración. Una parte de agua también se evapora directamente y regresa a la
atmósfera.
El agua que no es retenida como humedad del suelo percola hacia abajo
hasta que alcanza una zona donde todos los espacios libres del sedimento y la
roca están completamente llenos de agua (Figura AGUSUB-01). Esta es la zona de
saturación. El agua situada en el interior se denomina agua subterránea. El
límite superior de esta zona se conoce como el nivel freático. Extendiéndose
hacia arriba desde el nivel freático se encuentra la franja capilar (capillus :
cabello), en la cual el agua subterránea es mantenida por la tensión
superficial en diminutos conductos comprendidos entre los granos de suelo o de
sedimento. El área situada por encima del nivel freático que abarca la franja
capilar y el cinturón de humedad del suelo se denomina zona de aireación.
Aunque puede haber una cantidad considerable de agua en la zona de aireación,
esta agua no puede ser bombeada por los pozos porque está demasiado aferrada a
la roca y las partículas sólidas. Por el contrario, por debajo del nivel
freático, la presión del agua es lo bastante grande como para permitir que el
agua entre en los pozos, permitiendo así que el agua subterránea pueda sacarse
para su uso.
MAPA MUNDIAL DE AGUAS SUBTERRANEAS
ESTRUCTURA
Un acuífero es un terreno rocoso permeable dispuesto bajo la superficie, en donde se acumula y por donde
circula el agua subterránea.
- Una zona de saturación, que es la situada encima de la capa impermeable, donde el agua
rellena completamente los poros de las rocas. El límite superior de esta
zona, que lo separa de la zona vadosa o de aireación, es el nivel freático
y varía según las circunstancias: descendiendo en épocas secas, cuando el
acuífero no se recarga o lo hace a un ritmo más lento que su descarga; y
ascendiendo, en épocas húmedas.
·
Una zona de aireación o vadosa, es el espacio comprendido entre el nivel freático y la superficie,
donde no todos los poros están llenos de agua.
Cuando la roca permeable donde se acumula el agua se localiza entre dos
capas impermeables, que puede tener forma de U o no,
vimos que era un acuífero cautivo o confinado. En este caso, el agua se
encuentra sometida a una presión mayor que la atmosférica, y si se perfora la capa superior
o exterior del terreno, fluye como un surtidor, tipo pozo artesiano.
RECARGA
El agua del suelo se renueva en general por procesos
activos de recarga desde la superficie. La renovación se
produce lentamente cuando la comparamos con la de los depósitos superficiales,
como los lagos, y los cursos de agua. El tiempo de residencia (el periodo
necesario para renovar por completo un depósito a su tasa de renovación normal)
es muy largo. En algunos casos la renovación está interrumpida por la impermeabilidad
de las formaciones geológicas superiores (acuitardos), o por circunstancias
climáticas sobrevenidas de aridez.
En ciertos casos se habla de acuíferos fósiles, estos son bolsones de agua
subterránea, formados en épocas geológicas pasadas, y que, a causa de
variaciones climáticas ya no tienen actualmente recarga.
El agua de las precipitaciones (lluvia, nieve,...) puede tener distintos destinos una vez alcanza el
suelo. Se reparte en tres fracciones. Se llama escorrentía a la parte que se desliza por la superficie del terreno, primero como
arroyada difusa y luego como agua encauzada, formando arroyos y ríos. Otra
parte del agua se evapora desde las capas superficiales del suelo o pasa a la
atmósfera con la transpiración de los organismos, especialmente las plantas; nos referimos a esta parte como evapotranspiración. Por último, otra parte se infiltra en el terreno y
pasa a ser agua subterránea.
La proporción de infiltración respecto al total de las
precipitaciones depende de varios factores:
·
La litología (la naturaleza del material geológico que aflora a la superficie)
influye a través de su permeabilidad, la cual depende de la porosidad, del
diaclasamiento (agrietamiento) y de la mineralogía del sustrato. Por ejemplo,
los minerales arcillosos se hidratan fácilmente, hinchándose siempre en algún
grado, lo que da lugar a una reducción de la porosidad que termina por hacer al
sustrato impermeable.
·
La presencia de vegetación
densa influye de forma
compleja, porque reduce el agua que llega al suelo (interceptación), pero extiende en el tiempo el efecto de las
precipitaciones, desprendiendo poco a poco el agua que moja el follaje,
reduciendo así la fracción de escorrentía y aumentando la de infiltración. Otro
efecto favorable de la vegetación tiene que ver con las raíces, especialmente
las raíces densas y superficiales de muchas plantas herbáceas, y con la
formación de suelo, generalmente más permeable que la mayoría de las
rocas frescas.
La velocidad a la que el agua se mueve depende del
volumen de los intersticios (porosidad) y del grado de intercomunicación entre
ellos. Los dos principales parámetros de que depende la permeabilidad. Los acuíferos suelen ser
materiales sedimentarios de grano relativamente grueso (gravas, arenas, limos,
etc.). Si los poros son suficientemente amplios, una parte del agua circula
libremente a través de ellos impulsada por la gravedad, pero otra queda fijada por las fuerzas de la capilaridad y otras motivadas por interacciones entre ella y las moléculas minerales.
En algunas situaciones especiales se ha logrado la recarga artificial de los acuíferos, pero este no es un
procedimiento generalizado, y no siempre es posible. Antes de poder plantearse
la conveniencia de proponer la recarga artificial de un acuífero es necesario
tener un conocimiento muy profundo y detallado de la hidrogeología de la región
donde se encuentra el acuífero en cuestión por un lado y por otro disponer del
volumen de agua necesario para tal operación
TRÁNSITO
Uno de ellos es el flujo hipodérmico o
"interflujo" es aquel que circula de modo somero y rápido por ciertas
formaciones permeables de escasa profundidad, por lo general, ligada a álveos
fluviales (acuíferos subálveos); que proceden de una rápida infiltración, una
alta velocidad de transmisión (conductividad
hidráulica), y un retorno hacia el cauce superficial. Por lo que estos flujos más
intervienen en el balance neto de las aguas superficiales (o de escorrentía
superficial) que en las aguas subterráneas donde sólo interviene como balance
transitorio. De este modo, estos flujos suelen ir ligados al propio flujo en el
río, dándose a veces al río el nombre de cauce intermitente, ya que lo que se
observa en el río es que este tiene tramos con agua y tramos secos.
DESCARGA
El agua subterránea mana (brota) de forma natural en distintas clases de surgencias en las laderas (manantiales) y a veces en fondos del relieve, siempre allí donde el nivel freático
intercepta la superficie. Cuando no hay surgencias naturales, al agua
subterránea se puede acceder a través de pozos, perforaciones que llegan hasta
el acuífero y se llenan parcialmente con el agua subterránea, siempre por
debajo del nivel freático, en el que provoca además una depresión local. El
agua se puede extraer por medio de bombas. El agua también se desplaza a través del suelo, normalmente siguiendo
una dirección paralela a la del drenaje superficial, y esto resulta en una
descarga subterránea al mar que no es observada en la superficie, pero que
puede tener importancia en el mantenimiento de los ecosistemas marinos.
SOBREEXPLOTACIÓN
Los pozos se pueden secar si el nivel freático cae por
debajo de su profundidad inicial, lo que ocurre ocasionalmente en años de
sequía, y por las mismas razones pueden secar los manantiales. El régimen de
recarga puede alterarse por otras causas, como la reforestación, que favorece la infiltración
frente a la escorrentía, pero aún más favorece la evaporación, o por la
extensión de pavimentos impermeables, como ocurre en zonas urbanas e industriales.
El descenso del nivel freático medio se produce siempre
que hay una extracción continuada de agua en el acuífero. Sin embargo este
descenso no significa que el acuífero esté sobreexplotado. Normalmente lo que
sucede es que el nivel freático busca una nueva cota de equilibrio en que se
estabiliza. La sobreexplotación se produce cuando las extracciones totales de
agua superan a la recarga.
CONTAMINACIÓN DEL
AGUA SUBTERRÁNEA
El agua subterránea tiende a ser dulce y potable, pues la circulación subterránea tiende a depurar el
agua de partículas y microorganismos contaminantes. Sin embargo, en ocasiones éstos
llegan al acuífero por la actividad humana, como la construcción de fosas sépticas o la agricultura. Por otro lado la contaminación puede deberse a
factores naturales, si los acuíferos son demasiado ricos en sales disueltas o
por la erosión natural de ciertas formaciones rocosas.
La contaminación del agua subterránea puede permanecer
por largos períodos de tiempo. Esto se debe a la baja tasa de renovación y
largo tiempo de residencia, ya que al agua subterránea no se le puede aplicar
fácilmente procesos artificiales de depuración como los que se pueden aplicar a los depósitos superficiales, por su
difícil acceso. En caso de zonas locales de contaminación se pueden realizar remediación de acuíferos mediante la técnica de bombeo
y tratamiento, que consiste en extraer agua del acuífero, tratarla
químicamente, e inyectarla de vuelta al acuífero.
Entre las causas antropogénicas (originadas por los
seres humanos), debidas a la contaminación están la infiltración de nitratos y otros abonos químicos muy solubles usados en la agricultura. Estos suelen ser una causa grave de
contaminación de los suministros en llanuras de elevada productividad agrícola
y densa población. Otras fuentes de contaminantes son las descargas de
fábricas, los productos agrícolas y los químicos utilizados por las personas en
sus hogares y patios. Los contaminantes también pueden provenir de tanques de
almacenamiento de agua, pozos sépticos, lugares con desperdicios peligrosos y vertederos. Actualmente, los contaminantes
del agua subterránea que más preocupan (?) son los compuestos orgánicos
industriales, como disolventes, pesticidas, pinturas, barnices, o los combustibles como la gasolina.
En cuanto a los abonos químicos minerales, los nitratos son los que generan mayor preocupación. Estos se originan de diferentes
fuentes: la aplicación de fertilizantes, los pozos sépticos que no están
funcionando bien, las lagunas de retención de desperdicios sólidos no
impermeabilizadas por debajo y la infiltración de aguas residuales o tratadas.
El envenenamiento con nitrato es peligroso en los niños. En altos niveles
pueden limitar la capacidad de la sangre para transportar oxígeno, causando asfixia en bebés. En el tubo digestivo el nitrato se reduce produciendo nitritos, que son cancerígenos.
El agua subterránea en áreas costeras puede
contaminarse por intrusiones de agua de mar (Intrusión salina) cuando la tasa de extracción es
muy alta. Esto provoca que el agua del mar penetre en los acuíferos de agua
dulce. Este problema puede ser tratado con cambios en la ubicación de los pozos
o excavando otros que mantengan el agua salada lejos del acuífero de agua
dulce. En todo caso, mientras la extracción supere a la recarga por agua dulce,
la contaminación con agua salada sigue siendo una posibilidad.
Un ejemplo de la contaminación de aguas subterráneas,
es el que se presenta en el bajo valle del Ganges. Allí se da un caso grave de contaminación por arsénico que está causando la intoxicación crónica a decenas de millones de
personas, irremediable hasta ahora. La causa de esta contaminación, es la
combinación de un factor antropogénico, la contaminación orgánica ligada a la
intensificación del regadío y de un factor natural. Una cepa bacteriana del suelo libera el arsénico que antes permanecía retenido en la roca
debido a las nuevas condiciones.
Las zonas de recarga de acuíferos son particularmente
delicadas desde el punto de vista de la contaminación hídrica, ya que las
sustancias contaminantes una vez que entran en los acuíferos permanecen allí
durante períodos muy largos. Particularmente algunas actividades humanas llevan
implícitos determinados peligros de contaminación. La tabla siguiente menciona
algunas actividades peligrosas desarrolladas en zonas de recarga.
Fuente de contaminación
|
Tipo de contaminante
|
Actividad agrícola
|
|
Saneamiento in situ
|
|
Gasolineras y Talleres automotrices
|
|
Depósito final de residuos sólidos
|
|
Industrias metalúrgicas
|
Tricloroetileno; tetracloroetileno;
otros hidrocarburos halogenados; metales pesados; fenoles; cianuro
|
Talleres de pintura y esmaltes
|
Alcalobencenos; tetracloroetileno; otros hidrocarburos halogenados;
metales; algunos hidrocarburos aromáticos
|
Industria maderera
|
|
Tintorerías
|
|
algunos hidrocarburos halogenados; fenoles; arsénico; metales pesados
|
|
Depósito final de lodos residuales domésticos
|
|
Curtiembres
|
|
Minas de carbón y de metales
|
Acidez; diversos metales pesados; hierro; sulfatos
|
FAUNA
La fauna de las aguas subterráneas, o stygofauna, se compone fundamentalmente de crustáceos como por ejemplo el Niphargus, aunque también se compone de gusanos,insectos y otros grupos de invertebrados. Aunque no es usual, la fauna de las aguas subterráneas comprende
también animales vertebrados, en Australia se han encontrado dos especies de peces ciegos. La mayoría de estas especies pasan toda su vida
en aguas subterráneas, no encontrándose en ningún otro sitio.
MOVIMIENTO DEL
AGUA SUBTERRÁNEA:
La naturaleza de los materiales subsuperficiales influye mucho en la
velocidad del movimiento del agua subterránea y en la cantidad de agua
subterránea que puede almacenarse. Dos factores son especialmente importantes:
la porosidad y la permeabilidad.
1.
Porosidad
El agua empapa el terreno porque el lecho de roca, el sedimento y el
suelo contienen innumerables huecos o aperturas, Estas aperturas son similares
a las de una esponja y a menudo se denominan poros. La cantidad de agua
subterránea que puede almacenarse depende de la porosidad del material, que se
define como el porcentaje del volumen total de roca o de sedimento formado por
poros. Los huecos son con frecuencia espacios que quedan entre las partículas
sedimentarias, pero también son comunes las diaclasas, las fallas, las
cavidades formadas por disolución de la roca soluble, como la caliza, y las
vesículas (vacíos dejados por los gases que escapan de la lava).
Las variaciones de porosidad pueden ser grandes. El sedimento es a
menudo bastante poroso y los espacios abiertos pueden ocupar entre el 10 y el
50 por ciento del volumen total del sedimento. El espacio poroso depende del
tamaño y la forma de los granos, de cómo están empaquetados, del grado de
selección y, en las rocas sedimentarias, de la cantidad de material cementante.
Por ejemplo, la arcilla puede tener una porosidad de hasta un 50 por ciento,
mientras que algunas gravas pueden tener sólo un 20 por ciento de huecos.
Cuando se mezclan sedimentos de diversos tamaños, la porosidad se reduce
porque las partículas más finas tienden a llenar las aperturas entre los granos
más grandes. La mayoría de las rocas ígneas y metamórficas, así como algunas
rocas sedimentarias, están compuestas por cristales muy unidos, de manera que
los huecos entre los granos pueden ser despreciables. En estas rocas, las fracturas
proporcionan la porosidad.
2. Permeabilidad,
acuicluidos y acuíferos
La porosidad, por sí sola, no puede medir la capacidad de un material
para suministrar agua subterránea. La roca o el sedimento pueden ser muy
porosos, pero no permitir el movimiento del agua a través de ellos. Los poros
deben estar conectados para permitir el flujo de agua, y deben ser lo bastante
grandes para permitirlo. Por tanto, la permeabilidad (permeare = penetrar) de
un material, su capacidad para transmitir un fluido, es también muy importante.
El agua subterránea se mueve serpenteando y girando a través de pequeñas
aperturas interconectadas. Cuanto menores sean los espacios porosos más lento
será el movimiento del agua. Esta idea queda claramente ilustrada al examinar
la información sobre el potencial de suministro de agua de diferentes
materiales que se muestran en la Tabla AGUSUB-02, en la que el agua subterránea
se divide en dos categorías: (l) la porción que drenará bajo la influencia de
la gravedad (denominada porosidad eficaz), y (2) la parte que es retenida a
modo de película sobre las superficies de las partículas y las rocas y en
diminutas aperturas (denominada retención específica). La porosidad eficaz
indica cuánta agua es realmente asequible para su uso) mientras que la
retención específica indica cuánta agua permanece unida al material. Por ejemplo,
la capacidad de la arcilla para almacenar agua es grande debido a su gran
porosidad pero sus espacios porosos son tan pequeños que el agua es incapaz de
moverse a través de ellos.
Por tanto, la porosidad de la arcilla es grande, pero, debido a su baja
permeabilidad, la arcilla tiene un rendimiento específico muy bajo.
Los estratos impermeables que obstaculizan o impiden el movimiento del
agua se denominan acuicludos. La arcilla es un buen ejemplo. Por otro lado, las
partículas más grandes como la arena o la grava, tienen espacios porosos
mayores, Por consiguiente, el agua se mueve con relativa facilidad. Los
estratos de roca o sedimentos permeables que transmiten libremente el agua
subterránea se denominan acuíferos (aqua: agua; fer: transportar), Las arenas y
las gravas son ejemplos comunes.
En resumen, hemos visto que la porosidad no siempre es una guía fiable
de la cantidad de agua subterránea que puede producirse y que la permeabilidad
es importante para determinar la velocidad de movimiento del agua subterránea y
la cantidad de agua que podría bombearse desde un pozo.
CUENCA HIDROGRAFICA
Una cuenca hidrográfica es un territorio drenado por un
único sistema de drenaje natural, es decir, que drena sus aguas al
mar a través de un único río, o que vierte sus aguas a un
único lago endorreico. Una cuenca hidrográfica es delimitada por la línea de las cumbres,
también llamada divisoria de aguas. El uso de los recursos naturales
se regula administrativamente separando el territorio por cuencas
hidrográficas, y con miras al futuro las cuencas hidrográficas se perfilan como
una de las unidades de división funcionales con mucha más coherencia,
permitiendo una verdadera integración social y territorial por medio del agua.
También recibe los nombres de hoya hidrográfica, cuenca de
drenaje y cuenca imbrífera.
Una cuenca hidrográfica y una cuenca hidrológica se diferencian en que
la primera se refiere exclusivamente a las aguas superficiales, mientras que la
cuenca hidrológica incluye las aguas subterráneas (acuíferos).
Manantiales o fuentes
Los manantiales han despertado la curiosidad y maravillado a los seres
humanos durante miles de años. El hecho de que los manantiales fueran, y para
algunas personas todavía sean, fenómenos bastante misteriosos, no es difícil de
entender porque se trata de agua que fluye libremente desde el terreno en todo
tipo de climas en una cantidad aparentemente inagotable, pero sin un origen
obvio.
Sólo a mediados del siglo XVII, el físico francés Pierre Perrault,
invalidó la antigua suposición de que la precipitación no podía explicar de
manera adecuada la cantidad de agua que manaba de los manantiales y fluía a los
ríos. Durante varios años, Perrault calculó la cantidad de agua que cayó en la
cuenca del río Sena. Calculó luego la escorrentía anual media midiendo el
caudal del río. Después de tener en cuenta la pérdida de agua por evaporación,
demostró que quedaba suficiente agua para alimentar los manantiales. Gracias a los
esfuerzos pioneros de Perrault y a las determinaciones realizadas por muchos
después de é1, sabemos ahora que el origen de los manantiales es el agua
procedente de la zona de saturación y que el origen de esta agua son las
precipitaciones.
Cuando el nivel freático intersecta la superficie terrestre, se produce
un flujo natural de salida del agua subterránea, que se denomina manantial o
fuente. Los manantiales se forman cuando un acuicluido detiene la circulación
descendente del agua subterránea y la obliga a moverse lateralmente. Allí donde
aflora un estrato permeable, aparece un manantial. Otra situación que lleva a
la formación de una fuente es la ilustrada en la Figura AGUSUB-06. Aquí, un
acuicluido se sitúa por encima del nivel fieático principal. Conforme el agua
se filtra hacia abajo, una porción de ella es interceptada por el acuicluido,
creando así una zona local de saturación y un nivel freático colgado.
Los manantiales, sin embargo, no están confinados a lugares donde un
nivel freático colgado crea un flujo hacia la superficie. Muchas situaciones
geológicas llevan a la formación de manantiales porque las condiciones
subterráneas varían mucho de un lugar a otro. Incluso en áreas donde las capas
subyacentes son rocas cristalinas impermeables, pueden existir zonas permeables
en forma de fracturas o canales de disolución. Si estas aperturas se llenan con
agua y hacen intersección con la superficie de terreno a lo largo de una
pendiente, se producirá un manantial.
figura AGUSUB-06
Cuando
un acuicluido está situado por encima del nivel freático principal, puede
producirse una zona de saturación localizada. Donde el nivel freático colgado
hace intersección con la ladera del valle, fluye un manantial. El nivel
freático colgado también hizo que el pozo de la derecha diera agua, mientras
que el de la izquierda no producirá agua a menos que sea perforado a una mayor
profundidad.
FUENTES TERMALES
Estas aguas proceden de capas subterráneas de la Tierra que se
encuentran a mayor temperatura, las cuales son ricas en diferentes componentes
minerales y permiten su utilización en la terapéutica como baños, inhalaciones,
irrigaciones, y calefacción. Por lo general se encuentran a lo largo de líneas
de fallas ya que a lo largo del plano de falla pueden introducirse las aguas
subterráneas que se calientan al llegar a cierta profundidad y suben después en
forma de vapor (que puede condensarse al llegar a la superficie, formando
un géiser) o de agua caliente
Por definición, el agua de una fuente termal está
entre 6 y 9 ºC más caliente que la temperatura media anual del aire para las
localidades donde aparece. Sólo en Estados Unidos, hay más de 1.000 de estas
fuentes (Figura AGUSUB-07).
Las temperaturas de las minas profundas y de los
pozos petrolíferos normalmente se elevan, al aumentar la profundidad, una media
de unos 2 º C cada 100 metros. Por consiguiente, cuando el agua subterránea
circula a grandes profundidades, se calienta. Si se eleva a la superficie, el
agua puede emerger como una fuente termal. El agua de algunas fuentes termales
del este de Estados Unidos se calienta de esta manera, Sin embargo, la gran
mayoría (más del 95 por ciento) de las fuentes termales (y géiseres) de Estados
Unidos se encuentra en el oeste (figura AGUSUB-07). La razón para esta
distribución es que la fuente de calor de la mayoría de las fuentes termales es
el enfriamiento de las rocas ígneas, y es en el oeste donde la actividad ígnea
se produjo más recientemente.
Los géiseres son fuentes termales intermitentes en
las cuales las columnas de agua son expulsadas con gran fuerza a diversos
intervalos, alcanzando a menudo 10-60 metros en el aire. Después de cesar el
chorro de agua, se lanza una columna de vapor normalmente con un rugido
atronador. Quizá el géiser más famoso del mundo es el Old Faithful del Parque
Nacional Yellowstone, que hace erupción aproximadamente una vez por hora. La
gran abundancia, diversidad y naturaleza espectacular de los géiseres de
Yellowstone y otras características térmicas fueron indudablemente la razón
principal para que se convirtiera en el primer parque nacional de Estados
Unidos.
También se encuentran géiseres en otras partes del
mundo, sobre todo en Nueva Zelanda e Islandia. De hecho, la palabra islandesa
geysa, que significa salir a chorros, nos proporcionó el nombre de Los géiseres
aparecen donde existen extensas cámaras subterráneas dentro de las rocas ígneas
calientes. En la Figura AGUSUB-08 se muestra cómo funcionan. Cuando agua
subterránea relativamente fría entra en las cámaras, se calienta gracias a la
roca circundante. En el fondo de las cámaras, el agua está bajo una gran
presión debido al peso del agua suprayacente. Esta gran presión evita que el
agua hierva a la temperatura superficial normal de 100 ºC. Por ejemplo, el agua
del fondo de una cámara llena de agua situada a 300 metros debe alcanzar casi
230º C antes de hervir. El calentamiento hace que el agua se expanda, con el
resultado de que algo del agua se ve forzado a salir a la superficie. Esta
pérdida de agua reduce la presión de la que queda en la cámara, lo que reduce el
punto de ebullición.
Una porción del agua que hay en profundidad dentro
de la cámara se convierte rápidamente en vapor y el géiser entra en erupción
(Figura 17.8). Después de la erupción, agua subterránea fría vuelve a entrar en
la cámara y el ciclo vuelve a empezar.
Cuando el agua subterránea de las fuentes termales
y los géiseres fluye hacia fuera en la superficie, el material en solución
suele precipitar, produciendo una acumulación de roca sedimentaria química. El
material depositado en cualquier lugar determinado refleja habitualmente la
composición química de la roca a través de la cual el agua circuló. Cuando el
agua contiene sílice disuelta, se deposita alrededor de la fuente un material
denominado geiserita. Cuando el agua contiene disuelto carbonato cálcico, se
deposita una forma de caliza que se denomina travertino toba calcárea. El
último término se utiliza si el material es esponjoso y poroso.
Figura AGUSUB-07 Distribución de las fuentes termales y de los
géiseres en Estados Unidos. Obsérvese la concentración en el oeste, donde
la actividad ígnea ha sido más reciente. (De G. A. Waring, U. S. Geolog¡cal
Survey Professional Paper 492, 1 965.)
Los depósitos de las fuentes termales Mammoth del
Parque Nacional Yellowstone son más espectaculares que la mayoría. Conforme el
agua caliente fluye hacia arriba a través de una serie de canales y luego a la
superficie, la presión reducida permite que se separe el dióúdo de carbono y
escape del agua. La pérdida del dióxido de carbono hace que el agua se sobresature
con carbonato cálcico, que entonces precipita. Además de contener sílice y
carbonato cálcico disueltos, algunas fuentes termales contienen azufre, que
proporciona al agua un mal sabor y un olor desagradable. Indudablemente la
fuente Rotten Egg (huevo podrido) de Nevada es de este tipo.
Figura AGUSUB-08 Diagramas idealizados de un géiser Un géiser puede formarse si el
calor no se distribuye por convección. A. En esta figura, el agua situada cerca
del fondo se calienta hasta casi su punto de ebullición. El punto de ebullición
es más alto allí que en la superficie, porque el peso del agua que tiene por
encima aumenta la presión.
B. El agua situada por encima en e sistema de géiser también se
calienta. Por consiguiente, se expande y fluye hacia arriba, reduciendo la
presión de agua situada en el fondo. C. Al reducirse la presión en el fondo, se
produce la ebullición. Algo del agua del fondo sale en forma de vapor expansivo
y produce una erupción
POZOS ARTESIANOS
Un pozo artesiano es aquel tipo de manantial o pozo que comunica con un acuífero cautivo de agua (o petróleo), estando el nivel
piezométrico (o nivel
potenciométrico) del
líquido por encima del nivel freático. Hablaremos de un pozo
artesiano surgente cuando
el líquido confinado asciende por encima de la superficie del terreno de forma
natural hasta alcanzar un nivel casi equivalente al del punto de alimentación
de la capa cautiva, quedando minorado debido a la pérdida de carga.
Su nombre surgió en Artois (llamada en castellano Artesia), Francia, donde en 1126 se perforó el más antiguo de Europa. Muchos siglos antes
ya se excavaban en Siria y Egipto. En el desierto del Sahara se usaban para alimentar
los oasis. En España es famoso el de Cella, en Teruel.
APROVECHAMIENTO DE
LAS AGUAS SUBTERRANEAS
El aprovechamiento
de las aguas subterráneas es el más importante. Gran parte del agua
procedente de la lluvia y la nieve se filtra formando un acuífero (bolsas
de agua subterráneas).
Algunas
veces el agua infiltrada encuentra salida formando un manantial,
sus aguas se aprovechan construyendo un tomadero.
En los
casos en que el agua no sale de forma natural, es el hombre el que tiene que
perforar la tierra hasta encontrarla.
Los
tipos de aprovechamiento subterráneo que se usan en Canarias son:
ü Galería: es una especie de mina túnel
escavada en el interior de la tierra de forma horizontal, con una ligera
pendiente ascendente, hasta encontrar el agua o el acuífero, de manera que el
agua obtenida corre libremente hasta la superficie.
Fotografía. Galería. Fuente: elaboración propia
ü Pozo: es la perforación vertical
que se hace en la tierra hasta llegar al depósito de agua o al acuífero, por lo
que precisan de una bomba para extraer el agua.
La
galería es el método más utilizado en la Palma y Tenerife, donde 1600
kilómetros de galerías perforan la isla en todas las direcciones. Éstas van
agotando las reservas de agua subterránea, al igual que los pozos.
En los
pozos costeros es frecuente la inclusión de agua marina debido a la
sobreexplotación, de manera que el agua se vuelve salobre.
EFECTOS MEDIOAMBIENTALES DE LA CONSTRUCCIÓN DE OBRA CIVIL
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EL PROCESO KÁRSTICO
Con el nombre de karst (del alemán Karst: meseta
de piedra caliza), carsto carso se conoce
a una forma de relieve originado por meteorización química de determinadas
rocas (como la caliza, dolomía, aljez, etc.) compuestas por minerales solubles
en agua.
Erosión Kárstica; Las aguas subterráneas se forman por el agua de los
ríos, de las lluvias o de los hielos que se filtra a través del suelo permeable
hasta formar un manto acuífero Constituyen un eficaz agente erosivo porque
contienen una gran cantidad de ácido carbónico, el cuál se disuelve en la roca
caliza y forma carbonato de calcio al filtrarse a través de fisuras o grietas
subterráneas a las que agrandan mediante procesos físico químicos hasta llegar
a transformarlas en grutas o cavernas .
Un karst se produce por disolución
indirecta del carbonato cálcico de las rocas calizas debido a la acción de
aguas ligeramente ácidas. El agua se acidifica cuando se enriquece en dióxido
de carbono, por ejemplo cuando atraviesa un suelo, y reacciona con el
carbonato, formando bicarbonato, que es soluble. Hay otro tipo de rocas, las
evaporitas, como por ejemplo el yeso, que se disuelven sin necesidad de aguas
ácidas. Las aguas superficiales y subterráneas van disolviendo la roca y
creando galerías y cuevas que, por hundimiento parcial, forman dolinas y, por
hundimiento total, forman cañones.
Existen otras muchas formas
kársticas según si estas formas se producen en superficie o por el contrario
son geomorfológicas que aparecen en cavidades subterráneas. En el primer caso
se denominan exokársticas:
Manifestaciones exokársticas:
Podemos diferenciar las distintas
morfologías exokársticas más importantes caracterizándolas como siguen:
FORMAS DE ABSORCIÓN:
Se hallan en la superficie del
Karst y por ellas se produce la infiltración del agua. Las principales formas,
de menor a mayor tamaño, son las siguientes:
FORMAS CERRADAS
Ø LAPIAZ:
El "lapiaz" o "lenar", es posiblemente la forma inicial más sencilla de "karst embrionario" que puede degenerar, posteriormente en dolinas. Se presentan, generalmente, como un conjunto de pequeñas acanaladuras o surcos estrechos (desde centímetros -"microlapiaz"- hasta 1 metro -"megalapiaz"-) separadas par crestas, a menudo agudas; o bien por orificios tubulares, "nidos de abejas" etc. Aparecen
normalmente en superficies más o menos inclinadas y
ausentes de vegetación.
Ø DOLINA:
Son depresiones circulares o
elípticas que se forman por disolución (y consiguiente pérdida de volumen)en su
fase inicial, a partir de la intersección de diaclasas, generalmente a favor de
las planos de estratificación, produciéndose un proceso en cadena de
infiltración- disolución. En cualquier caso no se disponen caprichosamente,
sino que generalmente están alineadas según fracturas o direcciones de
estratificación determinadas. En sección tienen forma de cubeta o embudo. Sus
dimensiones varían desde unos pocos metros de diámetro hasta incluso 500 m.
(Hoyo Masallo), siendo las más frecuentes de 20 a 25 m y normalmente están
rellenas en su centro por "terra rossa" o arcillas de
descalcificación.
Ø UVALA:
Como consecuencia de la evolución
de la dolina, más rápida en superficie que en profundidad- se originan, par
coalescencia, las úvalas. Sus dimensiones pueden alcanzar incluso 1 Km., de
diámetro. Las úvalas aumentan considerablemente la capacidad de absorción
actuando como verdaderas zonas colectoras de agua en mayor escala que las
dolinas.
Ø POLJES:
Son las formas superficiales más
evolucionadas y de mayor tamaño así como de absorción kárstica. Son unas
depresiones endorréicas de fondo plano. Normalmente presentan una disposición
alargada (largo más del doble que la anchura) y vienen condicionadas por
fracturas importantes. Se considera una longitud de 2 km., el límite a partir
del cual es un "polje" y no una '"uvala"'. Frecuentemente,
de las superficies de las "poljes" se erigen pequeñas colinas calizas,
à modo de islas, que se denominan "hum" (monte Cucurío). Estas áreas
endorreicas pueden estar secas o inundadas estacionalmente (en nuestro caso
casi siempre secas) y por ellas pueden discurrir algunos arroyos o incluso ríos
que normalmente se pierden en sumideros o "ponors" (Polje de
Matienzo).
Ø VALLES CIEGOS:
Son valles cuyo curso de agua
superficial desaparece en un sumidero kárstico, presentando fisonomía en
"fondo de saco". Normalmente se adaptan a fracturas determinadas.
Cuando llevan mucho tiempo funcionado se asemejan a uvalas. Los valles ciegos
que se presentan en nuestra zona desarrollan su circulación sobre margas
finalizando en sumideros.
FORMAS ABIERTAS:
ü SIMAS:
Son las cavidades verticales,
condicionadas bien por fracturas de este tipo, en las que la disolución y erosión
ha alcanzado profundidades importantes de hasta 1000 m, o bien por el
hundimiento de una dolina, de ahí que normalmente se hable de simas tectónicas
y simas de hundimiento. Según su forma se habla de simas lenticulares,
cilíndricas, elípticas, etc.
ü PONORS:
Son los puntos de absorción en una
dolina, uvala o polje y a veces se trata de ponor-sima.
ü CUEVAS, GRUTAS O
CAVERNAS:
Constituyen los conductos de
circulación subterránea, actual o pasada, libre o forzada. Pueden alcanzar
hasta decenas de kilómetros y es frecuente en ellas los conductos secundarios
ramificados a modo de laberinto. En ellas aparecen con frecuencia sifones,
lagos ("gours") etc.
- SUGERENCIAS:
Son los manantiales de pequeño
caudal, de alimentación alóctona y de tipo intermitente. Son producto de una
diaclasa que actúa como colector del agua que discurre par la superficie y es
interceptada par la diaclasa. Cada manantial de este tipo tiene una cota de
salida diferente e independiente de la de los demás pertenecientes a este
grupo.
- EXURGENCIAS:
Son de mayores caudales, proceden de aguas colectoras del aparato kárstico y son de tipo permanente, aunque con fuertes fluctuaciones estacionales en el caudal. En nuestro caso destaca principalmente la exurgencia de Fuente Iseña
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