Factores de control de la calidad natural de las aguas Dra. Belén Buil Gutiérrez

Factores de control de la calidad natural de las aguas

Dra. Belén Buil GutiérrezInvestigadora CIEMAT

1.- Contextualización de la calidad natural del agua: ciclo hidrológico

2.- Ámbitos de incorporación de constituyentes al agua

3.- Factores de control de la calidad natural de las aguas

4.- Constituyentes del agua natural

5.- Factores antrópicos de la calidad del agua

CONCEPTOS

Factores de control de la calidad natural de las aguas

¿Dónde se localiza y cómo se mueve el agua en nuestro Planeta?

El comportamiento geoquímico y las propiedades químicas e isótopicas de las aguas naturales están relacionadas con su localización en la hidrosfera, es decir, como precipitación, flujos de agua superficiales, agua del suelo, aguassubterráneas océanos, etc.

El ciclo del agua, también conocido como ciclo hidrológico, describe el movimiento continuo y cíclico del agua (líquida y vapor) entre los distintos reservorios de la Tierra, incluyendo el océano, la atmósfera, lagos y aguas superficiales, suelos y aguas subterráneas.

El agua tiene un tiempo de residencia en cada uno de estos reservorios.

CICLO HIDROLÓGICO

Almacensuperficial

Evaporación zona no saturada

EVPT

Escorrentía /flujo subterráneo

Descargaocéanos

ríos

PUNTO FINALdel ciclo

CICLO HIDROLÓGICO

Zona no saturada

Zonasaturada

La cantidad de agua "almacenada" en los océanos por largos períodos de tiempo > a la que se encuentra en movimiento el ciclo del agua

Todas las aguas del mundo están concentadas a través del ciclo hidrológico por lo que, la entrada de contaminantes en un determinado punto del ciclo hidrogeológico puede transmitirse a otros cuerpos/tipos de aguas integrantes.

Con este mismo razonamiento, añadir, que la composición química del agua en un determinado punto del ciclo hidrogeológico está influenciada, además de por numerosos procesos asociados al movimiento y circulación de las aguas, por la composición química de las aguas que integran dicho ciclo.

CICLO HIDROLÓGICO

¿Cómo adquiere el agua los constituyentes que determinan su

calidad natural?

AMBITOS DE INCORPORACIÓN DE CONSTITUYENTES A LAS AGUAS

Dentro del ciclo hidrológico pueden distinguirse. a grandes rasgos tres sistemas o ámbitos en que el agua adquiere y ve modificado su quimismo:

ATMÓSFERA

gases

areosoles

polvo atmosférico

sales

Condicionan quimismo agua infiltración

Zonas no contaminadas lluvia:•débil mineralización•pH 5 a 6•Carácter oxidante•Facilidad alteración materiales•f( sitúación geográfica, clima, suelo actividad biológica, etc)

ATMÓSFERA

Desde infiltración hasta alcanzar el nivel freático, quimismo agua sufre modificaciones como consecuencia:•Concentración por evapotranspiración----------agua infiltración > salinidad•Contacto con materiales•Capacidad suelo para generar gran cantidad de ácidos (H2C03, ácidos húmicos. etc.)•Capacidad zona edáfica para consumir el oxígeno disuelto en el agua en la oxidación de lamateria orgánica.•Intercambio de gases entre aire del suelo y aire exterior


ATMÓSFERA

Zona saturada:

El agua subterránea se incorpora al sistema de flujo propio de cada acuífero realizando recorridos muy variables en función de las características de cada uno de ellos.

El conjunto de materiales por los que circula el agua y con los que interacciona constituye el tercer sistema en que el agua adquiere o modifica su quimismo.

La composición de la roca, muy importante, no es determinante en mineralización agua subterránea, tb pureza, textura, porosidad, grado de fisuración, estructura regional, así como P, Tª, tiempo de permanencia y de contacto agua-roca, fenómenos modificadores. etc., pueden tener una influencia decisiva en la adquisición y evolución del quimismo.


* La incorporación de los constituyentes al agua debido:

COMIENZA incluso antes de que se incorpore al sistema de flujo subterráneo propio de cada acuífero. Gases, aerosoles, polvo y sales diversas, presentes en la ATMÓSFERA, reaccionan con el agua marcando el primer esbozo del quimismo del agua de infiltración.

Una vez INFILTRADA (con unas características químicas definidas originadas en la atmósfera o en la superficie del terreno por evapotranspiración) el agua puede sufrir modificaciones drásticas en su composición como consecuencia de un CONJUNTO DE INTERACCIONES QUIMICAS, FÍSICAS Y BIOLÓGICAS complejas con el medio.

La composición natural de un agua puede contemplarse desde diferentes puntos de vista: químico, bacteriológico, isotópico, etc.

Conjunto de substancias (generalmente inorgánicas) incorporadas al agua por procesos naturales

Las substancias orgánicas disueltas en agua aparecen en concentraciones mucho menores que los constituyentes inorgánicos.

•elevado poder disolvente

•propiedades de combinación.

¿Qué factores condicionan o controlan la calidad natural de

las aguas?

TexturaEstructuraFracturación (macro/micro) porosidadpermeabilidadsuperficie específicaAdsorción/desorciónDifusiónIntercambio atmósfera

GeologíaClimaCantidad y tipo de vegetación presenteCaracterísticas morfológicas (tamaño, forma, anchura, etc) de los cuerpos de aguaHidrogeológicos (EVP, T, EVPT, INF,localización del agua en la superficieterrestre, etc)

Disolución (y alteración)Precipitación/coprecipitaciónÍntercambio iónicoReemplazamiento

Condiciones/factores naturales del medio ambiente

Factores químicos (termodinamicos y cinéticos)

Factores físicos

Factores biológicosProducción primariaCrecimiento (ciclo) microbiológicoDescomposición materia orgánicaBioacumulación, etc

Composición fisicoquímicacaracterística

de un agua

FACTORES DE CONTROL DE LA CALIDAD NATURAL DE LAS AGUAS

La composición del agua subterránea natural debe contemplarse con la perspectiva de su posible variación espacio-temporal.

Una composición quimica concreta no queda completamente definida si no se refiere a un lugar y momento determinados

IMPORTANTE RESALTAR:

CLIMA

El clima influye en la calidad natural del agua ya que la Tª, la precipitación y el viento afectan a las características químicas, físicas y biológicas de las mismas.

Tª Cantidad de gases disueltos(agua caliente menos oxígeno disuelto que agua fría, dificultando la supervivencia de algunos organismos)

Reacciones químicas y biológicas(mayor desarrollo en aguas cálidas que frías, influyendo en la vida de los organismos)


Precipitación cantidad y tamaño de los cuerpos de agua(menores y escasos en climas secos y, por tanto,más susceptibles a la contaminación: efecto dilución)

Viento Mezcla de la superficie de las aguas(favorece el enriquecimiento de éstas en gasescomo O2 y CO2)

Tasa de evaporación en la superficie delagua

CLIMA


Los tipos de climas asociados a distintas áreas geográficas, condicionan los tipos vegetación y de suelos que en ellas se desarrollan y,por tanto, la composición de las aguas que drenan estas áreas puede considerarse como un producto del equilibrio ecológico.

La influencia del clima en la calidad del agua va más allá de estos efectos directos:

Algunos de los componentes mayoritarios del agua están influenciados en mayor grado por el clima que otros:

Ej. Bicarbonato domina en aguas de zonas donde ala vegetación crece profusamente

Ej. Algunos metales son acumulados por la vegetación, cuya descomposición, constituirá una fuente de metales a las aguas circulantes (observable en ríos)..

CLIMA


Cal

idad

del

ag

ua

en f

un

ció

n d

el c

lim

a

CLIMA HUMEDOS Y TEMPLADOS

O

HUMEDOS EN GENERAL

•Elevado desarrollo de vegetación•Aguas de escorrentía con bajo contenido en sólidos disueltos

CLIMAS ÁRIDOS

• Aguas de escorrentía con elevados contenidos en solidos disueltos, por evaporación, a pesar de ser desfavorable la meteorización de solutos • Aguas de escorretía asociadas a inundaciones ocasionales pueden presentar bajo contenido en sólidos disueltos, si los productos resultantes de la meteorización no están disponibles en grandes cantidades

CLIMAS CON ALTERNANCIA DE ESTACIONES SECAS Y HÚMEDAS

•Reacciones de meteorización (que producen cantidades de materia inorgánica soluble) favorecidas en unas estaciones respecto a otras.•Aguas de escorrentía fluctúan tanto en volumen de flujo como en rangos de composición química•Calidad química fluctúa en función la estación

CLIMAS FRÍOS

•Bajas temperaturas inhiben la tasa de las reacciones de meteorización (incluyendo procesos mediados por la biota)•Agua en estado sólido•Escorrentía bajo contenido en sólidos disueltos

Clima


Morfología/dimensiones de los cuerpos de agua

•Espesor de la columna de aguaEstratificación de las aguas: *Influye en la calidad de las aguas

* Principalmente asociado a elevados espesores de columna de agua (lagos profundos, reservorios, mares) * Tipos: Física por cambios de densidad (por # Tª)

Química por cambios en su composición

Contacto con la atmósfera (fuente de gases: O2)Recibe luz solar

No contacto con la atmósfera (fuente de gases: O2)No recibe luz solarContacto con sedimentos en descomposición: demanda de oxígeno

> p

rofu

ndid

ad,

< T

ª

LAGO ESTRATIFICADO

> O

2

NH

4+,

NO

3-, P

O43-

, S2-


Lagos poco profundos: composición homogénea debido a la mezcla del agua por efecto del viento y las olas Resultado: calidad homogénea.

Lagos profundos: No procesos mezcla/homogenización: en profundidad menos oxígeno y más minerales que en superficie. Resultado: estratificación calidad agua<



Ejemplo

•Espesor de la columna de agua

•Tamaño de las cuencas hidrográficas: < 100 Km2: CALIDAD HETEROGÉNEA

la variación de un único factor puede provocar variaciones de más de un orden de magnitud en variables fisicoquímicas o químicas medidas

> 100 Km2: CALIDAD HOMOGENÉA/CONSTANTE las variaciones en las variables medidas son de un orden de magnitud.

•Pendiente y velocidad corrientes: AUMENTO DE LA CALIDAD favorecen la turbulencia y mezcla con

aire, añadiendo oxígeno al agua DISMINUCIÓN CALIDAD Mayor capacidad de erosión y, por tanto, mayor sedimentos en suspensión (turbidez)



Variación composición química en función de los tipos de cuerpo de agua



Ejemplo

ATMÓSFERA COMO FUENTE DE SOLUTOS

•Cualquier agua natural debería estar saturada respecto a los principales constituyentes gaseosos de la atmósfera

Contenido en gases de la atmósfera no afectada por factores medioambientales locales

•El contenido de los mismos en disolución es proporcional a: -solubilidad-presión parcial-temperatura

•Los gases que reaccionan con el agua son más solubles que aquellos que no lo hacen,de ahí la importancia del CO2, a pesar de representar un 0.03% de a composiciónde gases en una atmósfera no contaminada

•Gases como H2O, SO2, NH3, N2O, NO2, HCl, CO, y CO2 son producidos en cantidades importantes como la quema de combustibles, procesos metalúrgicos, otras actividades antropogénicas, así como procesos bioquímicos en el suelo y el agua, actividad volcánica y geotérmica:

ENRIQUECIMIENTO LOCAL--------------AFECCIÓN PROP QUÍMICAS AGUA LLUVIA .


La atmósfera también puede contener:

-elementos como el 3H y 14C se producen en la atmósfera por bombardeo de rayoscósmicos.

-partículas de material extraterrestre introducidas desde el espacio (basandose en contenido enNi de la nieve antártica, se realizaron cálculos, estimándose que sobre la superficie terrestreCaen de 3 a 10 millones de toneladas/año de este tipo de material)

-particulas de polvo terrestre, polvo vólcanico, NaCl u otras sales procedentes del mar, llevados a suspensión por el viento.-material de origen antrópico (vertidos industriales, gases vehículos, etc)

Este material partículado es importante en la formación de núcleos de condensación del agua y como fuente de solutos en la precipitación. influye también procesos químicos mediados en superfie.

ATMÓSFERA COMO FUENTE DE SOLUTOS


•Aproximadamente 9 iones inorgánicos (SO4 2-, NO3 -, Cl-, NH4 +, Na+, K+, Ca2+, Mg2+ y HCO3-), se encuentran presentes en concentraciones lo suficientemente altas como para ser considerados principales componentes de la lluvia, (siendo monitoreados alrededor del mundo por las diferentes redes de monitoreo de la química de la precipitación pluvial)

INFLUYE EN LA COMPOSICIÓNQUÍMICA DE LA LLUVIA

Nucleación heterogénea

Nucleación homogénea: condensación vapor agua FORMACIÓN LLUVIA

Atmósfera Partículas/núcleos

Adhesiónmoléculas vapor agua

Formación gotas de agua

(5 a 30 μm)

Núcleos de condensación o Higroscopicos

(distintas composiciones)

Nucleación heterogénea

COMPOSICIÓN DE LA PRECIPITACIÓN ATMOSFÉRICA

lluvia

GOTAS DE LLUVIA

Colisión-coalescencia

CondensaciónNucleos grandes


La composición química de las partículas está constituída principalmente por SO4 2-, NO3 -, Cl-, NH4 +, Ca2+ y Mg2+, ácidos, metales y carbón elemental y orgánico

La cantidad lluvia tiene gran influencia que la en la concentración de partículas (aerosoles) en la atmósfera, ya que actúa como depuradora de su contenido. Evidente al comparar la concentración de aerosoles entre los meses de mayor precipitación pluvial y aquellos en los que ésta disminuye o no se presenta.

Lluvia ácida

ÓXIDOS DE NITRÓGENO (NOx)

Los principales compuestos de nitrógeno presentes en la atmósfera son las formasoxidadas NO, NO2 y HNO3, que están relacionadas químicamente entre sí, por unaserie de reacciones cíclicas.El HNO3 se forma en la atmósfera por oxidación del dióxido de nitrógeno, principalmente por reacción con el radical hidroxil: NO2+OH-------HNO3

Las pequeñas gotas de HNO3 constituyen núcleos de condensación muy activos, con diámetros inferiores a una décima de micrón, están presentes en todo momento en el aire terrestre. El vapor de agua también comienza a condensarsesobre ellas a humedades relativas por debajo del 100%.

Por tanto: Las emisiones de NO2 se convierten en un medio acidificante de la precipitación pluvial


ALTERACIÓN DE LA COMPOSICIÓN DE LA PRECIPITACIÓN ATMOSFÉRICA

ÓXIDOS DE AZUFRE (SOx)

•El principal compuesto de azufre presente en la atmósfera es el dióxido de azufre (SO2),emitido directamente por:-procesos de combustión de combustibles fósilesque contienen azufre, -por la oxidación de las formas reducidas del azufre, procedentesde procesos naturales, formando : CS2, CH3SCH3, CH3SOCH3, H2S etc.

•El proceso final es la conversión de SO2 en ácido sulfúrico y la incorporación de esteácido a la precipitación pluvial, a la nieve y al granizo

FASE GASEOSA

OH- + SO2(g) -------HOSO2 (1)HOSO2 + O2 ------- HO2 + SO3

2- (2)OH2

-+ NO2 --------- NO2 + OH- (3)SO3

2- + H2O ------- H2SO4 (4)

Reacciones formación de H2SO4 a partir del SO2

Posteriormente el H2SO4 puede neutralizarse por medio de iones, principalmente, NH4 + y Ca2+, formando las correspondientes sales. Cuando el contenido de estos iones no es suficientemente alto, y existe predominancia del SO2, hace que exista un exceso de H2SO4, que junto con el HNO3 SON RESPONSABLES DE LA LLUVIA ÁCIDA.


COMPOSICIÓN DE LA PRECIPITACIÓN ATMOSFÉRICA Lluvia ácida

Existe también otra forma de contaminación ácida conocida como deposición seca, y hace referencia a gases y partículas ácidos que son arrastrados por el viento, chocando contra edificios, coches, casas y árboles.

Otra vía de arrastre son las lluvias fuertes. En este caso las sustancias ácidas se incorporan a la lluvia ácida, lo que contribuye a aumentar su acidez.

Lluvia ácida


COMPOSICIÓN DE LA PRECIPITACIÓN ATMOSFÉRICA

FACTORES BIOQUÍMICOS

•Influencia del suelo y procesos de formación del suelo

• Una parte importante de las principales características de la composición química de mayoría de aguas naturales son resultado de los procesos deformación del suelo o de las reacciones de interacción que en el se producen.

• El agua de precipitación, así como de escorrentía y agua subterránea,han experimentado en mayor o menor medida contacto elevado con elsuelo, o retenida durante tiempo en el mismo

• Los factores que influyen en la composición química del agua del sueloson la alteración o/y disolución de silicatos y otros minerales, precipitaciónde minerales moderadamente solubles (ej carbonato calcico), eliminaciónselectiva y circulación de nutrientes por las plantas, reacciones bioquímicascon producción de CO2, sorción/desorción de iones por mineralesy superficies orgánicas, concentración de solutos por evapotranspiración,coversion del N2 (g) a especies químicas para la nutrición de las plantas

H2O+ CO2--------------H2CO3-------HCO3- +H+----------CO3

2-+ H+

Control del pH y alteración minerales


•Biota acuáticaLa mayoría de procesos químicos que tienen lugar en el suelo, tambiénse producen en los cuerpos de agua.

La fotosíntesis, respiración y descomposición de las distintas especies de plantas que se encuentran en el lecho de lagos, arroyos, o flotando en los cuerpos de agua, producen la liberación o perdida de O2 y/o CO2,

pudiendo dar lugar a fluctuaciones ciclicas diarias del pH, contenidos en O2, etc. (observado en lagos y ríos)

La adquisición de nutrientes por las plantas puede realizarse directamente de los sedimentos del agua o el propio agua

Ej. * P y N * Sílice (caso de las diatomas) * Elementos traza (algunos de ellos controlados por dichos procesos, ej. Fe)

Una forma de medir la actividad biológica en el agua es su “productividad”que es expresada como TOC/Vol/t

Existen clasificaciones de las aguas en función de su contenido en nutrientes.A su vez, las características de esta agua varían a lo largo de un día.

fotosíntesis

respiración

descomposición



Variación en la concentración de oxígeno, materia orgánica y nutrientes en un agua oligotrófica (líneas punteadas) y en un estanque eutrófico (líneas sólidas) a lo largo de dos días



Ejemplo Variación calidad natural aguas a lo largo de un día

GEOLOGÍA

•Las asociaciones de minerales que conforman las rocas por las que circula el agua constituyen la “fuente última” de iones en disolución.

•Sin embargo, existen numerosos factores que controlan el proceso de incorporación de iones a las aguas y, por tanto, en su composición final:

Ej. Pureza/alteración y tamaño de los cristales minerales Textura y porosidad de la rocaGrado de fisuraciónTiempo de interacción agua/rocaTemperatura (aumenta la solubilidad y tasas de disolución de minerales), etcPresión

Además de factores más generales, como los vistos:Condiciones climáticasComposición del agua de recargaLongitud de los recorridos, etc


No obstante podemos establecer una serie de criterios generales que relacionan el aporte de sales al aguas en función de los diferentes tipos de roca:

Formación Cristalización de un magma (masa viscosa de silicatos fundidos) originadoen la corteza o el manto superior (>700ºC)

PLUTÓNICAS

VOLCÁNICAS

Minerales

Clasificación/Tipos

Plutónicas (intrusivas), Volcánicas (extrusivas) Fillonianas

ROCAS IGNEAS


GEOLOGÍA

ROCAS SEDIMENTARIAS

Formación

Rocas originadas a partir de la consolidación de fragmentos de otras rocas, restos plantas y animales o precipitados químicos

•ROCAS SEDIMENTARIAS DETRÍTICAS formadas a partir de sedimentación de fragmentos de otras rocas después de una fase de transporte. Su clasificación se basa en los tamaños de los trozos que las componen (conglomerado, arenisca, limolita, lutita)

•ROCAS SEDIMENTARIAS QUÍMICAS Y ORGÁNICAS formadas a partir de precipitación de determinados compuestos químicos en soluciones acuosas o bien por acumulación de substancias de origen orgánico. (ej. Rocs carbonatadas, evaporiticas, silíceas, calizas biogénicas, carbones, rocas orgánicas )

Clasificación

Minerales

-origen clástico : silicatos (cuarzo, feldespatos y arcillas)-precipitación química o bioquímica: carbonatos (calcita y dolomita), sulfatos (yeso y anhidrita) y cloruros (halita).

GEOLOGÍA


Formación:A partir de otras rocas preexistentes que, sin llegar a fundirse (estado sólido), han estado sometidas a grandes presiones y temperaturas y se han transformado.

MineralesSilicatos: cuarzo, feldespatos, micas, piroxenos y anfíboles, Otros típicos: disteno, sillimanita, andalucita, estaurolita

Clasificación (distintas):Condiciones de formación/tipos metamórfismo:Bajo grado, Medio grado y Alto grado

Composición:Máfica, ultramáfica (R. ígneas máficas y ultramáficas)Pelítica (rocas arcillosas)Gneisica (R. ïgneas básicas y sedimentarias tipos areniscas arcósicas)Carbonáticas (calizas y dolomías)Calcosilicatadas (carbonatadas impuras –comp. arcilloso y margas-

Origen roca originalRocas ortoderivadas (originalmente ígneas) Rocas paraderivadas (originalmente sedimentarias)

Tip

os d

e metam

orfism

o

En zonas de subducción ode colisión continental

Intrusión de cuerpos ígneos capaces de producir recristalización de encajante

METAMÓRFICAS


GEOLOGÍA

•Ej. Rocas que contienen aguas connatas, altamente mineralizadas, que pueden alterar la calidad química de las aguas superficiales y/o subterráneas asociadas a las mismas

•Bicarbonatos (interacción aire/atmósfera y suelo) •Cloruros, sulfuros (oxido-reducción biológica, contenido en atmósfera)


GEOLOGÍA

•No todos los solutos presentes en el agua proceden de la disolución/alteración de las fases minerales presentes en las rocas por las que circulan.

SALES SOLUBLES QUE PUEDEN SER APORTADAS POR DISTINTOS TIPOS DE ROCAS:

Consideraciones previas

•Las relaciones entre la composición del agua y rocas encajantes pueden ser sencillas o muy complejas.

Como en el caso de interconexion de acuíferos de diversas composiciones, mezclas de aguasen general, reacciones químicas como intercambio catiónico o procesos de adsorción de iones, la influencia biológica, composición e interacciones agua-suelo, etc.

•Los minerales principales de una roca no son siempre los que controlan la composición final de un agua, en contacto con la misma. En ocasiones, algunos minerales accesorios en la parágeneisis mineral de la roca son los responsables de la composición química de las aguas circulantes

ej. Arenisca formada por granos de cuarzo con cemento de composición carbonatada, puede dar lugar a un agua con elevados contenidos de Ca y bicarbonato:

INFLUENCIA DE LA SOLUBILIDAD MINERAL

http://www.ucm.es/info/petrosed/rd/img/D31110_4c(2).jpg

Mecanismos de incorporación de solutos al agua subterránea


GEOLOGÍA


La incorporación de solutos al agua está ligada estrechamente a la meteorización de los materiales de la corteza terrestre. Esta incorporación puede realizarse de forma inmediata. por:

•disolución de sales directamente solubles,

•O sustancias no tan solubles tras una serie de transformaciones químico-biológicas previas a la solubilización.

Hidratación o incorporación del agua a la red cristalina de los minerales para formar hidratos (ej. Transformación de anhidrita a yeso -+soluble-)

Hidrolisis o descomposición de minerales baja la acción de H+ y OH- procedentes de la descomposición del agua (hidrólisis fto----iones+arcillas)

Oxidación-reducción (ej. sulfuros, sulfatos, Fe, Mn)

Variación del pH (influencia en hidrólisis, proc. Redox, adsorción, etc),

Acciones biológicas: capacidad de provocar algunas reacciones por cambios de pH, intervenir como como catalizadores disminuyendo energía de activación de reacciones redox

ROCAS ÍGNEAS

• Formadas esencialmente por silicatos•Textura y estructura importantes al determinar la superficie de contacto con el agua (superficie de reacción)• La mayoría de rocas ígneas son bastante impermeables •El ataque o meteorización de estas rocas es lento

•Concentraciones en el agua de elementos procedentes de la interacción con una roca ígnea:Tiempo de interacciónSuperficie de reacciónDisponibilidad de H+ (procesos de fm. suelo, vegetación) Factores anteriores

•La impronta geoquímica resultante de la interacción de un agua con rocas ígneas es mas fácilmente observable en aguas subterráneas que superficiales (tiempo de interacción, superposición de procesos derivados de interacción suelo y atmosf en aguas superficiales, etc)

Aguas diluidas

(bajo TS

D)


GEOLOGÍA


ROCAS ÍGNEAS

• Reacciones químicas que definen los procesos de alteración/ meteorización derocas ígneas: alteración feldespatos

Caolinita, sílice y cationes relacionados (ej. Na, Ca) en medio ÁCIDOMontmorillonita en medio BÁSICO

Si2O8Al2Ca +H2O +2H+ +2CO3H- -----------Si2O5Al2(OH)4 +Ca2+ + 2CO3H-

Ataque Ftos(alteración a filosilicatos)

2Si3O8AlNa +9H2O +2H+ +2CO3H- -----------Si2O5Al2(OH)4 +2Na+ + 2CO3H- +4SiO4H4-


GEOLOGÍA


Proceso de disolución función:

•pH (> pH ácido)•Tª•Estado de saturación

Productos de la alteración de los feldepatos a las aguas:

•Alcalinos y alcalinotérreos, sílice disuelta (o coloidal) preferentemente a pH mayores,alumina (despreciable si el pH 5-7.5)

•La relación Na/Ca en el agua similar a la del Fto. Alterado.

•SIO2: Feldespatos alcalinos (Na)---------------2-3 moles SiO2 (parte retenida como SiO2 insoluble) 1 mol Na, K

Feldespatos cálcicos (Ca)-----------------pueden no liberar sílice

Silicatos ferromagnesianos--------------- 1 mol de SiO2

1 mol de Mg y Fe


GEOLOGÍA


ROCAS ÍGNEAS

¿Cómo es el agua resultado de la interacción con rocas ígneas?

•Baja salinidad

•Anión dominante HCO3-

•Cationes dominantes Na+, Ca2+, o ambos

•Cantidades significatiivas de SiO2 (20-100 ppm): *residuo de alteración de Ftos y formación arcillas

*ínfimo aporte por disolución de

cuarzo mineral

• Relación SiO2/Ca menor que en la roca

•K y Fe: pueden solubilizarse cantidades significativas pero, K retenido por las arcillasy el Fe precipitado en forma de Fe(OH)3, por tanto concentraciones finales bajas

• Cl- y SO42-: bajos contenidos en agua debido a su bajo contenido en este tipo derocas, excepto si existe pirita (S2Fe) y medio oxidante que puede aportar SO42- al agua


GEOLOGÍA


Diferencias en la composición del agua en función del tipo de roca ígneas

En función de la ácidez de la roca:

PLUTÓNICAS

ácidas básicas

>>>alcalinos/alcalinotérreos < diferencia alcalinos/alcalinotérreos menos acusada

Mg/Ca <1 (orden de 0.3) Mg/Ca < 1 (> 0.3)

Na> Cl Na> Cl


GEOLOGÍA


PLUTÓNICAS VOLCÁNICAS

< salinidad > salinidadNa, K, Mg (disuelven) Na, K, Mg (disuelven)

Fe y K (pp y retenido) Fe y K (pp y retenido)

> SIO2 liberado < SiO2

Cl- y SO42- escasos Cl- y SO42- escasos

Na/Ca similar a los feldespatos Na/Ca similar a roca 0.3

Mg/Ca< 1 (en torno a 0.3) Mg/Ca en torno a 1 (incluso superior)

Na, Ca, Mg pasan al agua Na, Ca, Mg pasan al agua

Cl y SO42- escasos Cl y SO42- escasos

pH alto (alteración de min como olivino )

Composición de aguas subterráneas en contacto con rocas ígneas

Fto (K, Na) > Pl (Ca) SiO2

Ferromagnesianos( Ol, Px, Anf)

SiO2<

Mg

/Si 3.3, in

dicativo

d

isolu

ción

olivin

o, 4

Mg

y C

a a

soci

ado

pro

ceso

sse

rpen

tin

izac

ión

de

per

ido

tita

Rocas intermediasNa intermedio

SiO2/HCO3- intermedia

Contenido en SiO2 en agua es > en rocas ácidas, con feldespatos Narespecto a rocas con otros minerales

Ca/Na en agua depende del tipo de Fto/Pl de las rocas

Mg función de ferromagnesianos

SiO2

Mg

Na

La gran variedad de rocas sedimentarias obliga a clasificarlas en grupos con objeto de definir algunas ideas sobre las sales que pueden aportar a las aguas

Al ser más porosas, son capaces de aportar más sales y a mayor velocidad que los otros tipos de roca, al menos inicialmente.

1.- Rocas resistiticas

•Formadas por materiales que no se disolvieron durante los procesos que dieron lugara su formación. Raramente incluyen materiales finos.

Un ejemplo son areniscas formadas por granos de Q y otros minerales resistentes como granate turmalina o zircón.

•La mayoría de estas rocas (areniscas y gravas) estan cementadas con materiales más o menos solubles de naturaleza principalmente carbonatada y que constituyen la fuente de elementos a las aguas.

•La composición del agua en contacto con este tipo de rocas tendrá una composiciónquímica similar a los cementos y/o a la del agua que se producría por el ataque de las rocas que forman la mayoría de los clastos.

•Otro proceso que puede controlar la composición de las aguas que circulan por estas rocasson los procesos de adsorción e intercambio iónico, oxidación-reducción , etc.

ROCAS SEDIMENTARIAS


GEOLOGÍASALES SOLUBLES QUE PUEDEN SER APORTADAS POR DISTINTOS TIPOS DE ROCAS:

Análisis de aguas de resistitas

*Contenido SiO2: alteración de minerales/partículas ígneos *Baja TSD característico de interacción con cuarzoarenitas

Aguas circulando por material de rellenode un valle.

Composición refleja la influencia del agua de drenaje de regadío

La composición en cationes alterada porProcesos de intercambio iónico del agua con el suelo suprayacente

Agua asociada a resistitas puede presentarun amplio abanico de composiciones y calidad químicadebido a los numerosos procesos que pueden modificarla composición original de dichas aguas.Por tanto, la interacción con estos materiales no origina una determinada tipología de aguas.

TSD, agua alta mineralización ( Na+, Cl-, SO4

2-)

Probablemente procedentes de la interacción con otro tipo de rocasasociadas con las areniscas, que Debido a la lenta circulación del aguaEn este tipo de rocas retarda la elimi-nación de estos solutos.

2.- Rocas hidrolisitas

•Formadas en su mayor parte por partículas derivadas de la hidrólisis de otrasrocas. Entre ellas arcillas, pizarras, etc, rocas que son poco permeables.

•En su formación atrapan cantidades notables de agua, la cual van expulsandopoco a poco en su compactación y litificación.

•El agua que queda atrapada es la principal fuente de sales, en especial si es agua marina, por tanto, el lavado y meteorización/alteración de estas rocas proporcionaaguas salinas , produciéndose, además, notables fenómenos de intercambioIónico.

•La alteración de minerales hidrolizados, en sí misma, no es tan importante en la composición final del agua como los procesos anteriores, a excepción de ambientescon una circulación de aguas rápida y significativa (ej. Asociada a lluvias) o aguas con bajo pH.

•Su contenido en SO42-, Na+, Ca2+, Mg 2+ (y en ocasiones SiO2), son elevados

ROCAS SEDIMENTARIAS



Se evidencian dos procesos:

Intercambio iónico, con un aumento significativo del Na+, a expensas del Ca 2+ y Mg2+

Reducción de sulfatos:Aumento del contenido en HCO3

- en parte aexpensas del contenido en SO4

2-

Aguas asociadas a hidrolisitas, con la composición típica (Na, Ca, Mg, sulfato).

* TSD: elevada suministrode agua de precipitación

•SiO2 significativo: Disolución de silicatosInalterados.

Análisis de aguas de hidrolisitas

En estos casos cation dominante Na, pero noes una característica generalizada a este tipode aguas como, si lo es, la presencia de contenidos significativos de Ca, Mg, Na

Procesos de intercambio iónico en las arcillas, condicionan el contenido de determinados cationes en las aguas

3.- Rocas precipititas

•Formadas como resultado de reacciones químicas que dan lugar a sales insolubles.

•Representadas por calizas y dolomías, fundamentalmente

•Las calizas puras aportan pocos iones, Ca2+ y HCO3- y cantidades variables de Mg2+Por otro lado, en calizas impuras, y sobre todo margas, existen más sales solubles, tendiéndose hacia valores correspondientes a rocas hidrolisitas.

•Las dolimías puras aportan, a su vez, Ca2+, Mg2+ y HCO3-

•Tanto las calizas como las dolomías aportan cantidades muy pequeñas de Sílice y cloruros.

ROCAS SEDIMENTARIAS



Análisis de aguas de precipititas

•Interacción con caliza y dolomía•Na, Cl, etc, no significativos•Contenido de HCO3

- similar a Ca2+ +Mg2+

Caliza impura (con yeso y dolomita)

•Influencia del yeso: -contenido en SO4

2-

-bajo contenido en de HCO3- respecto

al de Ca2+ +Mg 2+

•Agua influenciada por disoluciónde NaCl

4.- Rocas evaporitas

Formadas por evaporación de aguas y por tanto son sales fácilmente solubles

La principal roca es el yeso

Las aguas en contacto con ellas presentan elevadas cantidades de sales, pudiendo incluso originar salmueras

Las formaciones yesiferas pueden dar concentraciones muy elevadas de SO42- y Ca2+,

y con frecuencia tb Mg2+, Na+ y Cl-, debido a la disolución preferente cuandoel yeso tiene atrapadas sales de esos iones.

5.- Rocas carbonosas o bituminosas

Fuente de cantidades notables de sales solubles procedentes de la materia viva que las originó.

Permiten creación ambiente reductor con presencia de Fe2+ y S2-. Si el agua aporta oxígeno o si existe reducción de SO42-, existe suministro de CO2: aguas agresivas

ROCAS SEDIMENTARIAS



ROCAS METAMÓRFICAS

Las rocas metamórficas constituyen una gradación entre las rocas plutónicas y sedimentarias, por tanto, las aguas en contacto tendrán características intermedias más próximas a unas u otras según el grado de metamorfismo.



ROCA ÍGNEA

Metamorfismo regional (T, P)

ESQUISTO

GENEISS

SiO2 SiO2

Influencia SILICATOS

La circulación del agua a través de fracturassiendo reducido su contacto con superficiesMinerales: aguas TSD

(SiO2 generalmente < 30ppm)

ROCA SEDIMENTARIA (cuarzoarenita)

Matamorfismo regional (P,T)

CUARCITA

SiO2

ROCA carbonatada

Metamorfismo regional (T, P) local (T)

MARMOL

Aguas bicarbonatadocálcico

arcilla

PIZARRA

Composición de aguas subterráneas en contacto con rocas metamórficas


GEOLOGÍA


Fenómenos modificadores de la composición del agua (alteración calidad natural)

•Intercambio iónico o proceso por el que algunas substancias cambian iones por los existentes en el agua (preferentemente los divalentes….ablandamiento de aguas por Ca2+ y Mg2+)

•Concentración (aumento por disolución, alteración, evaporación, EVPT, enfriamiento, ósmosis..

•Reducción (ej. En aguas que han sufrido reducción de sulfatos se produce una acusada disminución del contenido en ión SO4

2-)

•Temperatura. La temperatura es un parámetro que afecta notablemente a la solubilidad dediferentes sales en el sentido de aumento de solubilidad con el aumento de temperatura.

•Mezclas (ej. El efecto de ión común puede conducir a la precipitación de ciertas sales)

•Orden secuencial de interacción: A lo largo del flujo. el agua puede encontrar una secuencia mineralógica completa que da origen a una composición del agua determinada.

De lo expuesto con anterioridad se deduce claramente que la calidad natural de las aguas, especialmente las subterráneas, representa una situación dinámica y cambiante en el espacio y en el tiempo, resultado de la superposición de numerosos factores y procesos. Por tanto, la interpretación de el origen y evolución de la calidad de las aguas ha de realizarse teniendo en cuenta la interacción de los procesos y fenómenos citados anteriormente, sobre una base geológica e hidrogeológica lo más completa posible.

CONCLUSIONES GENERALES


CONSTITUYENTES DEL AGUA

La composición del agua natural debe contemplarse con la perspectiva de su posible variación espacio-temporal. Una composición quimica concreta, por lo tanto, no queda completamente definida si no se refiere a un lugar y momento determinados

Como consecuencia de su composicion y de acciones naturales externas el agua presenta una serie de caracteristicas fisicoquimicas y químicas:

Constituyentes del agua

En condiciones particulares un ion minoritario puede alcanzar rangos de concentración que permitan considerarlo como mayoritario elevadas


CONSTITUYENTES MAYORITARIOS


AnhÍdrido carbónico (CO2 ), Bicarbonatos (HCO3-;) y Carbonatos (CO3

2-)

Características químicas:

•El CO2 disuelto en agua y los diversos compuestos que forma en ella juegan un papel muy importante en la química del agua.

•Existe una relación estrecha entre estos constituyentes y el pH

•Responsables de la alcalinidad del agua, dan capacidad de consumo del ácido al crear una solución tampón.

•No son oxidables ni reducibles en aguas naturales

•Pueden precipitar con mucha facilidad como CaCO3

•El anhídrido carbónico se disuelve en el agua en función de su presión parcial (PC02)Una parte permanece en disolución en forma de gas mientras otra reacciona con el agua para dar ácido carbónico (H2CO3,) que se disocia parcialmente para dariones carbonato y bicarbonato:

CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ HCO3- + H+ ↔CO3

2-+ 2H+

Fuentes del CO2, bicarbonatos y carbonatos al agua

•El CO2 disuelto en agua procede fundamentalmente de la zona edáfica (respiración deorganismos y descomposición de la materia orgánica) en la que alcanza presiones parciales del orden de 10-1 a 10-3 bares

•La disolución de calizas y dolomias, potenciada por el aporte de CO2 y/o ácidos orgánicos o inorgánicos, es otra de las fuentes principales de carbonatos y bicarbonatos.

•Aunque con velocidades de incorporación al agua mucho menores, la hidrólisis de silicatos es otro de los mecanismos que da lugar a la formación de estos iones.


2-)


Contenido iones carbonatados en las aguas

•La especie carbonatada dominante en un agua fuertemente está influenciada por el pH de las mismas:

*En mayoría de aguas contenido de CO32- < HCO3

- ; si pH < 8.3 CO32-= 0.

En aguas alcalinas con pH>8.3: CO32- hasta 50 ppm

En agua del mar CO32- < 1ppm y

*Contenidos de HCO3- en aguas dulces de 50 a 350 ppm, pudiendo llegar en ocasiones

hasta 800 ppm Contenidos de HCO3

- en agua de mar 100 ppm



2-)

Nocividad y toxicidad

• No presenta problemas de toxicidad. • Las aguas bicarbonatadas sódicas no son de buena calidad para el riego: por fijación Na en terreno y creación de medio alcalino.

•El equilibrio entre CO2, HCO3- CO3

2- y pH es determinante para la corrosividad (tendencia a disolver caliza) e incrustabilidad (tendencia a precipitar caliza).



2-)


Cloruros (Cl-)

Características químicas

•Sales muy solubles y estables en disolución, siendo dificilmente precipitables

•No se oxida ni se reduce en aguas naturales, ni es adsorbido significativamente ni entra a formar parte de procesos bioquímicos-----buen trazador natural

•En general asociado al Na, especialmente en aguas salinas (meq no necesariamente igual)

•Fuentes de Cl - al agua

•Si se exceptúan las evaporitas y rocas de origen marino, las rocas por lo común presentan escasa proporción de cloruros (rocas ígneas de 70 to 520 mg/kg y sedimentarias una media de 160 mg/kg) . Sin embargo, dada la elevada solubilidad de sus sales, estos pasan rápidamente a la fase acuosa pudiendo alcanzar concentraciones muy altas.

•El agua de lluvia puede constituir una fuente importante de ion Cl-, especialmente en zonas próximas a la costa. La concentración de Cl-en el agua de lluvia disminuye rápidamente tierra adentro.

•Aguas ácidas y aerosoles


Cloruros (Cl-)

Contenido ion Cl- en las aguas

•En aguas dulces entre 10 y 250 ppm, no siendo raro encontrar contenidos mucho mayores hasta varios miles de ppm

•La concentración de Cl- en aguas subterráneas es muy variable, desde menos de 10 ppm a más de 2000 o 3000 ppml. El rango de concentración usual en las aguas naturales subterráneas españolas se mantiene por debajo de los 100 mg/l. encontrándose los valores más frecuentes entre 20 y 60 mg/l.

•En salmueras naturales, próximas a la saturación de NaCI, puede llegar acasi 220.000 mg/l

•El agua de mar contiene alrededor de 20.000 ppm (entre 18000-21000 ppm) de CI.


Cloruros (Cl-)


•Más de 300 ppm dan como resultado un sabor salado al agua, no siendo perjudicial para la salud hasta, al menos, algunos miles de ppm.

•Contenidos elevados son perjudiciales para muchas plantas y confieren corrosividad al agua.

•Sin embargo, es esencial para la vida y tb es usado como desinfectante y biocida en aguas


Sulfatos (SO42-)


•Sales de moderadamente solubles a muy solubles, excepto las de Sr y de Ba.

•El comportamiento del sulfato puede desviarse significativamente del teórico predecible, en base a los principios de su disolución, por su tendencia a formar iones complejos con Na+ y Ca2+ , así como por incorporarse a procesos biológicos

•El comportamiento del S, en general, es muy dependiente del Eh del agua, pudiendoaparecer en estados de oxidación de -2 a +6. Siendo muy móvil en condiciones oxidantes (sulfatos) e inmovil en reducidas.

•Así el ión sulfato está sometido a procesos de reducción, especialmente en presencia de bacterias y de materia orgánica. En ambientes reductores, a pH menor que 7, la forma reducida estable es el H2S mientras que en soluciones alcalinas predomina el ión HS-.


Sulfatos (SO42-)

Fuentes de SO42- al agua

•El ión sulfato procede :

-del lavado de terrenos formados en ambiente marino, -de la oxidación de sulfuros, que se encuentran ampliamente distribuidos en rocas igneas y sedimentarias.-de la descomposición de substancias orgánicas. etc.

Sin embargo. la disolución de yeso (CaS04-2H20)y anhidrita (CaSO4), así como de otros tipos de sulfatos dispersos en el terreno, representa frecuentemente el aporte cuantitativamente más significativo de este ión a las aguas y, especialmente, a las subterráneas.


Sulfatos (SO42-)

•Entre 2 y 150 ppm en aguas dulces

•En aguas salinas puede llegar a 5000 ppm, si existe Ca, y hasta 200000 ppm si está asociado a Mg y Na en ciertas salmueras

•El agua de mar contiene en torno a 3000 ppm

•¡¡¡¡¡La mayoría de las aguas subterráneas sulfurosas presentan contenidos apreciables de HS-ó H2S que, incluso a concentración muy baja, le confieren al agua el típico olor a huevos podridos.

Contenido ion SO42- en las aguas


• Las aguas selenitosas (SO42-) tienen sabor amargo y no quitan la sed

•Por sí mismo, o asociado al Mg o Na, en cantidad importante, pueden comunicar propiedadesLaxantes.

•En cantidades elevadas perjudicial para las plantas

•Más de centenares de ppm perjudican a la resistencia del hormigón y cemento El sulfuro es considerado tóxico en cantidades significativas


Sulfatos (SO42-)


lones Nitrato (NO3-), Nitrito (NO2- ) y Amonio (NH4

+)

•Compuestos nitrogenados de las aguas naturales relacionados con ciclo del nitrógeno.

•El nitrógeno puede aparecer en forma de NH3. NH4+ y, por oxidación, estas formas reducidas pueden transformarse en N2, (gas) y, finalmente. en NO3

-, que es la forma más usual y estable en que el nitrógeno se presenta en las aguas subterráneas.

•El nitrato constituye sales muy solubles y difícilmente precipitables. Tiene tendencia a ser estable, aun en condiciones reductoras, pero puede pasar a N2 y excepcionalmente a NO2

-. La mayoría de compuestos nitrogenados pasan a NO3- en medio oxidante.

•Los procesos de oxidación-reducción, de las especies nitrogenadas en el agua, están influenciados por fenómenos biológicos y, en consecuencia, los productos finales dependerán del número y tipo de organismos que intervengan en ellos


Fuentes generales de N a las aguas

La mayor parte del nitrógeno aparece en forma gaseosa en la atmósfera (78% en volumen).

En forma oxidada constituye una relativamente importante fracción en los suelos y sustancias orgánicas (teiidos de animales o vegetales que lo extraen de la atmósfera para su metabolismo)

En las rocas sólo se presenta como elemento minoritario.



+)

•El ión nitrato es el más abundante en las aguas (entre 0.1 y 10 ppm, pudiendo alcanzar 200, y en ocasiones hasta 1000 ppm en aguas polucionadas.

Los nitratos pueden estar presentes en las aguas subterráneas bien como resultado de ladisolución de rocas que los contengan, lo que ocurre raramente, bien por la oxidación bacteriana de materia orgánica.

Su origen en las aguas subterráneas no siempre es claro. Son relativamente estables pero pueden ser fijados por el terreno o ser reducidos a N2 o NH4+ en ambientes reductores.A menudo son indicadores de contaminación alcanzando entonces elevadas concentraciones y presentando. por regla general, una estratificación clara con predominio de las concentraciones más elevadas en la parte superior de los acuiferos libres

El tipo de contaminación a que es debida su presencia en el agua subterránea está relacionado con las actividades urbanas, industriales y ganaderas y muy frecuentemente, con carácter no puntual, con las prácticas de abonados intensivos inadecuados con compuestos nitrogenados.

Contenido de compuestos nitrogenados en el agua



+)

•El NH4+y el amoniaco libre NH3. pueden aparecer como trazas aguas subterráneas naturales, aumentando su concentración cuando el medio es fuertemente reductor. Este compuesto es el producto final de la reducción de sustancias orgánicas o inorgánicas nitrogenadas que naturalmente se incorporan al agua subterránea

Dado que la presencia de amonio favorece la multiplicación microbiana su detección en cantidad significativa en el agua se considera como indicación de contaminación reciente probable.

•El ión nitrito (NO2- ) puede estar presente en las aguas bien como consecuencia de la oxidación del NH3 o como resultado de la reducción, microbiana o no, de los nitratos.

Su presencia en el agua ha de considerarse como un indicio fundado de una posible contaminación reciente (dada su inestabilidad)

No obstante, la sola presencia de NO2- y NH4+ en el agua subterránea, no debe ser considerada como resultado de una contaminación, sin analizar las posibles causas de su presencia dado que, en un acuifero las condiciones de oxidación no son siempre favorables y estos iones, incorporados de manera natural al acuifero, pueden mantenerse durante cierto tiempo en equilibrio con su forma oxidada. el NO3-



+)



+)

Nocividad y Toxicidad

•la contaminación producida por nitratos y nitritos en el agua puede producir:

•la impotabilidad del agua debida a la toxicidad del nitrito,,consecuencia de su acción metahemoglobizante o hipotensiva, que puede producir metahemoglobinemia en niñosy cancer de estómago en adultos

•concentraciones elevadas en el agua de bebida puede producir también cianosis y asfixia en niños

-el ion nitrito comunica corrosividad (oxidaciones) al agua y producen interferencia en Fermentaciones

-respecto al amoniaco y amonio no se ha relacionado enferemedades con su exceso el agua potable, aunque, obviamente, afecta a sus propiedades organolépticas. Por otro lado, la OMS da un valor máximo recomendado de amoníaco de 1.5mg, la UE lo daEn 0.5 mg/l


Ion calcio (Ca2+)


•Sales desde moderadamente solubles a muy solubles

•Fácil de pp como CaCO3

•Química asociada a la de los iones HCO3- y CO32-, en aguas naturales, pudiendo pp o disolverse con facilidad al cambiar el pH o PpCO2.

•Puede ser afectado por cambio de bases

Fuentes generales de Ca2+ a las aguas

•El calcio suele ser el catión principal en la mayoría de las aguas naturales debido a su amplia difusión en rocas ígneas(<8%), sedimentarlas (30% -2%) y metamórficas.

•En rocas ígneas aparece como constituyente esencial de los silicatos, especialmente en el grupo de las plagioclasas.

•En rocas sedimentarias aparece fundamentalmente en forma de carbonato: calcita y aragonito, dolomía o de sulfato (yeso y anhidrita).

Contenido de Ca2+ en las aguas


Ion calcio (Ca2+)

•En aguas naturales la concentración varía de 10 a 250 ppm, si bien puede alcanzar hasta 600ppm en aguas selenitosas.

•El agua del mar contiene aprox 400 ppm

•Excepcionalmente podemos tener salmueras de Cl2Ca con hasta 50000 ppm

•Los controles de la concentración de Ca2+ en el agua subterránea pueden resumirse en tres:

*equilibrio carbonático. *aporte de H+ (función del aporte de CO2) e *intercambio iónico.

Los dos primeros, íntimamente relacionados entre si, limitan la concentración de Ca2+

a la correspondiente a las condiciones de equilibrio en función de PC02. pH. HCO3- y CO3

2-; .

El intercambio iónico entre el Ca2+ y otros cationes (Na+ fundamentalmente), retenidos en lasuperficie de minerales con los que entra en contacto el agua, se potencia notablemente en terrenos arcillosos de baja permeabilidad.


Ion calcio (Ca2+)


•Aporte de dureza y producción de incrustaciones

Investigaciones han relacionado la dureza del agua con enfermedades cardiovasculares,si bien no está clara si dicha consecuencia es debida al Ca2+ y/o Mg2+ o a que losmetales son más solubles en aguas de mayor dureza.


Ion sodio (Na+)


•Solubilidad elevada y difícil de precipitar

•Afectado fácilmente por el cambio de bases

•Suele asociarse al Cl-, aunque no siempre.

•Las aguas naturales con elevados contenidos en Na+, suelen tener tb elevados contenidos en F-

Fuentes generales de Na+ a las aguas

El Na+ es liberado por la meteorización de silicatos tipo albita (NaAlSi308) y la disolución derocas sedimentarlas de origen marino y depósitos evaporíticos, en que se presentafundamentalmente como NaCl.

Una fuente importante de Na+ la constituyen los aportes de agua marina en regiones costeras, tanto por fenómenos de intrusión en acuíferos costeros, como por infiltración del agua de lluvia a la que se incorpora desde el mar

•El Na+ puede ser adsorbido en arcillas de elevada capacidad de cambio catiónico y puede ser intercambiado por Ca2+ del agua, provocando una disminución de la dureza de las aguas (ablandamiento natural).

Contenido de Na+ en las aguas

•Entre 1 y 150 ppm en aguas dulces, no siendo extraña su presencia en concentraciones mucho mayores hasta varios miles de ppm.

•El agua del mar aprox 10000 ppm

•Las salmueras naturales pueden alcanzar los 100000 ppm (no sobrepasando generalmentelos 110000 ppm)


Ion sodio (Na+)

•La presencia de sodio en cantidades elevadas es muy perjudicial para la agricultura ya que tiende a impermeabilizar los suelos, especialmente en zonas de drenaje deficiente: la presencia de Ca2+ y Mg2+ atenúa este efecto.

•En personas, un aumento de ingesta de Na+: aumento presión sanguínea



Ion Magnesio (Mg2+)


•Propiedades similares a las del ion Ca2+ pero más soluble y algo más difícil de precipitar

•La solubilidad de la magnesita (MgC03) en las aguas naturales es mayor que la de la calcita (CaCO3) por lo que, en condiciones normales, el MgC03 no precipita directamente de la disolución, de modo que, para un período dilatado de tiempopuede producirse cierto grado de sobresaturación respecto a los diferentes carbonatos magnésicos.

•Afectado por procesos de intercambio iónico

Fuentes generales de Mg2+ a las aguas

El magnesio, menos abundante que el Ca2+ en las aguas naturales, procede de la disolución de rocas carbonatadas (dolomías y calizas magnesianas). evaporitas y de la alteración de silicatos ferromagnesianos (23% en rocas máficas ígneas, decreciendo con la acidez de la rocas), así como de agua marina.



Ion Magnesio (Mg2+)

Contenido de Mg2+ en las aguas

•Entre 1 y 100 ppm (en terrenos calcáreos) en aguas dulces, si bien no suele sobrepasar 40 mg/l, en terrenos calcáreos puede alcanzar valores más altos

•En aguas salinas y salmueras puede llegar a algunos miles de ppm

•El agua del mar aprox 1200 ppm

•Propiedades laxantes

•Da sabor amargo al agua con algunos centenares de ppm

•Contribuye a la dureza del agua

•A pH elevado puede precipitar como Mg(OH)2 incrustante


Ion potasio (K+)


•Solubilidad elevada y difícil de precipitar

•Afectado por el cambio de bases

•Adsorbido de forma pococ reversible por arcillas de las formaciones (paso de montmorillonita a illita, para formar parte de su estructura, hecho que lo diferencia del Na). Este tipo de proceso provoca que, a paser del elevado contenido en roca, las aguas tengan menos K+ que Na+,

Excepto en las aguas muy diluidas.

Fuentes generales de Na+ a las aguas

•Procede de la meteorización de feldespatos y, ocasionalmente, de la solubilización de depósitos de evaporitas. en particular de sales tipo silvina (KCI) o carnalita (Mg CI2 6H20).

•Entre 0.1 y 10 ppm en aguas dulces

•Extraordinariamente pueden alcanzarse en determinadas aguas cientos de ppm

•En salmueras pueden alcanzarse hasta 100000 ppm

•Agua del mar aprox: 400 ppm

•No presenta problemas especiales a las concentraciones habituales y se trata de un elemento vital para las plantas

Contenido de K+ en las aguas


Ion potasio (K+)



Sílice (SiO2)


•Se cree que la mayoría de la SiO2 en el agua está en forma de H4SiO4, disuelta y coloidal, ySólo una pequeña parte está ionizada (SiO4H3

-) a pH normales. Las aguas bastante básicas pueden contener cantidades importante de sílice iónica, pero son raras en la nza, siendo la solubilidad de la sílce bastante independentiente del pH hasta valores superiores a 9.

•La sílice iónica contribuye algo a la alcalinidad del agua

•El Co2 juega un pale importante al evitar que el pH suba, limitando así la solubilidad de la sílice

•El origen fundamental de la sílice en el agua debe buscarse en los procesos de hidrolisis de feldespatos y silicatos en general.

•El cuarzo o la sílice amorfa. por su baja solubilidad fuertemente dependiente de la temperatura, no son fuentes significativas del Si02 del agua

Fuentes generales de SiO2 a las aguas

Contenido de SiO2 en las aguas


Sílice (SiO2)

• La mayoría de las aguas naturales contenidos entre 1 y 40 ppm en SiO2 pudiendo llegar hasta 100 ppm, en especial en aguas bicarbonatads sódicas.

•En aguas muy básicas puede llegar hasta 1000 ppm.


• El mayor inconveniente ligado a su incrustabilidad en calderas y calentadores


CONSTITUYENTES MINORITARIOS




CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Y FISICOQUÍMICAS DEL AGUA

Tª

•Responde a la media general de la Tª del lugar, incrementándose con el gradiente geotérmico

C.E / •Capacidad agua conducir electricid•Varía con Tª•C, crece paralelamente a salinidad•100-2000S/cm

Aguas dulces

>100000 S/cm

Salmueras

45000S/cm

Mar

Densidad

•Varía con Tª y con salinidad•1 gr/cm3

Aguas dulces

1.025 gr/cm3

Mar

1.2 gr/cm3

Salmueras

Color

•<5 ppm Pt

Turbidez

•Contenido mat. coloidales y en suspensión difícil de sedimentar•<1ppm SiO2

(subterráneas)

Materia en suspensión

• material sedimentable•<1 ppm (subterráneas)

Sabor•Determinación organoléptica subjetiva de interés en agua potable•Aguas con >300 ppm Cl- saladas, > 400 ppm de sulfato son saladas y amargas y con CO2 libre son picantes

Características físicas

Características físicas y fisicoquímicas


Características fisicoquímicas y químicas

pH

•pH= -log (H+)

•Generalmente:

de 6.5 a 8

Agua marina pH 8•Varia con la Tª

Rs ,TSD

•Rs : peso de materiales al evaporar 1l agua•TDS: peso de las sustancias disueltas agua•150-1500 ppm

Aguas dulces

hasta 300000

Salmueras

35000 ppm

Agua mar

Alcalinidad

•Capacidad de un agua para neutralizar ácidos• unidades ppm de CaCO3 o meq/l •Miden el efecto de los iones:

CO3H- y CO32-, OH-, SiO4H3-, PO43-

BO3H2-, F-, etc (en aguas subterráneas los últimos poca influencia).•Hay alcalinidad carbonatada y total

Ácidez

•Capacidad agua para neutralizar bases•Raro que aguas naturales tengan

Dureza total, permanente y temporal o carbonatada

•Capacidad de un agua para consumir jabón o producir incrustaciones (ppm) . Contenido en iones alcalino térreos, especialmente Ca++ y Mg++

•Dureza total: Ca2+ + Mg2+

•Dureza permanente: Ca2+ + Mg2+ (después ebullición). Se pp carbonatos

•Dureza temporal: total Ca y Mg asociados a CO3H- y CO3

2-

•Por definición: Dt= Dc+Dp

Alcalinidad

•Capacidad de un agua para neutralizar ácidos• unidades ppm de CaCO3 o meq/l •Miden el efecto de los iones:

CO3H- y CO32-, OH-, SiO4H3-, PO43-

BO3H2-, F-, etc (en aguas subterráneas los últimos poca influencia).•Hay dos determinaciones TAC pH 4.5

TA pH 8.3•TAC generalmente 100-300 ppm (a veces de 50-500)•Mar: puede llegar a 1000 ppm


Características fisicoquímicas y químicas

OTROS PARÁMETROS: DBQ (capacidad agua para consumir oxidantes en proc. Químicos) Valores: 1 a 5 ppm de O2 (hasta 15 ppm en aguas no contaminadas)

DBO: Cantidad de O2 necesaria para eliminar MO del agua mediante procesos biológicos aerobios

Valores: aguas subterráneas < 1ppm de O2. (+ elevados: contaminación)

Sin embargo, ¿Qué factor altera en mayor medida la calidad de un

agua?

INTERVENCIÓN ANTRÓPICA


Antrópica

•Natural: Generalmente dispersas y no provocan concentraciones altas

•Antrópica: Concentradas en determinados lugares, DISPERSAS y peligrosas

Origen de la contaminación de la calidad natural de las aguas

TIPOS •Industria: Tipos en función de industria

•Vertidos urbanos: La actividad doméstica produce principalmente residuos orgánicos, pero el alcantarillado arrastra además todo tipo de sustancias: emisiones de los automóviles (hidrocarburos, plomo, otros metales, etc.), sales, ácidos, etc.

•Agricultura y ganadería: Los trabajos agrícolas producen vertidos de pesticidas, fertilizantes y restos orgánicos de animales y plantas que contaminan de una forma difusa pero muy notable las aguas.

•Navegación: Produce diferentes tipos de contaminación, especialmente con hidrocarburos. Los vertidos de petróleo, accidentales o no, provocan importantes daños ecológicos.

• El agua potable de consumo público. REAL DECRETO 140/2003, de 7 de febrero, por el que se establecen los criterios sanitarios de la calidad del agua de consumo humano (anexo I : parametros microbiológicos, químicos radioactivos) animales


Requerimientos calidad agua en función usos:

Alteraciones en el agua por contaminación antrópica

•Alteraciones físicas: color, olor, sabor, Tª, materiales en suspensión, radioactividad, espumas, etc

•Alteraciones químicas: pH, OD, DBO, N total, P total, cationes, aniones, comp. Orgánicos, radioactivos

•Alteraciones biológicas: bacterias coliformes (desechos fecales) virus, (desechos fecales y restos orgánicos)

animales y plantas y microrganismos diversos (eutrofización)


CATIÓN INDICA

sodio indica salinidad

calcio y magnesio relacionados con la dureza del agua

amonio contaminación con fertilizantes y heces

metales pesados efectos muy nocivos; se bioacumulan en la cadena

trófica

ANIÓN INDICA

cloruros salinidad

nitratos contaminación agrícola

nitritos actividad bacteriólogica

fluorurosprevención de las caries, aunque

es una práctica muy discutida

sulfurosacción bacteriológica anaerobia

(aguas negras, etc.)

cianuros contaminación de origen industrial

fosfatos detergentes y fertilizantes


Clasificación sustancias contaminantes

Bacterias virus protozoosIndicador:

nº bacterias coliformes Desechos orgánicos (humanos,

animales)Indicador:DBO, ODÁcidos, sales, metales

TóxicosNitratos y fosfatos

Producen eutrofizaciónMoleculas orgánicas (petróleo,

gasolina, plásticos….)

Agua caliente procedenteDe centrales térmicas,

Industrias Elevan Tª ---<O2 (<desarrollo vida)



Problemas específicos asociados a acuíferos subterráneos/aguas subterráneas

Agotamiento

Cuando se produce explotación intensiva, sequía u otras causas que van disminuyendo el nivel del agua contenida en el acuífero se derivan problemas ecológicos. Ej. Tablas de Daimiel,

Si acuíferos zona de costa: intrusión marina

Contaminación directa.

Tipos:

Puntuales (afectan a zonas muy localizadas)

Difusos (contaminación dispersa en zonas amplias, en las que no fácil identificar foco ppal)



•Lixiviados de vertederos de residuos urbanos y fugas de aguas residuales que se infiltran en el terreno.

•Lixiviados de vertederos industriales, derrubios de minas, depósitos de residuos radiactivos o tóxicos mal aislados, gasolineras con fugas en sus depósitos de combustible, etc.

•Pozos sépticos y acumulaciones de purines procedentes de las granjas.

•Uso excesivo de fertilizantes y pesticidas en la agricultura o en las prácticas forestales.

•Explotación excesiva de los acuíferos que facilita el que las aguas salinas invadan la zona de aguas dulces, por desplazamiento de la interfase entre los dos tipos de aguas.

Documents

Factores de control de la calidad natural de las aguas Dra. Belén Buil Gutiérrez