AGUAS SUBTERRÁNEAS

Geología Física

Prof. Alberto Pérez Rojas

Contenido

Importancia de las aguas subterráneas.

Distribución de las aguas subterráneas.

El nivel freático.

Factores que influyen en el almacenamiento y

la circulación de las aguas subterráneas.

Manantiales.

Fuentes termales y géiseres.

Pozos. Pozos artesianos.

Problemas asociados con la extracción del

agua subterránea.

Contaminación del agua subterránea.

El trabajo geológico del agua subterránea.

Conceptos principales 1. El agua subterránea es una parte integral del ciclo hidrológico y está

relacionada al drenaje superficial.

2. Su movimiento está controlado por la permeabilidad y la porosidad de las rocas y sedimentos a través de los cuales fluye.

3. El nivel freático es la parte superior de la zona de saturación.

4. El agua subterránea se mueve lentamente a través de los poros.

5. La descarga del agua subterránea es en manantiales, corrientes, pantanos y lagos.

6. El agua artesiana está confinada bajo presión. Presente en capas permeables selladas por formaciones impermeables.

7. La erosión del agua subterránea produce cartografía cárstica, caracterizada por cuevas, dolinas, valles colgantes y corrientes superficiales que desaparecen.

8. La alteración del agua subterránea puede producir contaminación, subsidencia, colapsos y destrucción de los ecosistemas.

Introducción

Antiguamente se creía que las aguas subterráneas procedían del mar y habían perdido su salinidad al filtrarse entre las rocas. Hoy se sabe que es agua procedente de la lluvia.

Las aguas subterráneas forman grandes depósitos que en muchos lugares constituyen la única fuente de agua potable disponible. A veces, cuando circulan bajo tierra, forman grandes sistemas de cuevas y galerías. En algunos lugares regresan a la superficie, brotando de la tierra en forma de fuentes o manantiales. Otras, hay que ir a recogerlas a distintas profundidades excavando pozos.

Importancia de las aguas subterráneas

Agua para las ciudades, las cosechas, el ganado y la industria.

El agua subterránea es la principal fuente de agua potable y uno de nuestros recursos más valiosos y más fáciles de conseguir.

Contaminación de acuíferos

Distribución del agua de la Tierra

Agua dulce de la hidrosfera Partes de la hidrosfera

Volumen de agua dulce (km3)

Porción de Volumen total de agua dulce (%)

Tasa de intercambio del

agua

Casquetes polares y glaciares

29 000 000 84.94 8 000 años

Aguas subterráneas

8 300 000 14.16 280 años

Lagos y embalses 155 000 0.55 7 años

Humedad del suelo

67 000 0.30 1 año

Vapor de agua en la atmósfera

13 000 0.05 9.9 días

Agua de los ríos 1 250 0.004 11.3 días Total 37 536 250 100.000

Ciclo hidrológico

Disolución de carbonatos Dolina (disolución de calizas)

Manantial (afloramiento de aguas subterráneas)

Cavernas

Acción del agua subterránea

Distribución de las aguas subterráneas

Nivel freático

Importante para predecir la productividad de los pozos y explicar los cambios de flujo de las corrientes y los manantiales, así como las

fluctuaciones de los lagos.

La forma del nivel freático suele ser una réplica suavizada de la topografía superficial, alcanzando sus mayores elevaciones debajo de las

colinas y descendiendo bajo los valles.

Porosidad y permeabilidad

Factores que influyen en el almacenamiento y circulación de las aguas subterráneas

Ejemplo de una serie de rocas estratificadas con distintas propiedades hidrológicas (porosidad y permeabilidad), es decir, una secuencia de varios acuíferos y acuífugos (acuicluidos).

Tipo de roca Tipos de vacíos Porosidad Permeabilidad Caudal máximo de manantiales

[l/min]

Grava poros elevada elevada 3800

Arena poros elevada elevada 1000

Arcilla poros elevada muy baja < 4

Arenisca poco cementada poros y fisuras

variable, generalmente elevada

generalmente elevada hasta 800

Caliza poros, fisuras y cavernas muy variable

variable, generalmente elevada

1700 frecuente; hasta 1.000.000

Roca Piroclástica poco cementada poros elevada

variable, generalmente elevada

hasta 2400

Basalto poros, fisuras y cavernas variable variable entre 1700 y

3800 frecuente

Riolita poros y fisuras variable, generalmente baja

variable, generalmente baja

entre 4 y 100 frecuente

Granito no alterado fisuras muy baja (casi

nulo) muy baja 4 - 40 frecuente

Gneis fisuras muy baja (casi nulo) muy baja < 40

Una de las mayores reservas de aguas subterráneas del mundo, capaz de abastecer indefinidamente a 360 millones de personas. Interés de organismos multilaterales ha puesto en alerta a organizaciones que temen que se termine

privatizando este recurso.

Acuífero Guaraní El Acuífero Guaraní está ubicado en el subsuelo de los cuatro países que integran el Mercado Común del Sur (MERCOSUR) —Argentina, Brasil, Paraguay y Uruguay— y se formó en los periodos Triásico y Jurásico (hace unos 200 millones de años), abarcando 1`190,000 km².

Movimiento de agua subterránea

Las flechas indican el movimiento del agua subterránea a través de material uniformemente permeable. Se puede pensar en los serpenteos

que sigue el agua como un compromiso entre el empuje descendente de la gravedad y la tendencia del agua a moverse hacia zonas de presión

reducida.

El sistema de agua subterránea se recarga debido a la precipitación pluvial y el agua fluye hacia los arroyos a través

de este sistema.

Flujo de agua subterránea

Interacciones con el agua superficial

A. Las corrientes efluentes son características de las zonas húmedas y están abastecidas por el agua procedente de la zona de saturación.

B. Las corrientes influentes se encuentran en los desiertos. La filtración produce un pandeo ascendente del nivel freático.

Manantiales y pozos

Cuando un acuicluido está situado por encima del nivel freático principal, puede producirse una zona de saturación localizada. Donde el nivel freático colgado hace intersección con la ladera del valle, fluye un manantial. El nivel freático

colgado también hizo que el pozo de la derecha diera agua, mientras que el de la izquierda no producirá agua a menos que sea perforado a una mayor

profundidad.

Fuentes termales y géiseres en los E.U.A.

Fuentes termales intermitentes en las cuales las columnas de agua son expulsadas con gran fuerza a intervalos.

Los géiseres aparecen cuando el agua subterránea se calienta en cámaras subterráneas, se expande y parte pasa rápidamente a vapor, haciendo que brote el géiser. La fuente de calor para la mayoría de las fuentes termales y los géiseres es la roca ígnea.

géiser

Old Faithfull, uno de los géiseres más famosos del mundo, emite hasta 45 000 litros de agua caliente y vapor aproximadamente una vez por hora.

Método común para extraer agua subterránea

Suele formarse un cono de depresión en el nivel freático alrededor de un pozo de bombeo. Si un bombeo intenso reduce el nivel freático, pueden

secarse los pozos superficiales.

Pozos artesianos

Los sistemas artesianos se producen cuando un acuífero inclinado está confinado entre estratos impermeables.

Si el nivel piezométrico se ubica más alto que la superficie del terreno el agua sale en un manantial natural o en una perforación / un pozo artificial hasta la superficie solamente por la presión (sin la necesidad de bombear

el agua).

En este caso se habla de un sistema “artesiano”.

Sistema de abastecimiento artificial de agua a las ciudades

Problemas asociados con la extracción del agua subterránea:

Subsidencia

Contaminación salina A. Dado que el agua dulce

es menos densa que el agua salada, flota sobre esta última y forma un cuerpo lenticular que puede extenderse hasta profundidades considerables debajo del nivel del mar.

B. Cuando un bombeo excesivo reduce el nivel freático, la base de la zona de agua dulce se elevará 40 veces esa cantidad. El resultado puede ser la contaminación de pozos con agua salada.

Contaminación del agua subterránea

A. Originalmente el flujo de salida de la fosa séptica se alejaba del pozo pequeño. B. El intenso bombeo del pozo cambio la pendiente del nivel freático, haciendo que el agua subterránea contaminada fluyera hacia el pozo pequeño.

Trabajo geológico del agua subterránea

Grutas, cavernas y cuevas

Cavernas

Cavernas Mitchell, Mojave.

Erosión por agua subterránea

Procesos de formación de ácidos y disolución mineral:

H2O + CO2 H2CO3

Agua Bióxido de Carbono Ácido carbónico

H2CO3 + 2CaCO3 2Ca2+ + 2HCO3- Ácido Calcita Bicarbonato de Calcio

Espeleotemas

Topografía cárstica

Compuesta por terrenos irregulares interrumpidos por depresiones llamadas dolinas.

Topografía cárstica

Dolina

El hundimiento de la superficie fue por una disminución del nivel freático producida por una intensa sequía.

Pozas comunicadas por agua subterránea

Cuatro Ciénegas, Coahuila.

Dolinas y uvalas formadas por disolución kárstica.

Llanura del Kras, Eslovenia.