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LA HIDROQUIMICA EN LOS ESTUDIOS DE INTRUSION MARINA EN LOS ACUIFEROS ESPAÑOLES Introducción 1ª Parte. Consideraciones generales 1. – Estudios de control y seguimiento 2. – Estudios específicos Aspectos metodológicos Técnicas de interpretación y representación de datos hidroquímicos 2ª Parte. Caracterización hidrogeoquímica de la intrusión marina Iones mayoritarios y minoritarios Indices hidrogeoquímicos Otras características físico-químicas. Isótopos - Isótopos naturales Agradecimientos Dedicatoria Referencias bibliográficas

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LA HIDROQUIMICA EN LOS ESTUDIOS DE INTRUSION MARINA EN LOS ACUIFEROS ESPAÑOLES

Introducción 1ª Parte. Consideraciones generales

1. – Estudios de control y seguimiento 2. – Estudios específicos

Aspectos metodológicos

Técnicas de interpretación y representación de datos hidroquímicos

2ª Parte. Caracterización hidrogeoquímica de la intrusión marina

Iones mayoritarios y minoritarios Indices hidrogeoquímicos Otras características físico-químicas. Isótopos

- Isótopos naturales Agradecimientos Dedicatoria Referencias bibliográficas

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TIAC'88. Tecnología de la Intrusión en Acuíferos Costeros Almuñécar (Granada, España). 198

LA HIDROQUIMICA EN LOS ESTUDIOS DE IIITRUSIOI HARINA EN LOS ACUIFEROS E S P W S

Emilio CASTILLO PEREZ Investigaciones Geológicas y Mineras, S.A.

Icjnacio MORELL EVANGELISTA Colegio Universitario de Castellón

I N T R O D L J C C I O N .

Si esta monografía contribuye a dar una visión general de la importancia de la hidroquímica en los estudios de intrusión marina en los acuíferos españoles, y si, además, sirve de ayuda en la planificación del estudio de cualquier acuífero costero o, simplemente, estimula a la utilización de _ _ 1 a hidroquí mica. habremos cumplido satisfactoriamente nuestros objetivos.

Hemos pretendido dar un repaso, con cierto matiz metodológico, a las posibilidades que ofrece la hidroquímica, apoyados en ejemplos concretos del litoral español. Obviamente, no se han considerado todos l o s datos disponibles por no hacer excesivamente tediosa esta exposición; por ello, no debe sacarse la falsa impresión de que s ó l o lo aquí mencionado es lo realizado; hay más y esperamos que se siga profundizando en los estudios hidroquí micos, puesto que l o s resultados pueden ser altamente satisfactorios.

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De hecho, en la bibliografía consultada. se ha puesto

de manifiesto, en algunas ocasiones, por parte de l o s autores que no se ha podido llegar a conclusiones definitivas sobre

el origen de la salinización por falta de un m á s complejo tratamiento hidroquí mico

Dada por terminada la fase de detección de la existencia de aguas salinas en los acuíferos costeros, y además de dedicar esfuerzos a vigilar y controlar su

evolución, se hace necesario conocer l o s mecanismos contaminantes con el mayor grado de precisión posible; sólo así estaremos en las mejores condiciones para emprender acciones encaminadas a atajar esta grave problemática.

11 PARTE. CONSIDERACIONES GENERALES.

Cuando un acuífero costero sufre un proceso de

intrusión marina, la primera manifestación es, qué duda cabe, el aumento de la salinidad en l o s pozos de explotación. Tenemos así una clara rel-ción causa-efecto.

El estudio hidroquímico se muestra entonces no s ó l o

como una herramienta más, en unión de otras, para determinar l o s mecanismos y evolución de la penetración de agua salada, sino que debe ser en sí un objetivo ineludible.

Dadas por conocidas con suficiente precisión las características geológicas e hidrogeológicas de un determinado acuífero, cualquier enfoque de estudio de la intrusión marina debe basarse en el conocimiento previo de las caracterí sticac f isico-quí micas del agua presente en el mismo .

El agua dulce y el agua salada presentan

características ciertamente constantes en un área dada, salvo

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en casos de diferentes mecanismos de recarga. o de

superposicion de otros mecanismos contaminantes.

El agua salina, resultado de la mezcla de las fases

dulce y salada, se muestra como un agua quimicamente muy

activa, siempre en busca del equilibrio iónico entre ella y el propio acuífero. Esto se traduce en la existencia de

ciertos fenómenos f isico-químicos que modifican, a veces sustancialmente, la composición química del agua de mezcla. La intensidad y el sentido de estas reacciones son distintas según las características litológicas de cada acuífero.

Entre l o s estudios hidroquímicos que se llevan a cabo

en España en relación con la intrusión marina se pueden

diferenciar dos tipos:

Son aquellos que tratan de poner de manifiesto el

fenómeno y en base a una red de vigilancia, diseñada con criterios prácticos, obtener una idea de la evolución temporal y espacial de la salinidad en base a muestreoc y determinaciones periódicos.

Estos estudios se desarrollan por organismos de la Administración y tienen un criterio eminentemente práctico, donde la periodicidad de l o s muestreos varia en función de

las prioridades de actuación y las determinaciones analíticas se restringen en muchos casos a los parametros m á s

significativos (conductividad e iSn cloruro).

Estos estudios tienen indudable utilidad ya que

ofrecen una visión general que permite abordar problemas o

aspectos concretos.

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Cabe destacar en este sentida la labor realizada por

ei Instituto Geologico y Minero de España (IGME) con la

implanta8;ion y seguimiento de redes de control de la

intrisicn en la mayor parte de los acuíferos detríticos del 1 i t oral español.

Con aquellos en los que se pretende atacar un problema

conireto, profundizando en l o s aspectos f isico-quí micos de la

intrusion. Van más allá de la simple detección del fenómeno

(que es un paso previo); normalmente el estudio de la

evolucion temporal es un dato m á s , y el fondo de la cuestión es conocer los mecanismos que rigen estas situaciones.

Estas estudios, en general escasos, son habitualmente

realizados por organismos cuya principal actividad es la

investigación. como es el caso de las universidades y, en menor medida hasta la fecha, por otros organismos de la

Administración (IGME, C. A . P. O, etc) ~

Este tipo de estudios son los unicos capaces de

determinar peculiaridades y rasgos que podrian pasar

despercibidos en un estudio más general: diferenciación entre

intrusión marina actual o pretérita, presencia de aguas

fosilea, superposición de efectos contaminantes, etc.

La complejidad metodológica de un estudio hidroquí m i c o

difiere en función del objetivo perseguido. Como norma

general, a medida que este objetivo sea más específico, la

metodología idebe ser m á s rigurosa, sin que esto signifique

que los estudios generales puedan llevarse a cabo con menor met icill osidad.

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Parece d e s e a b l e , e n e s t e s e n t i d o , que , e n l a inedida de

l o p o s i b l e , se l l e g u e n a e s t a b l e c e r c r i t e r i o s mezoaoiógicos

de a p l i c a c i o n u n i v e r s a l y q u e , en todo c a s o , s e ded ique mayor

a t e n c i ó n a l a d e s c r i p c i ó n d e la me todo log ía u t i l i z a d a ,

e s p e c i a l m e n t e en l o r e f e r e n t e a l a Lomi d e m u e s t r a s ,

a l m c e n a j e . c o n s e r v a c i o n y me tod icas a n a l í t i c a s .

S in animo d e se r exhaüstivos, n o s p a r e c e c o n v e n i e n t e

hacF?r a l g u n a s p r e c i s i o n e s s o b r e e s t o s a s p e c t o s .

En l o r e f e r e n t e a l estrea e s n e c e s a r i o i n d i c a r , e n

p r i E e r l u g a r , l a i m p o r t a n c i a e n l a s e l e c c i ó n de l pun to e n e l

q u e se ha de tomar l a mues t r a , p u e s e n m u c b a s o c a s i o n e s s u e l e

c o n s i d e r a r s e de i g u a l forma una m u e s t r a tomada e n un pozo de

e s c a s a p ro fund idad que o t r a r e l a t i v a m e n t e próxlrna, tomada en

un sondeo de v a r i a s d e c e n a s de m e t r a s . En segundo l u g a r cabe

mencionar la forma d e o b t e n e r l a m u e s t r a .

En l a m y o r i a de l o s c a s o s s e l l e v a a cabo

aprovechando e l equipo d e e x t r a c c i ó n de l a c a p t a c i ó n , con l a

-**a Y-' se n b t i e n e una m u e s t r a que r e sponde a l a mezcla d e a g u a s

d e d i s t i n t o s n i v e l e s , l o que ev iden temen te puede i n d u c i r a e r r o r e s e n l a c a r a c t e r i z a c i ó n de la i n t r u s i ó n . En menor

mearda se emplean h í d r o c n p t o r e s p a r a l a n b t e n c i ó n de l a s

mues t r a s , y cuando é s t o s e hace se ap rovechan p a r a e l l o

p e r f o r a c i o n e s no i n s x a i a d d s , Ueb;&rid~ss t~í~6i- l a s d e b i d a s

p r e c a u c i o n e s . L o idea l se r ia la rom ae m u e s t r a s cüii

h i d r o c a p t o r e s e n p i e z o m e t r o s d i s e ñ a d o s a t a l e f e c t o , s i e n d o

e x c e p - i ~ ~ ~ i ~ i e s : n q ~ C ~ ; < S E ' T Z O r cs ts ros e n Iris qiie bsto es

f a c t i b l e .

En la F i g u r a 1 se preaextaa d i s t i n t o s d i s t 3 n t a . s t i p o s

de p i e z o m e t r o s r e a l i z a d o s p o r e l IGWE p a r a e l c o n t r o l de l a

i n t r u s i ó n mar ina .

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LRCILLAS A R E U O W

GRAVAS V ARLNU.

*AROAS

IRAVAS V ARENAS

I A R G A S

Fig8 1 , - Piezometros realizados por e l 16M en e l Bajo Guadaihorre para control de i a

intrusidn Marina (redidas de nivel y toma de muestras a d ist intas profundi-

des).

En cualquier caso, se considera de gran importancia

conocer con exactitud las características del punto de muestro tanto en lo referente a la columna litológica atravesada, condicionamiento, posición del nivel piezométrlco

su evolución etc.

En muchos casos la realización previa al muestre0 de

logs de temperatura, oxígeno disuelto, etc, puede ser recomen aabie de cara a conocer la posición de niveles acuíferos o movimientos verticales del agua, que permitan definir con la mynr preciciSr. p o s i b l e 10s i jüntos 'J'--- ~ u o r i e o s para la toma de

muestras.

Respecto a las condiciones de almacenamiento y periodos de conservación de las muestras, en los manuales de

andllsls químicos de aguas (RODIER, A P H A , etc) figuran

instrucciones particularizadas a cada parfdmetro. A menudo,

las tkcnicas de acidificación ü otras para la conservación de

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mue=.tran menos resolutivos aunque aptos para un control

rutinario, si bien es cierto que la pericia del analítico

puede mejorar sensiblemente los resultados.

Otro aspecto a considerar es sin duda el problema de

las interferencias, que se agrava a medida que el agua tiene

mayor contenido salino, siendo usual que se empleen los

mismos métodos para el análisis de aguas dulces y i n l a d a s sin

tomar las debidas precauciones.

Esta ponencia aboga, por tanto, por la necesidad de

ser meticulosos y rigurosos en estos aspectos y no s ó l o

cuando el objetivo persesuido lo exija ineludiblemente, sino en todos los casos. Sólo de esta manera datos dispersos

pueden ser recopilados y utilizados convenientemente.

TECHICAS DE IHTERPRETACLCIOE Y RBPRESEIITACCIOH DE DATCE HIDRCQUIIIICOG.

,uaiido 5e maneja gran cantidad de datos en un estudio

deTerminado e s imprescindible recurrir a metodos de

re-resentacion graf icos que permitan visualizar con rápidez y comodidad no solo la distribucion espacial o temporal de los m i s m o s sino también las relaciones existentes entre ellos

Tradicionalmente, se utilizan diásramas del tipo de

Piper, Schoeller-Berkaloff y Stiff, cuyos fundamentos e

interpretacion son de sobra conocidos. Si conviene decir que

en el ,:a50 concreto de acuiferos costeros el diagrama de

P i p e r se muestra de gran utilidad ya que permite conocer la

evolucion geoquímica en el proceso de mezclas de aguas de

diferente naturaleza (Fisura 2 ) .

Los mapas de isocontenido son una herramienta

basica y no s o l o porque permiten determinar una distribución

e,sp;acial del par-ametro representadosino también porque el

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A

Fig, 2.- Diayrara de Piper que explica el proceso de salinizacidn en la Herradura fGranadal(BENAVEMiE Y GAL VAGHE, 1.98IA

estudio comparativo de dos mapas confeccionados para distintas fechas puede ayudar a conocer la evolución temporal. No obstante, es necesario considerar dos cuestiones importantes: por una parte, puede faltar homogeneidad en la procedencia de lo datos, especialmente en cuanto a la profundidad de la muestra y, en segundo lugar, a menudo no es facil representar anomalias puntuales, por lo que es conveniente no "forzar" las líneas de isocontenidos para conseguirlo, en beneficio de una mejor información de carácter general.

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Las correlaciones entre parámetros pueden aportar

datos de interés. A menudo no es facil determinar "a priori"

que fcorrelacciones pueden ser las m á s idóneas. Conocimientos

previos del propio acuí fero, experiencias anteriores y, a veces, un cierto "olfato hidroquímico" pueden ser de gran

ayuda.

Pecde fecha relativamente reciente se vienen

utilizando, además, métodos estadísticos (Cluster) y multivariantes (factorial) que facilitan el estudio de

relaciones entre l o s distintos componentes quimicos, la depuracion de datos, la deteccion de anomalias y la

caracterizacion de variaciones espaciales y / o temporales.

2E. P A R T E . CARACTERIZACION HIDROGEOQUIMICA D E LA INTRUSION MARINA.

Sin animo de ser exhaustivos, repasaremos a

continuación las posibilidades que la hidroquimica ofrece y las condiciones para su aplicabilidad, apoyados en alpnos

ejemplos extraidos de las publicaciones disponibles sobre

hidroquímica de acuí feros españoles.

Esta exposición se estructura en tres apartados:

a) Iones mayoritarios y minoritarios.

b) Indices hidrogeoquí micos.

c) Otras caracterí cticas f isico-quí micas. Isotopos.

IOBES HAYORITAXIOS Y XIBORITARIOS.

Entendemos por iones ?nayoritarios a aquellos aniones y cationes que siempre están presentes en el agua tanto dulce como salada, y en cantidades apreciables. Son l o s aniones

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cloruro, sulfato, bicarbonato, carbonato y nitrato, y los

cationes sodio, calcio, magneslo y potasio.

En el agua salina, resultante de la mezcla de agua

dulce y agua de mar, en cualquier proporcion, éstos seran los iones dr mavor abundancia re la t iva El contri.idc de cada uiii)

no solo depende de las concentraciones en las facies

originales, sslsda y dulce. sino también y a veces

decisivamente, de la intervencion de diversos procesos

fisico-quí micos que tienen lugar en la interaccion apa-roca,

en la búsqueda del equilibrio ionico.

Por consiguiente, para utilizar cualquiera de estos

iones en la caracterización de la intrusión marina será

necesario conocer, siquiera cualitativamente, en qué medida

dicho ión está involucrado en l o s diversos procesos físico-

qu í micos .

El i ó n cloruro es el que posee mayor estabilidad

química; no está sujeto a procesos de disolución,

~ I ~ L L ~ L L ~ ~ ~ ~ ~ ~ , etc, y dado, ademhs, que es e1 i o n más

abundante en el agua salina, se convierte en el i ó n más

fiable y que mejor información proporciona. La facilidad de su determinación analítica es un factor mas, nada desdeñable.

- - - _ > - 2 J . - - , : - .

Posiblemente, el único factor negativo puede ser que

es excesivamente cómodo de manejar y, a menudo, es el único lón considerado seriamente. Procesos de salinización no

conocidos y superpuestos al de la intrusión marina actual,

pueden pasar desapercibidos con el s o l o uso del ion cloruro.

Como más adelante veremos, la utilización de ciertos índices

hidrogeoquímicos puede ayudar a resolver estas situaciones.

De hecho, el ión cloruro es utilizado, sin excepción, en todos los estudios regionales o específicos.

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Son numerosos los ejemplos españoles en los que la

caracterización inicial de fenómenos de salinización se basa en la determinación de este ión.

En los acuíferos costeros de la provincia de Cadiz, particularmente en los de San Lucar-Rota-Chipiona y en los de Puerto Real-Conill, contenidos en cloruros localmente elevados se explican por fenómenos de intrusión marina, aunque en el primer caso podrían tener en parte relación con niveles evaporíticoc (BATLLE et al 1.988) o con aguas marinas fósiles (MARTIN y GOLLOBET, 1.981) justificadas por l a

presencia de un umbral impermeable que las aisla del mar actual.

En el litoral catalán BATLLE et al (1.987), ponen de manif iesto la existencia de sectores afectados por intrusión marina en l o s acuíferos de L'Emporda (Gerona) en base al

contenido en cloruros, aunque en otros sectores este hecho se interpreta por la presencia de aguas congénitas, ya que las extracciones del acuífero son muy escasas.

Otros muchos ejemplos de este tipo podrían citarse a lo largo del litoral mediterráneo español, como ponen de manifiesto las redes de control de intrusión marina establecidas por el IGME en la mayor parte de l o s acuíferos costeros, con determinaciones fundamentalmente del i6n

cloruro y la conductividad.

Respecto al litoral cantábrico, existen escasas referencias. Puntualmente 5e. han puesto de manifiesto contenidos relativamente elevados de Cl', como en el caso de la Depresión de Zarauz (Guipuzcoa) (HIDALGO Y CARRERAS, 1 .979) , aunque no existen evidencias claras de que respondan al efecto de intrusión nrarina.

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En base a los datos obtenidas se elaboran mapas de isocontenidos, perfiles verticales, c o r t e s hidroquímicos o

simples dihgramas de evolución temporal.

Estos últimos son muy ilustrativos, siempre q u e las

muestras hayan sido tomadas en las mismas condiciones (una

eventual reprofundización del POZO de muestre0 anularía el valor del diagrare; aaalizridas por m$todc;s 1 ---.--. =y-" yu"L;b12.;. 4 . . ^ r

(Figura : 3 ) . Son utiles para conocer "grosso modo"e1 grado de

afección que soporta el ncuífero y su evolución temporal.

POZO NO6004 \

2 -1,. L 1973' 197. ' 1975 ' 1971 ' 1977 ' 1978 1979 ' 1980 ' 1981 1981 ' 1983 '

F iy , 3. - EvoIucjiSn del contenjúii en rloruivs y del nivel prezo#Plriro en sondeos de l a

Plaiia de Oropesa - Jor reblanca,

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Los perfiles verticales pueden dar una idea de la

estratificación o zonación hidroquí mica. Tienen el

inconveniente de requerir un elevado número de muestras

tomadas a diferentes profundidades. Se pueden suplir, con

grandes ventajas, por e l registro de conductividad, ya que e l

ión cloruro es el que más contribuye al valor de la canductividad . (Entre ambos parámetros suelen darse coeficcientes de cor re í ac ion altus, del oi-den de 0 ’ 9 :

(Figura 4 ) .

Los cortes hidroquímicos se construyen a partir de

varios perfiles verticales. Es aplicable. también e n este

caso, la sustitución de l o s valores de concentracion de ión

c l o r u r o por los valores de conductividad. E s t o , = cortes. si -,e

soportan en datos suficientes, pueden ilustrar bastente bien

sobre la posicion de la interfase agua dulce- agua salada.

(Fig. 5).

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Fig, 5. - Oistribucidn en seccian v e r t i c a l del ronteniúo en cloruros (meq/i,j en Sayunto (caSriLio. i . ~ . ' .

Finalmente l o s mapas de isocontenidos son, sin duda,

:a metodología m á s utilizada. Ejemplos existen m u c h o s . El principal problema que se plantea es la diferente calidad de

l o s d a t o s utilizados y a que, a menudo, notables anomalias no

son i n a s que idiferencias en el nivel acuífero de procedencia

y, al contrario, fenómenos locales de ascensión de conos

salinos, por e je inplo . pueden pasar desapercibidos por la

prcpia f a l t a de homogeneidad en el muestreo.

En el c a s o del mapa de la Figura 6, correspondiente al

Estudio HidrogeoiogiGco de los acuíferos de L ' Empordá) ( I G M E ) ,

se determina <claramente la existencia de sectores

salinizados, en los que existe una buena correspondencla con

la piezometrla deprimida. a excepcion del sector situado al

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Norte del rio Muga; este hecho, unido a otras consideraciones

hidrogeológicas, apunta hacia la existencia de aguas

congénitas de ese sector y, tarnbien, a la influencia de la salinización debida a penetración de agua salada por el propio rio y al efecto de los vientos de tramontana (aerosol marino).

A lo largo de esta ponencia se mencionan numerosos ejemplos españoles con similar problemática.

F¿g# 6 . - napa de irocloruros (Junio, I Y W en 105 aruiferos rosteros de L'Lmpordd

( IME, IY87)

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El i ó n sulfato es el segundo anión en abundancia en el

agua de mar y, por tanto, en el agua salina debida a s u

mezcla con el agua dulce.

La geoquímiia del ión sulfato es algo más compleja,

sobre t.odo porque no necesariamente el agua de mar es su principal origen. El agua dulce puede contener elevadas

roncentraciones de este ión, debido a la disolución de sales

sulfatadas (yesos esencialmente), que se puede superponer al proceso de intrusión. Tal es el caso del cono de deyección de

la cuenca del R i o Llastres (Tarragona) y de diferentes

sectores del litoral castellonense y valenciano, como han

podido comprobar l o s autores de la ponencia.

TJn enriquecimiento en SOn también podría explicarse

por la influencia de las labores agrícolas y de l o s regadios

a partir de extracciones continuadas del agua del acuífero,

como ponen de manifiesto BENAVENTE Y CALVACHE (1.981), en

distintos acuiferos costeros detríticos de la provincia de

Granada.

Este tipo de situaciones se pueden de detectar con la utilizacion del índice rSOd/rCl, con valores sensiblemnte

superiores a los esperados.

En ciertas condiciones se puede encontrar el caso

opuesto, esto es, concentraciones anormalmente bajas Ur i ú i i

s u l f a t o T . ñ causa fundamental es la existencia de procesos de

reducción de sulfatos, en presencia de materia orghnica,

según la reacción:

SO'* + materia orgánica ++ SH- + HCO-3 + &O.

Esta reacción se cataliza por la acción de bacterias

sulfatoreductoras que precisan un medio anaerobio.

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El sistema azufre-agua es complicado porque

intervienen no s ó l o equilibrios ácido-base sino tambien

equilibrios de oxidación-reducción. En la figura 7 se puede

ver el cuadro general de estos equilibrios en el sistema

potencial redox-pH. (BIANUCCI y RIBALDONE, 1985) . En la parte

inferior del diagráma se observa que para bajos potenciales

la estabilidad de l o s compuestos H S, HS y S depende

fundamentalmente del pH.

Fiy, 7,- Risyrara potencial reúox-pH a 25' G del sistenra S - H d ,

_ _ un caso espectacular de reducción de sulíatos se

conoce en el área de Wancófar (Castellón) en donde se

encuentran concentraciones de ión sulfato del orden de 5-10

mg/l cuando serían de esperar concentraciones superiores a

250 mg/l. Valores muy altos de pH (8-9) y bajos contenidos en oxígeno disuelto <<0'5 mg/l> demuestran, sin lugar a dudas,

la existencia de este fenómeno. (MORELL et al, 1.988).

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En lo que se refiere al i ó n bicarbonato, s u geoquímica

es ciertamente compleja. De la revisión bibliográfica

efectuada parece deducirse que carece de fiabilidad para ser

utilizado como indicador de intrusión marina.

La roncentracion inedia de este ion en el agua de mar es idel orden de 140 m g / l , normalmente inferior al contenido

medio en las aguas dulces.

El agua de mezcla a partir de dos fases saturadas en e,ste ión suele ser subsaturada. Esto condiciona la existencia

de intensos procesos de disolución. En otras ocasiones se

pueden generar fenómenos de precipitación.

Factores como el pH, temperatura, fuerza iónica y

presión de CO. inciden en l o s equilibrios.

Logicamente, es en los acuíferos carbonntados donde con mayor intensidad se registran estos fenómenos de

precipitación-disolución, pero no de manera exclusiva:

también en acuíferos detríticos tienen lugar y en función de las cararteristicas litológicas, con mayor o menor

intensidad.

Existen algunos aspectos dignos de mención

relacionados con estos procesos: el carácter subsaturado con

la calcita del agua de mezcla conlleva un notable grado de

disolucion en la zona de mezcla provocando un incremento en

el grado de karstificación, potenciado por el carácter

dinámico de dicho zona. PASCUAL Pt al (1.986) tratan estos

aspectos en los acuíferos carbonatados de Garrsf y Vandellós, y PASCUAL Y CUSTODIO (1.987) inciden en el primero de ellos,

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en el que además obtienen conclusiones sobre procesos de

dolomitizacion en la zona de mezcla.

Si no se tienen en consideracion estos procesos

f isico-qui micos, la relacion rCl/rHCO puede perder validez

y debe ser mansjada con precaucion

E l i ó n nitrato ha p-a.do a convertirse er: l o s últiios

afíos, en ión mayoritario de primer orden, sobre todo en l o s

acuíferos costeros no carbonatados. Este es debido a su origen casi exclusivo de contaminación por actividades

agrícolas, que suelen ser particularmente intensas en l o s

acuíferos costeros. Por e l l o , es habitual encontrar la

superposición de este tipo de contaminación con el debido a

la intrusión marina, como ocurre en el Maresme, Plana de

Castellón, Sagunto, Plana de Gandia-Denia o Campo de Dalias

par poner algunos ejemplos elocuentes.

Realmente, el ión nitrato es extrafío a la intrusión

marina y s u estudio poco o nada, al menos directamente, puede aportar a su conocimiento.

En lo que se refiere a l o s cationes mayoritarios es,

sin duda, el ión sodio el dominante en acuíferos costeros

salinizados. El principal proceso fisico-quimico en el que se encuentra implicado es el de intercambio iónico,

esencialmente con el cálcio.

Inicialmente, los iones en disolución se encuentran en

equilibrio químico con la fracción arcillosa del acuífero . La invasión de aeua salina origina un agua de mezcla en

desequilibrio inicial con la fracción sólida del medio. Se

puede afirmar que el proceso de intercambio iónico es

consecuencia directa de I n huiqued= del eqirilibri= y que, en lineas -A---- O=iicrales, se iige pür las leyes del equiiibrio

químico.

38

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La reacción que mejor puede ilustrar este fenómeno es:

Frac. arc. - Caz' + Ba' -+ Frac. arc. - Ba' + Ca2+

de manera que el ion cálcio queda disuelto en el agua

incrementando su concentración, en mayor o menor medida en

función de la intensidad con que ocurra el fenómeno, lo que va a depender, esencialmente, de la importancia relativa de

la fracción arcillosa y de s u naturaleza.

Este mecanismo ha sido puesto de manifiesto, por

ejemplo, en la Plana de Oropesa-Torreblanca, en donde el

contenido en ión cálcio llega a duplicar el que sería de

esperar en función del grado de mezcla. La constatación de

este fenómeno se puede llevar a cabo analizando la pérdida

relativa de ión sodio que debe ser, en meq/l, del mismo orden

que la ganancia de ión cálcio, si bien es necesario

considerar la posibilidad de que el ión cálcio esté implicado

en otros procesos físicos químicos, esencialmente en los de FrecipitaCiSn-diSOlUCiÓn de carbonatos. En este caso, el

estudio del estado de saturación con la calcita debe ayudar a

conocer mejor el proceso geoquímico del ión cálcio.

Aún cuando existe una marcada similitud química entre

l o s iones cálcio y Hagnesio, este último difícilmente se

intercsmbia con 1-1 ion sodio ya que forman un tipo de

compuestos muy distintos y ocupan distintas posiciones en la red. El maenesio se puede intercambiar m á s facilrnente con el

hierro, el aluminio, e incluso el litio, entrando a formar

parte de algunos silicatos laminares. De cualquier manera,

este proceso no suele ser muy significativo aunque, en Oropesa-Torreblanca, se han puesto de manifiesto pérdidas

relativas del orden de 1 meq/l.

39

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Respecto al ión potasio, es adsorbido por la fracción

arcillosa para compensar cargas negativas debidas a

sustituciones en la red.

Una consecuencia inmediata de estas rnodicaciones

sufridas por l o s cationes es su influencia sobre l o s valores

de aquellos indices hidrogeoquímicos en l o s que los cationes

estén involucrados. El de más amplia utilización el indice

rMg/rCa que es del orden de 5 en el agua de mar y entre i y 1’5 en las aguas dulces. En muchas ocasiones, el aumento del

valor de índice puede bastar para caracterizar un proceso de

intrusión pero, indudablemente, es necesario, también

considerar las posibles variaciones de cada uno de l o s iones,

y de esta forma llegar a una aproximación más cuantitativa.

,

De entre l o s iones minoritarios los de mayor interés

son aquéllos que presentan notables diferencias de

ccncentración entre el agua dulce y el agua de mar. Tal es el caso de l o s iones bromuro y estroncio. Otros iones como son yoduros, litio, manganeso, etc. tienen importancia también y su elección debe hacerse en función de los objetivos

perseguidos y de las características geológicas e hidrogeológicas del área de estudio.

El ión bromuro es poco utilizado quizás debido a las

dificultades analíticas que presenta. Una vez resueltas

estas, se muestra como un ión de gran interés.

Su contenido en el agua de mar es del orden de 70 q / l

mientras que en las aguas dulces raramente alcanza 0‘5 q / l .

La geoquímica es similar a la del ión cloruro y, en condiciones normales, los contenidos de ión bromuro en el

agua salina responden muy ajustadamente al grado de mezcla.

Los coeficientes de correlación entre los iones cloruro y bromuro suelen ser muy elevados (0 ’99 en Oropesa-Torreblanca,

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0'96 en el Campo de Dalias). Desviaciones de este ranga de

dependencia pueden alertar sobre la existencia de otras

origenes de salinidad, como puede ser contaminación salina

industrial o aguas retenidas en áreas de escasa circulación

en las que se puede encontrar enriquecimiento del ión

bromuro.

La relación r -BrírC.1 puede en estos casos, ser de gran ut i 1 idad.

El ión estroncio también presenta notables diferencias de contenido en el agua de mar (24 mg/l) y aguas dulces (0'2- 1 mg/l).

Es necesario considerar, ademAs del aporte debido a la mezcla con el agua de mar, la existencia de un fonda

Eeoquímico ya existente en el agua dulce. Este fondo puede

ser considerado como una variable regionalizada ya que dentro

de un mismo acuífero costero puede variar en función de la naturaleza del ( l o s ) acuífero <s)de borde que lo alimenten 1 a t er a 1 mente.

El ión estroncio ha sido poco utilizado, pero se

tienen algunos ejemplos en los que se ponen de manifiesto

~ s t a s diferencias, como es el caso de los acuíferos de

Orocesa-Torreblanca, Benicasim, Moncofar, Plana de Gandia y Macizo de Amurga.

P o r otra parte, el ión estroncio puede estar implicado

en procesos de intercambio iónico y de precipitación.

E l ión l i t i o ha sido muy poco estudiado, y los escasos datos existentes corresponden al Campo de Dalias, en donde

parece existir un elevado grado de dependencia con el ión

c l o r u r o y los cationes mavoritarios. En el macizo de Amurga (Gran Canaria), l o s umbrales analiticos de este ión hacen que

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el valor medible no sea suficientemente preciso y que la

relación rNa/rLi no ofrezca elementos interpretables.

(GASPARINI et al. 1987).

En algunas surgencias costeras y aguas subterráneas de la Feninsula Salentina (Italia meridional), BRONDI, et al

(1983) utilizan el ion lítio, relacionandolo con l o s iones

cloruro y boro, y TULIPANO y FIDELIBUS <1984), para las

surgencias del mismo sector, lo relacionan con el total de

sólidos disueltos (Figura 8 ) o con el ión estroncio (Figura

9), obteniendo conclusiones sobre el tiempo de residencia del

agua dulce antes de su mezcla con agua de mar.

0.0 5.0 iao TDS íg/il *O1)

15.0

Fig, 8, - Reldcidn entre i i y TDS en fa peninsufa Safenlina r' i tal ia)

42

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-

.* =- * i - eo 4 0 0 - o

F I ~ , Y,- fleiscibn entre 11 y Sr en la peninsula Saleniins r l l a l i s i

/ ' 6% A' : ' 'A/ A .A

e

El ión Yoduro tiene una geoquimica muy peculiar. Se

presenta en muy bajos contenidos ( 5 0 mg/l en agua de mar y entre 0-100 en aguas dulces). La influencia de l o s aportes

por el agua de lluvia, que varian con la distancia a la

costi, así como de l o s aportes por lixiviado de materiales salinos pueden dificultar la interpretacion de este ión. De

cualquier manera, puede ser un buen indicador de tiempo de

residencia en el acuí fero, diferenciando así intrusión marina

a c t u a l de o t r a s a n t i g u a s , pero siempre con el apoyo de otras técnicas, como pueden ser las dataciones isotópicas.

LLOYD et al. (1982), estudian, por ejemplo, la relación cloruros-yoduros en el Golfo Arábigo, cerca de

Qatar, pudiendo diferenciar entre aguas salinas de acuí feros

poco profundos asociadas a intrusión marina moderna y aguas salinas m á s antiguas de otros acuíferos profundos.

43

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LOS i n d i c e s h i d r o g e o q u í m i c o s no s o n s i m p l e s r e l a c i o n e s < A n i ? . % a c dn^ "<,a !&be:- tnn-p = A a m i e =1-..- . - * m + 4 ? 4 -

g e o q u í m i c o . O"" - - A L - - - -

, - - - - , 1-- _ _

L a s ca rac te r r sticns 1 itnlsgrczs e h i d r ~ ~ s e l o ~ i e a ~ da1

n c i ~ r f ~ r n y e1 n b l e t i v n per3Pziiirlo n c n n c p ? a r a n -n cn&c C B L ~ ,

l a u t i l i z a c i o n de a q u e l l o s i n d i c e s que puedan p r o p o r c i o n a r

mejor i n f o r m a c i o n L a s t l - c n i c a s a l u á o de t r a t a m i e n t o d e

datos p e r m i t e n , c o n c i e r t a comodidad y r a p i d e z c o n s i d e r a r

I I J U C ~ G S de 10s i n d i c e s m á s c o r r i e n t e s ; un p o s t e r i o r a n á l i s i s

de I s s resultadas debe a e r v a r p a r a s e l e c c i o n a r c ? q L e l i o s

indice? q u e se a e i e s t r a n de mayor interés En c u a l q u i e r c a s o .

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es necesario considerar los posibles fenómenos f isico- químicos que pueden alterar o afectar el valor de los indices, o lo que es lo m i s m o , valores anómalos de estos indices pueden ayudar, precisamente, a detectar la existencia de dichos fenómenos modificadores.

San numerosos l o s indices que en ocasiones pueden ser de interés. Ya se han mencionado algunos de ellos (rMg/rCa, rS04/rC1, rCl/rHC0.3, rBr/rCl) etc, pero creemos interesante incidir en algunos aspectos concretos de estos y de otros no mencionados hasta ahora.

A s í , por ejemplo, el indice rIaIrC1 ha sido utilizado por IRIBAR et al (1.986) para caracterizar la pérdida relativa de Ba en el acuífero profundo del Delta del Llobregat, constituido por gravas limpias y arenas fluviales, poniendo de manifiesto la existencia de fenámenos de cambio iónico en el caso de un acuífero detrítico afectado por intrusión marina, el agua de mezcla cede sodio al terreno, incorporando cálcio a cambio. En este caso, el valor del indice disminuye respecto al valor teórico de la mezcla agua '

dulce- agua de mar.

En sentido opuesto, MANZANO Y CUSTODIO (1.987) utilizan el indice rNa/rCl en el estudio del nivel intermedio de lfmos (acuitardo) del m i s m o delta: con el que ponen de manifiesto un incremento relativo del ión sodio en profundidad, invocando fenómenos de intercambio iónico en el sentido de que el agua dulce cede calcio al terreno a cambio de sodio, en un proceso de ablandamiento del agua.

En consecuencia, es indudable la utilidad del indice riiaa/rCl, para caracterizar procesos de intercambio iónico, ya que es el único proceso que puede afectar de manera significativa al ión sodio, y ya sabemos que el ión cloruro es bastante estable geoqui micamente, pero también parece

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aconsejable constatar las pérdidas o ganancias relativas de

l o s demás iones implicados en el fenómeno, como es el caso

de: ion cálcio.

TambiCn se podria determinar la variación de Na respecto a los valores teoricos (MORELL et al, 1 988), lo que conduce a un mismo significado pero con una información más ,-iianti t a t i v a

El ion cálcio, que es el que se opone fundamentalmente al sodio en este proceso, está involucrado, además, en otros

procesos como el de disolución-precipitación de carbonatos,

que comentaremos más adelante. La cuantificación de la

variación de sodio puede ayudar a diferenciar en que intensidad afecta al cálcio cada uno de los procesos

mencionados. En otras palabras para conocer las variaciones de calcio debidas a procesos de disolución-precipitación de

calcita habra que "descontar" las debidas al intercambio

iónico.

La importancia relativa de cada proceso depende

íuridamentalmente del medio; así pues, l o s acuí feros de caiizas o dolomías puras tienen capacidad nula de cambio

iónico y será la fracción arcillosa la que determine esa

posibilidad; en el caso contrario, l o s acuíferos detrí ticos

con abundante fracción arcillosa tendrán elevada capacidad de

cambio, mientras que el proceso de disolución-precipitación

dependerá fundñmpntnlmente de la naturaleza y disposición de la fracción carbonatada.

Otros factores que influyen son las condiciones

hidrodinámicas el aculfero, la existencia o no de aguas iongénitas salinas, las condiciones de recarga o la superposicion de otros f e n n m e n n r cnnfiminintes

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En ciertas ocasiones, se utiliza el denominado indice

de cambio de bases C1.c.b) definido como

icb= r C l - r m )

rC1.

Este indice es, en alguna medida, indicativo del

sentido y la intensidad en que se producen fenómenos de

intercambio iónico. Es necesario destacar que tiene mayor

u MIOCENO

CENOYANIENSE

APTIENSE

JURASIC0

7 INDICE DE cAmam DE BASES

FECHA

Septiembre 1383

Fiy, I I . - 1, c. b! en Oropesa-Torreblanca íCase l l6n l

47

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importancia la evolucijn espacial del indice que su propia

valor absoluto, por lo que se muestra de utilidad para

conocer comportamientos regionales.

Así, por ejemplo, en el acuífero de Oropesa- Torreblanca (Castellón) la existencia de una l~nea de

inflexión en la tendencia del valor del i.c.b. (Figura 11)

puedz interpreturse como un3 pri~ere apr-oximacion a la

posición de la interfase agua dulce-agua salada (MORELL et al 1.986) si bien la irregular distribución de la fraccion

arcillosa en el acuífero puede modificar esta interpretación

Algo parecido fub establecido por BAONZA et al.

(1.984) en el Parque Nacional de Doñana, en donde observan la existencia de una línea de transición correspondiente a la isolínea de i.c.b=0'3 que coincide, de forma aproximada, con

la interfase agua dulce-agua salada, entendida aquí como el

contacto, aunque difuso, entre el agua dulce de recarga y el agua salina congénita de origen anterior a la deposición de los materiales arcillosos que dieron lugar a la marisma actual.

BENAVENTE et al 1.983 también lo utilizan en el

acuífero de los Llanos de Carchuna para evidenciar el proceso de "extrusión" en base al endurecimiento del agua desde el

borde del acuífero hacia el mar.

En l o s acuíferos con porosidad intergranular del

litoral catalán CUSTODIO et al (19 ) deducen que en general el i , c. b. , (entendido como la relación rCl-rNa/rNa), puede

ser negativo y que cuando se producen entradas de aguas

saladas de origen marino o las aguas marinas se desplazan

hücia el iiiteiior del c=ntir?ente se Frsduce un dbficit de Na

y un exceso de C a y Mg iendurecimientoj, que se traduce en

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una elevación del indice i. c. b. , que con frecuencia supera el valor que corresponde al agua marina < + 0 ’ 1 2 ) .

Para evidenciar un proceso de intrusión marina se

suele utilizar el indice r HgirCa, cuya rápido aumento unido al del ión cloruro es una consecuencia inmediata. Este

indice, que tiene un valor comprendido entre 0 ’ 3 y 1 ’ 5 en

aguas dulces y del orden de 5 en el agua de mar, está

afectado por las variaciones que pueda sufrir el ión cálcio, fundamentalmente, y que ya hemos comentado.

Fig. 12, - Evoloridn de l a re la r id i i r/g/rCa

En la Figura 12 (MORELL et al., 1986), se puede comprobar que el valor del índice es sensiblemente inferior

al que, para el mismo porcentaje de agua de mar correspondería a la mezcla simple; e incluso, para muestras poco salinas, el índice puede ser inferior al del agua dulce. Por consiguiente, no siempre es de esperar notables

incrementos del índice, por lo que debe ser manejado con

precaución. Ciertamente, es un índice muy utilizado y , a

grandes rasgos, proporciona suficiente información.

49

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Fiq , 13, -h%laridn entre rUg/rCa y Ci en el ricizo de Garraf

. 1 3 3

Fig, i d , -,i%lici'iii i;iigírta-Cioruror a

d i s t i n t a s profundidades en

un piezbmefra de Garraf

En el s e c t o r s u r d e l Kacizo

carbonatado de Garraf (Tarragona)

se ha observado (PASCUAL e t a l ,

1 .968) , que e x i s t e una c ie r ta

r e l a c i ó n d i r e c t a e n t r e e l í n d i c e

r M g / r C a y e l conten ido en i ó n

c l o r u r o (F igura 1 3 ) p a r a l o s

puntos en que este contenido es

s u p e r i o r a 1 g r / l . y que cuando

e s t e conten ido es s u p e r i o r a 1 '6

mg/l (45 m e q / l ) , l a r e l a c i ó n

rMg/rCa es mayor que 1, que

corresponde a p o r c e n t a j e s de agua

marina en l a mezcla d e l orden d e l

7%. E s t a es una s i t u a c i ó n

potencialmente f a v o r a b l e p a r a que

s e produzcan procesos

dolomi t i z a c i ó n .

de

1

Fiy, ¡5# - indires ue saturaridn en dOlQMita en el nisao piezoanetro

50

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PASCIJAL Y CUSTODIO (1.987) estudian con más detalle este fenómeno, poniendo de manifiesto que, para elevadas salinidades, el índice r Mg/ rCa alcanza valores cercanos a 2 (Figura 14) y que aunque se alcance la subsaturación respecto

a la dolomita siempre se mantiene el déficit de dolomita disuelta (FiEura 15), lo cual estaría de acuerdo con una pérdida de magnesio debida a la dolomitización de la

cal iza.

En resúmen, desde el punto de vista termodinámico, es posible la dolomitización por reemplazamiento cuando la mezcla esté cobresaturada con la dolomita. Lógicamente, será necesario considerar la incidencia de factores tales como presión parcial de CO. pH y temperatura.

Aunque de pasada, se ha hecho mención a l o s procesos de disolución-precipitación de carbonatos. Este fenómeno f í sico-qui mico, intenso en acuí feros carbonatados, pero presente en la casi totalidad de l o s acuíferos costeros, modifica sustancialmente la composición del agua de mezcla y, por tanto, incide en la utilización de diversos indices hidrogeoquí micos.

En general, un agua será agresiva, es decir, capaz de disolver una determinada sustancia, cuando se encuentre subsaturada en dicha sustancia; y, por el contrario, un agua sobresaturada tenderá a precipitarla., En este equilibrio parece que el proceso de disolución es mAs fácil que el de precipitación, ya que una disolución sobresaturada puede mantenerse en equilibrio metaestable.

El grado de saturación de un agua respecto a una determinada sustancia se puede conocer en términos de indice de saturación calculado mediante la fórmula de Debye-Hückel (logñritmo de la presión parcial de COY y fuerza iónica del agua). El indice de saturación respecto a un determinado

51

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mineral se define como el logaritmo de La relazión entre el

producto de la actividad iónica y la constante de equilibrio (producto de solubilidad). En el s^aw de la calcita será

IS,:=logacl++acol/Kc, que corresponden a la ec.uación

Ca CCh ++ tiZ* + (33-3. Si el IS es igual a O , el agua está en equilibrio con la calcita, si es inferior a O, subsaturada y si es superior e,stá sobresaturada.

esta

Fig. 16, - ( ' u v a de salutiilidad de l a r ~ l c i t a en funridn de ¡a sslrnidaú

Así por ejemplo , PASCUAL Y ClJSTODIO (1. 987) utilizan

el programa WATEQ F para calcular el IS respecto a la calcita y la dolomita . MORELL et al (1 .988 ) lo (calculaii según la L V I I U U L a i i LCI.MUJ~= Crikr - riatjír Car, donde rCar son l o s

meq/l de cálcio determinado:% analiticamente (cálcio real) Y

r C a t son los meq/l de calcio de equilibrio calculados a

partir de la actividad ióriiia del ión carbonato en función de

1 as si gu i entes ecu ac i one:s :

z:--. 1 . I^ ̂-^^

EL

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En la Figura 16 se puede observar la curva de

solubilidad de la calcita en función de la saiiniaaa, delimitando los campos de sobresaturación y subsaturación respecto a la calcita. (CUSTODIO, 1986).

La mezcla de dos aguas sobresaturadas (D y E) pueden producir un agua subsaturadas (F) , y también la mezcla de d o s aguas subsaturadas < A y B> puede producir un agua sobresaturada (C) .

Así pues, un agua dulce saturada respecto a la ,calcita, y el agua de mar, sobresaturada, pueden proporcionar aguas de mezcla subsaturadas, en diferente grado según la presión parcial de CO.., . (Figura 17)

En estas condiciones, se puede pensar que en la zona de mezcla agua dulce-agua salada se pueden dar activamente fenómenos de disolución que pueden intensificar el grado de Karstificación, tal como estudian PASCUAL et al, (1.986) y FASCUAL Y CUSTODIO, (1.987) en el caso especial de acuíferos carbonatados costeros y, en concreto, el tipo denominado "abiertos costeros", dentro dril grupo "acui Ieros intermedios mixtos fisurados y karstificados", como .son el existente en el sector meridional del Macizo de Garraf y el de Vandellós (Tarragona), en l o s que existe una franja paralela a la costa, de elevada permeabilidad, afectada par procesos de contaminación marina. La intensa karstificación puede

explicarse por procesos de transferencia de masa desde la fase sólida (roca) a la líquida (agua) que tienen lugar en la zona de mezcla agua dulce-agua salada, como hemos visto subsaturada respecto a la calcita y de carácter dinámico . Este efecto de desarrollo de la porosidad y permeabilidad secundarias por karstificación puede estar potenciado, además, según afirman los autores, por fluctuaciones de la

zona de mezcla en respuesta a cambios globales del nivel del mar.

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Dtro índice habituaimente utilizado en estudios

hidroquímicos de acuí feroc costeros es la relaciSn rS04/rC1

La utilidad de este indice radica en la posibilidad de

caracterizar aportes suplementarios de i ó n sulfato, ajenos al

aporte marino, o de detectar procesos de reducción de

s.;:. fatus.

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C o m o ejemplo d e i primero iie ios procesos , CURDlfPdA Y

CiTSTCIDiIi (1.981) ponen de m a n i f i e s t o en l a Comarca d e l

Raresnie que el crec imiento d e l ion sulfato es p a r a l e l o a l &el

ión nitrato, mient ras q u e la r e l a c i ó n con e l I n d i c e rSOn/rCl

e,sra p s : ~ , d e f i n i d a . El ion e u l f a t o parece corresponder por

t a n t o , a un contaminante s , procedente de Pos P e r t P l i z a n t e s

y c o r r e c t o r e s del s u e l o ( y e s o ) , mient ras que e l o r i g e n d e l

i ó n # c l o r u r o e s , c la ramente , de contaminación marina.

Iiespoc-to a l proceso de seduccion de sulfatos e x i s t e n

ezca~a', referencics 5~ acza Pasas espB;o?es. BALXZA, et al

(1 984) e n e l Parque Racional

~ e i e c i o n rSO,r/rCl E O ~ K B ~ T E S ~ ~ ~ f n f i a r i a r a O 1 QX 10s USOS

de Marismas y en e l a c u i f e r o confinado, mientras to

valores d e l orden de O 2 en e l a c u á f e r o l ibre y en l o s

m a t e r i a l e s dunares E s t o podria j u s t i f i c a r s e a t r a v k s de l a

posible r e d . ~ c c i ~ ; n cmcteriana de s ~ ~ i d f ~ ~ t o c ; e n l o s dos primeros

tipos de muestras q u e , de hecho, s e encuent ran en un medio

fuer temente r e d u c t o r Jl anaerabio.

Valores d e l orden de 0 ' 0 0 7 , c5n casi t o t a l a u s e n c i a de

i n n s w i f s n t r a , se han encontrado <lOE LL et al 1.988) en e1

cncta: de H9Tlcafa . r en U8stoll íhn (e jemplo ccmztado en phgina-,

a w t e r i a s e s ) .

En l o que r e s p e c t a a inüaces nidrogeoquamicos en ios

que intervengan iones m i n o r i t a r i o s , ya se ha mencionado la

u t i l i d a d de rBr/rCX q u e raramente ha s i d o u t i l i z a d o .

Referencias bibllogrbfiras se t i e n e n sobre e: acuí f u r o de l

Campo de Tarragona (TORREHS, 1.976) y o t r o s de Castellón y Valencia (XORELL et al , 1,988). Otras r e f e r e n c i a s ponen de

rmnifies'co que esta siendo a c t u a l m e n t e considerado. cox9 es

e l caso de Macizo de bmurga e n Gran Canar ias ( G A S P A R I E I I et a%

1 9 8 7 ) .

55

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Fiy# 18, - Reircidn fstruncio-Cluroros en aruíferus d e t r í t r r o s del i i t o r a l valenciaiio

El índice rSr/rCl debe ser manejado con precaución debido a que el aporte de ión estroncio no s ó l o se debe al

agua de mar, sino también y de manera significativa, al agua dulce de recarga, y esta ultima aporta distintas concentraciones en función, esencialmente, de su litologia y

como se pone de manifiesto en la Figura 18 (MORELL et al. 1988) en la que, sistemáticamente se encuentran concentraciones mayores de ión estroncio que las que sería se

esperar si solo proviniese del agua de mar y. además, las envolventes dibujadas para cada acui fero ilustran sobre

distintos niveles de aportes

El índice rI/rC1 ha sido escasamente utilizado y, por

ejemplo, en la Figura 19, de HOWARD and LLOYD (1978). se

pueden ver l o s resultados obtenido.; en el zsuifero de

Lincolnshrire Chalk, con el estudio de la relacion entre este

índice y el ión C1, diferenciandose entre aguas salinas

56

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nmderna,s y antiguas, con el apoyo de un estudio isotópico

(HOWARD and LLOYD, 1 9 8 3 ) .

Fiy. 19. - D:fei*enciacidn de aguas suhtrrrd~eas salinas en base a l a r e i a c i l n entre el inúirr r i / r C I y rl l-onttvido e!? rlcruros en Linialnshisr Chalk.

O T R A S CAHGCTERISTICAS F I S I C Q - Q U I M I C C i S .

1 S O T O P O S ,

Comentarenios brevemente algunos ejemplos de

util Lzat:icn de parámetros tales como conductividad, pH,

tem?erat,ura y oxigeno d i s u e l t o

S i n i d u d a . la conductivldad es un parámetro bien

: u r ~ ~ i : i ~ l o y utilizado prof ucamente, especialmente en estudios

57

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de control o al abordar acuíferos extensos. En las aguas

salinas su relación de dependencia con el ión cloruro es muy

elevada, y, al margen de modificaciones como las que hemos descrito, hay que pensar que la conductividad es un excelente

indicador del grado de intrusión .

Cuando se propone una campaña de toma de muestras es

necesario que las medidas de conductividad se tomen "in situ", para evitar posibles variaciones, si bien es cierto que estas, para aguas muy salinas, tendrán escasa significación hidrogeoqui mica. En las redes de control y observación es ilustrativo contar con piezometros específicos para la medida de conductividad, a cotas diferentes en la

vertical. De gran utilidad seria contar con sensores que permitan el !control remoto.

Los registros verticales de conductividad proporcionan una val i nila i nf üi-iiiü~ 1 01-I i l ü b r ~ la re t i-at i f i C'YC i P n hidi-üqLt i m i c a

y, en aquellos casos en que el piezometro atraviese el agua

dulce hasta alcanzar la zona de mezcla e, incluso, el substrato salado, medidas periódicas de este tipo dan a

conocer las oscilaciones de l o s límites superior e inferior

de la zona de mezcla, si es que esta aparece bien definida. Tal es el caso de la Figura 20 correspondiente a un pozo de la Plana de Oropesa-Torreblanca.

A partir de estas medidas realizadas entre septiembre de 1.985 y Febrero de 1.986 se pudo comprobar el efecto sobre el equilibrio dulce-salino de la recarga por infiltración del agua de lluvia sobre el propio acuífero y el efecto diferido de la recarga lateral desde los acuiferos de borde (MORELL Y PULIDO , 1.986) . Este control se sigue llevando a cabo en

este pozo y en otros del mismo acuífero y de acuíferos

cercanos.

58

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- ,

E

5 -

10. O FRESHWATER

Fig, Ai, -Evolucidn de la iirtert'ase en un poza de la Plana de üropesa-Torreblanca i la s t e l lon)

La conductividad parece reflejar mejor, por otra

parte, el contenido salino que el propio residuo seco, al

menos para altas concentraciones, quizás debido a que la

desecacijn en estufa no sea suficiente en estos casos.

La temperatura es un parámetro capaz de proporcionar

excelente información y que parece poco utilizado. Es habitual realizar "ln situ" medidas de temperatura de las

muestras recnsid.8.s que es básico para realizar lucsu i;;ia s e r i e ¿ j l . = u l . z s , sobre *EA=. si ndez%u zc hp_=

medido "in situ" otros parámetros como l o s contenidos en HCO....

-#. . . ¿O . , ; dureza etc,.

Pero ademhs, 106 registros de temperatura en la. vertical se muestran muy eficaces, no s ó l o como parámetro

f isico-quí mico, sino también como herramienta hidrogeológlca.

La temperatura del agua en un pozo depende de varios

factores cuya incidencia particular es difícil determinar.

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En primer lugar, los pozos poco prnfundos y la parte superior de l o s m á s profundos están sujetos a las variaciones

térmicas anuales atmosféricas, en la denominada zona de

aireación o de heterotermia estacional (COTECCHIA et al 1.977). Se puede establecer como límite inferior de la zona

de heterotermia estaciona1 aquella profundidad a la cual la temperatura es constante a lo largo del año , si bien deben existir influencias notables derivadas de la recarga

diferencial de aguas invernales, del tiempo de residencia del

agua en el acuífero, de la difusividad térmica del terreno

suprayacente y de la profundidad del nivel piezometrico.

Esta influencia puede suponer variaciones del orden de

1-2'C en el nivel m á s superficial de la zona saturada.

El gradiente geotérmico tiene decisiva influencia, ya que se puede estimar en 3'C/100 metros. Más dificil es

implicar el flujo térmico desde el agua de mar hacia el

acuífero debido a la mayor temperatura del aquella. COTECCHIA

et al. (1977) estiman que este aporte adicional puede suponer en la Peninsula Salentina (Italia meridional) hasta 1'C/lOO

metros a 400 metros de distancia de la línea de coste, y de 0'3'C/100 metros a 1400 metros, y que su influencia sólo

afecta hasta unos 20-25 metros de profundidad, en función de

la difusividad térmica del acuífero.

En la Figura 21 de TADOLINI et al. (.1982> , se puede

comprobar que existe una clara relación espacial entre la

distribución del contenido salino y de la temperatura en el acuífero kárstico de la vertiente jónica de la Peninsula

Salent i na .

En general, 5e pueden encontrar tres diferentes tipos

de gradientes térmicos en un pozo:

60

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- Pozos con gradiente térmico positivo, especialmente debido al gradiente geotermico.

r

21,- k l r r i 4 n rntrr r l rontrnido srlino drl rgud y Ir fnprrrlurr rn Ir PrninsuIr

Srlrnt inr i I i r l i r ,

61

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- Pozos con pendiente termica nula, asociada a mezcla de

3gLias debidas a corrientes verticales ascendentes o

descendente5 (efecto-pozo).

- Poros con escalón de temperatura que, unido a

v a r i a c i o n e s de otras características fisico-quí micas, se

puede deber a la existencia de niveles bien diferenciados

iie ayua U e distinta 'saiiniaaa.

I""'"

E

U 40

c o 5 0 !i

I-OCT. 1188

t Temparaiura I OC I

62

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En la Figura 22 .se pueden ver ejemplos de estos tipos

de gradientes, correspondientes a distintos pozos de l o s

acuí fero:z de Oropesa-Torreblanca y Moncofár (MORELL et al,

1.987). A partir de estos registros se pueden obtener datos

relevantes sobre el regimen hidrodinámico del acuífero.

Otro parametro de gran interés es la determinación del

contenido en oxígeno disuelto, y no s ó l o en muestras sino

tambien en registros verticales a lo largo de un pozo.

Considerando el contenido en O.D. como una medida de la

intensidad del f l u j o , estos registros pueden indicar la

existencia de niveles preferenciales del mismo y sus

variaciones en función de la recarga, así c o m o la

sensibilidad de l o s diferentes niveles, tal como se aprecia

en la Figura 23 MORELL et al (1987).

sU.STRATO AGUA DULCE -ZONA DE ....__ TRANSICION SALADO

SEP OCT NOV DIC ENE FED 'AüO'óEP '' IENE ' F E O ' U A ñ ' AüR YAV ' JUN ' JUL ' 1985 1986 1987

Fig, 23 - Evoluridn del contenido en oxido d isue l to en un pozo de Oropesa-Terrreblanra I k s t e l l d n )

Por otra parte, bajos contenidos en oxígeno disuelto

pueden alertar sobre la posibilidad de existencia de

condiciones anaerobias favorables para la reducción de

su lf atos.

63

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La medida del pH, naturalmente "in situ", es de primordial importancia, especialmente en acuí feros carbonatados en los que se pretende estudiar los equilibrios del sistema HCO--a - CO-3 - COd.

Pueden aportar datos de gran interés en el aneilisis de procesos de acuíferos salinizados, sobre todo en aquellos casos en los que existe duda sobre si la salinización de los acuíferos es debida a procesos de intrusión marina, o a la existencia de aguas saladas congénitas. Ello es debido a la diferente composición isotópica que presentan el agua marina y el agua dulce (CUSTODIO, Y LLAXAS. 1.983).

De cualquier forma, el estudio isotópico debe ir acompañado de un estudio hidroquímico general puesto que este

último es el que permitirá una completa interpretación de los resultados obtenidos.

Para el eetudio de mezclas los isótopos de mayor interés son el deuterio y el oxígeno-18.

BAONZA, et al. (1.984) utilizan el análisis de los isótopos estables deuteriq y oxígeno-18 con vistas al estudio de las relaciones entre aguas de distinta procedencia, en el Parque Nacional de Doñana.

Para el acuífero confinado, en un sector del mismo se observa un aumento de la concentración de oxígeno-18, que se explica por mezcla del agua infiltrada en la zona de recarga con aguas congénitas de elevada salinidad, de origen marino, atrapadas durante la deposición de los materiales que forman el acuífero.

En aguas de origen marino el valor de sería próximo a O y la mezcla de ésta con agua dulce de recarga,

04

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con 6 ,,.,= -5'2 por mil, daria lugar a los valores medios

observados.

Por otra parte estos autores estudian la relacion de

las desviaciones 6 r > y 6 , (Figura 2 4 ) observandose como

todos l o s puntos se a g r u p a n a l r e d % l o r de ia lliiea

correspondiente a aguas meteóricas 6 ,>. = 8 6 , +10

En dicha figura la dispersión de l o s puntos es

explicable, entre otras causas, por mezcla de aguas de

diferentes procedencias.

Los puntos con valor m á s positivo al definido por l o s

valores de 6 I . ( = -5 2 por m i l y 6 I > = -31'6 por mil y que se ajustan bien a la línea de aguas meteoricas solo pueden

explicarse por la mezcla de agua dulce con dichos valores con

otras aguas con valores más positivos, q u e podrian ser de

origen marino.

Y / í ; ; ; + 1 2 3 4 5

40

Fig# 24, - Diayrdfia ¿o-¿re para d iversas rucrstras de agua del Farque Nacional de Ootiana.

65

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Las concentraciones en deuterio aumentan en general

cuando la hace la contribución de agua salada, con un valor de &,., mAs positivo, en una zona de mezcla.

Según CUSTODIO Y LLAMAS (1.983) si el estudio del deuterio indica la posibilidad de mezcla pero no el Oxígeno- 18 y este está en menor cantidad que la mezcla teórica, puede pensarse eii u n intercambio con ei terreno, io que sugiere la posibilidad de aguas marinas antiguas o congénitas como

fuente de contaminación.

Por otra parte, aguas salobres o salinas de composición isotópica muy próxima a la de las aguas subterráneas dulces pueden provenir de disolución de sales.

BENAVENTE Y LOPEZ VERA (1986) hacen un estudio del contenido en oxígeno-18 tanto de aguas de recarga como de las

subterrdneas en loa scuí feros detrí ticos del litoral granadino y s ó l o en uno de l o s puntos muestreados (situado

en la Herradura) la discrepancia entre la altura media de la zona de recarga que corresponderia por su contenido isotópico y la real podrían explicarse por la influencia de intrusión marina, caracterizada por valores menos negativos de 6 i e i .

MANZANO Y CUSTODIO (1987) estudian el contenido isotópico del agua intersticial del acuitardo intermedio del delta del Llobregat. En una serie de muestras tomadas en un sondea a n a l i r d r i uxigerir~-iR y deuterio y observan como con la profundidad las aguas se hacen m á s ligeras isotopicamente en respuesta a que aumenta la proporción en agua dulce del acuifero inferior del delta, más ligera que el agua salada congenita de los limos. Existe por tanto una mezcla entre aguas de d i s t i n t a salinidad como sugiere la recta de la

A l a u l a &d. Ee cualquier f o r m a los contenidos Isotopicos no 0,-.-- o=

66

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Fig. 25, -Reiaridn oxigeno 18-deuterio en el aroitrrdo del delta dr Llobregat

Fig

1

o

1

- 7

-1

6“o lu - b

- 5

6

- 1

- 8 7 b 6 ü 10 12 I b 1 6 18 20 7) pIi C I -

?& -Relaribn salinidad/rontenido en ‘V en PI rruitardrr del delta del Llobrrgat

67

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corresponden exactamente a un agua de mezcla, sino que parecen estar influenciados por otros procesos como indica la comparación entre los contenidos de C1- y lc300. (Figura 26)

Los estudios realizados por GASPARINI et al (1.987) en el Xacizo fonolítico de Amurga (Gran Canaria) ponen de manifiesto que la composición isotopica de las aguas subterráneas no indica mezcla aparente con agua marina, y la nndifkación por efecto de una posible mezcla cop agua de mar sería inferior a O ’ 5 ’ % en O.

Por Último cabe indicaf que intrusiones marinas modernas se pueden caracterizar mediante el contenido en tritio y radiocarbono.

L o s autores agradecen al Dr. Emilio Custodio Jimena la revisión del texto y las sugerencias realizadas.

DEDICATORIA

A la memoria de Jorge Porras Martfn.

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