NOVENA SEMANA

Semana 9

AGUA SUBTERRÁNEAS

DEFINICIÓN:

Son las aguas que se filtran en el terreno pudiendo aflorar en forma de manantiales. Se puede captar por medio de galerías filtrantes, pozos pocos profundos y pozos profundos. También esta agua sufre modificaciones al atravesar las capas terrestres. Las aguas subterráneas se localizan en una zona con cavidades conectadas entre sí, son constituidas por el agua precipitada sobre la tierra como lluvia, granizo o nieve que se filtra a través de la tierra. El agua del subsuelo que se encuentran en los intersticios o poros de las rocas, se divide en dos zonas principales: zona de aireación y saturación, que quedan separadas por el nivel freático.

                                

DISTRIBUCIÓN:

1.- ZONA DE AEREACIÓN: La zona de aireación se extiende de la superficie de la tierra al nivel a la cual todos los poros o espacios abiertos en los componentes de la tierra, se encuentran completamente llenos o saturados de agua. Una mezcla de aire y agua se encuentran en los poros del suelo de esta zona, por eso se considera zona de aireación. La zona de aireación está dividida en 3 regiones:

·         La región de humedad: Se localiza debajo de la superficie del suelo, y esta es la región donde las plantas extraen, (por medio de sus raíces) la humedad necesaria para su desarrollo. La región intermedia se encuentra entre la región de humedad y la de capilaridad. La mayor parte de su agua llega por gravedad a través de la región húmeda.

·         La región intermedia: Aparece en sitios donde la zona de agua es profunda y los niveles de humedad permanecen constantes.

·         La región de capilaridad: Ocupa la porción del fondo de la zona de aireación y se localiza inmediatamente sobre la zona de saturación. Su nombre procede del hecho de que en esta región impere la tensión capilar que obliga al ascenso del agua, esta región varia en espesor, de acuerdo a la porosidad del suelo.

2.- ZONA DE SATURACIÓN: Al suelo se le ha considerado como un material con arreglo variable de sus partículas que dejan entre ellas una serie de poros conectados unos con otros, para formar una compleja red de canales de diferentes magnitudes que se comunican, tanto con la superficie del terreno, como con las fisuras y grietas de la masa de la misma. De aquí que el agua que cae sobre el suelo, parte escurre y parte se infiltra por acción de la gravedad hasta extractos impermeables más profundos formando la llamada zona de saturación. Se caracteriza por tener todos sus poros llenos de agua, sus límites se fijan inmediatamente debajo de la zona de aeración y arriba de alguna capa impermeable en profundidad, sin embargo a ciencia cierta no se sabe hasta dónde puede llegar en algunas rocas que presentan fenómenos de disolución. Esta agua es conocida como agua del subsuelo y es la única que puede fluir dentro de un pozo y desde luego, es susceptible de ser extraída. En esta zona los poros están completamente llenos o saturados de agua. El agua de la zona de saturación se conoce como agua subterránea y es la que principalmente fluye hacia un pozo.

A todas aquellas formaciones rocosas que tienen agua en el subsuelo, que se puede extraer para su utilización en cantidades significativas, se les conoce como acuíferos. En esta zona se encuentran generalmente los llamados acuíferos que son una formación geológica que contiene agua y que la transmite de un punto a otro en cantidades suficientes para permitir su aprovechamiento.

                               

ORIGEN:

El agua pasa a la atmósfera por evaporación y es distribuida por los vientos a todas partes de la atmósfera. Cuando tiene lugar la condensación, el agua puede llegar de nuevo a la superficie de la tierra en forma de lluvia, nieve, granizo, escarcha o rocío. Una parte del agua atmosférica que cae sobre la superficie de la tierra se vuelve a evaporar; otra parte se escurre sobre la superficie en forma de láminas de inundación, arroyos y corrientes y encuentra su camino directamente hacia alguna masa de agua situada a menor altitud; otra parte por último se infiltra en el suelo.

Las aguas meteóricas por infiltración de precipitaciones tenemos la zona vadosa y la zona profunda.

·         Zona vadosa: Es la que se encuentra cerca de la superficie en la cual el espacio de poros está solo parcialmente lleno con agua y circulando horizontalmente.

·         Zona profunda: Representa la reserva de agua subterránea y no corren mucho, debido a que están hidrostáticamente aprisionadas.

MOVIMIENTO:

El movimiento de un líquido puede ser laminar o turbulento. En el escurrimiento laminar, el movimiento del agua es ordenado y uniforme; en el escurrimiento turbulento, tienen lugar remolinos y movimientos irregulares. En el movimiento del agua subterránea prevalece el escurrimiento laminar, que se verifica a velocidades reducidas. El escurrimiento laminar del agua subterránea a través de la roca se llama percolación.

Porosidad.- Es la capacidad de un suelo de absorber agua.

Permeabilidad.- Es la capacidad de un suelo de dejar pasar agua.

TEMPERATURA:

En general la temperatura es muy constante hasta cerca de 100 m de profundidad, estando aproximadamente desde 1 ºC a 1,5 ºC por encima de la temperatura media del aire de la localidad. A mayores profundidades el incremento de la temperatura acompaña al gradiente geotérmico.

Gradiente geotérmico: Es la variación de temperatura, es decir gradiente térmico, que se produce en el material de un planeta rocoso (de ahí el prefijo GEO) cuando se avanza desde la superficie hacia el centro por un radio de su esfera, esto es, avanzando perpendicularmente desde la superficie del planeta hacia su interior.

Físicamente se expresa en unidades de temperatura de diferencia entre unidades de longitud recorrida para obtenerlas. Por ejemplo, un gradiente geotérmico de 0,03ºC/m indica que cada metro de descenso supone un aumento de 0,03ºC en la temperatura En la corteza terrestre el gradiente geotérmico promedio es de 30ºC/km, lo que supone aumento de 1ºC cada 30 metros de descenso. Los valores normales se encuentran en el rango 10 a 60 ºC/km pero se han medido gradientes de hasta 200 ºC/km.

SALINIDAD:

En general las aguas subterráneas son dulces y aptas para el consumo humano. Pero las aguas subterráneas próximas a las costas son literalmente invadidas por aguas saladas que en algunos casos logran contaminarlas, sin embargo, en otros casos logran rechazar y hasta dominar a las aguas saladas invasoras.

TIPOS DE ACUÍFEROS:

1.- 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 de al lado se ilustran los dos tipos de acuíferos:

•          río o lago en este caso es la fuente de recarga de ambos acuíferos.

•          suelo poroso no saturado 

•          suelo poroso saturado, en el cual existe una camada de terreno impermeable, formado, por ejemplo por arcilla, este estrato impermeable confina el acuífero a cotas inferiores.

•          suelo impermeable

•          acuífero no confinado 

•          manantial

•          pozo que capta agua del acuífero no confinado.

•          pozo que alcanza el acuífero confinado, frecuentemente el agua brota como en un surtidor o fuente, llamado pozo artesiano.

2.- SEGÚN SU TEXTURA:

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 Y 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.

3.- SEGÚN SU COMPORTAMIENTO 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)

Acuitardos: 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).

ACUÍFERO CAUTIVO Ó CONFINADO:

Son aquellas formaciones cuando 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 semiconfinados y los no confinados o libres (freáticos).

El acuífero  es  una formación geológica capaz de almacenar y transmitir agua. La presión está en función al espesor de la arcilla.

Para definir si un acuífero es pobre o rico mediante su perfil litológico, se observa la forma del cono que se forma en el nivel estático del acuífero.

Nivel estático es la distancia comprendida desde la superficie del terreno hasta la zona de saturación.

Nivel dinámico es también llamado de bombeo.

Cada punto sobre la superficie de la zona de saturación se llama nivel freático.

La unión de todos los niveles freáticos de los posos se llama napa freática.

Los principales tipos de acuíferos de la zona de AEREACIÓN son:

•       Acuífero del suelo: Que virtualmente se encuentra restringida al espesor de las capas hasta donde alcanzan las raíces de plantas y árboles.

•       Acuífero pelicular: Es el agua adherida a los clastos integrantes o participantes del suelo (agua absorbida) y que no está afectada por los movimientos gravitacionales.

•       Acuífero gravitacional o vadosa: Es la que es afectada por la gravedad y tiende a fluir hasta niveles muy inferiores de la zona de aereación.

•       Acuífero capilar: Es el agua que a modo de flecos se eleva desde el nivel freático o límite inferior de la zona de aereación.

•       Acuífero colgada: Es aquella agua gravitacional que en su descenso queda atrapada por un estado impermeable, quedando virtualmente como colgada.

Dentro de la zona de SATURACIÓN, podemos diferenciar varios tipos de acuíferos que son:

•       Acuífero de movimiento libre. Es el agua que fluye libremente controlada por la pendiente del nivel freático.

•       Acuífero confinada: Es la situada entre dos capas impermeables pero así como tiene entrada también puede contar con salida, estando su movimiento controlado por la diferencia de altura entre la entrada y la salida, o sea, su altura hidrostática.

•       Acuífero aprisionada o congénita: Es el agua que quedó soterrada, cuando los sedimentos se formaron, como por ejemplo el agua de los yacimientos petrolíferos.

•       Acuíferos juveniles: El agua subterránea es en parte una contribución directa de la actividad magmática o volcánica. Durante la cristalización, se desprende agua, que puede pasar a la roca adyacente y formar parte del caudal subterráneo. El agua desprendida en la cristalización de las rocas ígneas se llama agua joven.

•       Acuífero connata: Cuando se depositan sedimentos bajo los mares, parte del agua del mar es retenida en los intersticios. Al depositarse encima sedimentos impermeables, parte de esta agua puede quedar aprisionada y retenida en el sedimento, hasta que sea descubierta en forma accidental o intencionada. El agua atrapada en los sedimentos en el momento de su depósito se llama agua connata.

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 en 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.

Otro factor desfavorable para la infiltración es una pendiente marcada.

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.

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 alveos 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.

Como medio transitorio, también puede citarse el flujo ligado a hábitats húmedos, tipo criptohumedal, donde el agua, por debajo del circuito hipodérmico, ya circula propiamente por la zona saturada de un acuífero, y pertenece, por tanto, al balance neto de las aguas subterráneas, en diferencia al interflujo, de balance de escorrentía superficial. Este tránsito favorece el mantenimiento de las plantas denominadas "freatófilas", que son capaces de succionar las capas saturadas más someras de los acuíferos, como agua extra a la captada del suelo del exterior.

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 repoblación forestal, que favorece la infiltración frente a la escorrentía, pero aún más favorece la evapotranspiración, 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.

En algunas partes del mundo la ampliación de los regadíos y de otras actividades que consumen agua se ha hecho a costa de acuíferos cuya recarga es lenta o casi nula. Esto ha tenido algunas consecuencias negativas como el secado de manantiales y zonas húmedas o la intrusión salina en acuíferos costeros. En algunos casos la sobreexplotación ha favorecido la intrusión de agua salina por la proximidad de la costa, provocando la salinización del agua e indirectamente la de los suelos agrícolas.

CONTAMINACIÓN:

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 ricas en sales disueltas o por la erosión natural de ciertas formaciones rocosas.

La contaminación del agua subterránea puede permanecer por largos períodos. Esto se debe a la baja tasa de renovación y largo tiempo de residencia, ya que al agua subterránea no pueden aplicarse 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 (debidas a los seres humanos)debido a la de 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.

                          

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.