Aguas Subterráneas

➢ Composición Natural (Principales, menores, trazas)

➢ Concepto: BTM (Concepto de sistema, sobreexplotación, intrusión salina, pérdida de humedales)

➢ Concepto: BTC (Transporte, ciclos biogeoquímicos)

➢ Evolución y factores de influencia

➢ Ecosistema

ComposiciónExisten más de 60 constituyentes inorgánicos en las aguas subterráneas y son, en general, no más de 20 las que se analizan ordinariamente, variando según el sustrato.

La presencia de compuestos orgánicos es frecuente, pero a una concentración mucho menor que los inorgánicos.

La composición dependerá de muchos factores: naturaleza y disposición espacial de los elementos en el sustrato, solubilidad (Kps), tipo de permeabilidad, temperatura, presión, saturación del agua, superficie efectiva de contacto, granulometría, tiempo de contacto, etc.

El habitual elevado TRH del agua de las aguas subterráneas le confiere comportamientos particulares. Se debe definir siempre, lugar y momento de muestreo

Química del Agua Subterránea

Constitución

➢ Constituyentes Principales➢ Constituyentes Secundarios➢ Constituyentes Traza➢ Sustancias Disueltas➢ Gases

Química del Agua Subterránea

Son aquellos que se encuentran presentes en la mayoría de las oportunidades en el agua subterránea y representan casi la totalidad de los iones presentes. En general, en concentraciones >1 mg/lt

CationesCa++,Mg++,Na+,K+

AnionesCl-, CO3H-,SO4

=,NO3-

Constituyentes Principales

DescripcionesIon Calcio, Ca++

Se presenta como CaCO3 (calcita), CaMg(CO3)2 (dolomita), CaSO4 (anhidrita), CaSO4.2H2O (yeso). Compite con otros iones en la formación de carbonatos y durante el intercambio iónico principalmente con sodio (abandamiento).

Las concentraciones varían ampliamente entre 10 y 250 ppm en aguas dulces, pudiendo llegar a encontrarse hasta 600 ppm de acuerdo al sustrato.

Son sales de moderada a alta solubilidad. Son fácilmente precipitables como Co3Ca.

El mayor inconveniente es el aporte a la dureza de las aguas y las incrustaciones que producen.

DescripcionesIon Calcio, Ca++

Clasificación del tipo de agua (dureza) según el contenido de carbonatos presentes

Clasificación Dureza (mg CaCO3/ l )

Blanda 0 – 60

Intermedia 60 – 120

Dura 120 – 180

Muy Dura >180

Descripciones

Ion Magnesio, Mg++

Procede de la disolución de rocas carbonatadas y de silicatos ferromagnésicos.

La solubilidad del carbonato de magnesio es mayor al de su par de calcio y no precipita desde soluciones (sobresaturación).

La concentración varía desde 40 ppm en aguas dulces a 100 ppm en sustratos calcáreos.

Ion Sodio, Na+

Procedentes de rocas sedimentarias marítimas, algunos silicatos y de terrenos evaporíticos.Las concentraciones usuales están en el orden de las 100 ppm mientras que en el agua de mar llega a tener 10.000 ppm. Valores intermedios son observados en zonas costeras por el fenómeno de intrusión salina.Cuando se encuentran en exceso reducen la permeabilidad del suelo, tornándose perjudiciales para las plantas, en particular cuando las concentraciones de calcio y magnesio son bajas.

Descripciones

Ion Potasio, K+

Presentan una solubilidad muy elevada y se tornan difícilmente precipitables, sin embargo, su fijación en determinados sustratos de alta capacidad de intercambio es naturalmente irreversible.Las concentraciones usuales no superan las 10 ppm, extraordinariamente se pueden encontrar concentraciones de cientos de ppm.

Descripciones

Ion Cloruro, Cl-

Salvo evaporitas y rocas de origen marino, los sustratos no poseen elevadas concentraciones de cloruros. Las aguas de lluvia pueden aportar cantidades importantes de cloruros en zonas próximas a las costas.Este constituyente es prácticamente inerte: forma sales de alto solubilidad y difíciles de precipitar, no se oxida ni reducen, no se adsorbe ni participa en ciclos biogeoquímicos...esto lo convierte en un elemento trazador.Se encuentra en concentraciones algo inferiores a 10 ppm alcanzando 2000 ppm por intrusión.Mas de 300 ppm dan un sabor salado al agua de bebida. Para llegar a ser perjudicial es necesario que lleguen a tenores de miles de ppm.

Descripciones

Ion Sulfato, SO4--

Se origina durante el lavado de terrenos formados en ambiente marinos, por la oxidación de formas estables como sulfuros, o por la disolución de sales de calcio.Forma sales de moderada a altamente solubles, formando complejos con iones calcio y magnesio. Difícilmente precipitables por medios químicos.La concentración usual es entre 2 y 150 ppm. Las aguas con alto contenido de sulfatos presentan un sabor poco agradable y amargo. Asociado a Mg y Na en cantidades importantes suele generar acciones laxantes.

Descripciones

Iones Carbonatos (CO2, HCO3-, CO3

=)

La proporción de cada uno de estos iones está fuertemente influenciado por el valor de pH. A valores menores a 8,5 la forma HCO3

- es la predominante.

Descripciones

Iones Menores o Secundarios

Se encuentran formando menos del 1% del contenido iónico total.

CationesFe++, K+, NH4

+, Sr++, Mn++, H+, Al+++

AnionesNO3

-,CO3--, NO2

-, F-, Br-,S--,PO4-3,BO3H2

-,OH-,I-

Elementos Traza

Son aquellos elementos que están presentes en las aguas subterráneas, pero en cantidades tales que es necesario recurrir a técnicas avanzadas para detectar su presencia (cromatografía, espectroscopia de masas, etc)Son usualmente considerados como elementos traza a los siguientes iones:

Arsénico, Fluor, Boro, Iodo, Manganeso, Antimonio, Cromo, Plomo, Cobre, Cinc, Radón, Vanadio, Mercurio, Uranio...

Salvo conocimiento de alguna caracerística particular, estos elementos no forman parte de un análisis convencional.

Condición de Electroneutralidad

La suma de aniones debe ser igual a la suma de cationes (expresados en meq/lt)

Error=∑ aniones−∑ cationes

∑ aniones+∑ cationes×100

El error admisible es función de la conductividad del agua: a mayor conductividad menor es el error admisible. [Ej.: Cond < 100 ==> E = 10%].En caso de que el error se mayor al admisible deben revisarse los procedimientos de toma de muestras y análisis.

Gases disueltos

Aunque de determinación poco frecuente y específica, los gases disueltos cumplen un rol fundamental en la química del agua subterranea.

Dióxido de Carbono (CO2)

Interviene en el equilibrio de los carbonatos. Proviene principalmente de la zona edáfica (respiración de seres vivos y descomposición de materia orgánica).Su solubilidad y dinámica química permite la constante incorporación de esta gas en las aguas.

Oxígeno Disuelto (O2)De particular interés su intervención en procesos de solubilidación y precipitación por la alteración de las valencia de los compuestos con los que entra en contacto.Las concentraciones se encuentran normalmente en el rango de 0 a 5 ppm.

Gases disueltos

Intercambio Iónico:Ventaja energética en procesos de adsorción

Monovalentes: Cs > Rb > K > Na > Li Divalentes: Ba > Sr > Ca > Mg

Concentración:El aumento de concentración se produce por hidrólisis, disolusión o evaporación en zonas de recarga y descarga.La solubilidad del compuesto (Kps) e interacciones/precipitaciones modificarán los valores máximos a los cuales podrá ascender un elemento.

Factores que influyen sobre la química del agua subterranea

Potencial RedoxAmbientes reductores propician la formación de compuestos azufrados con consumo de oxígeno propiciando condiciones anóxicas.

Estructura y composición del sustrato:Estos 2 factores definirán cantidad y composición del agua que accede a los acuíferos.El orden en el cual los elementos entres en contacto con el agua durante la infiltración y recarga definirá la composición del agua de recarga.

Factores que influyen sobre la química del agua subterranea

Evolución química del agua

Las aguas subterráneas con menor tiempo de permanencia en el subsuelo son normalmente bicarbonatadas. Después hay un predominio de los sulfatos, hasta que finalmente las más salinas son cloruradas; proceso dado por solubilidad y abundancia.Secuencia de Chevorateb:

Menorpermanencia

Mayor

permanenciaAnionesPredominantes CO3H-

CO3H-SO4=

SO4=SO4=Cl-

Cl-

Ecología y aguas subterráneas

En los puntos de profundidad somera al acuífero pueden observarse vegetación exuberante en superficie, sino humedales, dada por la humedad edáfica. Estos puntos se constituyen como una “anomalía hidráulica” positiva promoviendo la biodiversidad.La fauna asociada a aguas subterráneas es muy diversa e intervienen en los procesos de depuración y evolución de estas aguas.Las funciones principales son la descomposición de la materia orgánica y el mantenimiento de la porosidad litológicaExisten más de 5000 especies de invertebrados hipogeos identificadas.