GEOL 3025: Cap. 17 Prof. Lizzette Rodríguez Aguas subterraneas GEOL 3025: Cap. 17 Prof. Lizzette Rodríguez

Importancia de las aguas subterráneas El agua subterránea se encuentra en los poros del suelo y sedimento, además de en fracturas en las rocas El agua subterránea es la reserva mayor de agua dulce disponible para los seres humanos

Cont. Importancia de las aguas subterráneas Rol geológico del agua subterránea Agente de erosión: disolución por agua subterránea produce Sumideros Cavernas El agua subterránea actúa como compensador del flujo de escorrentia, almacenando agua que mantiene las corrientes fluviales durante tiempos de poca lluvia

Agua dulce en la hidrosfera

Distribución de las aguas subterráneas Cinturón de humedad del suelo – zona cercana a la superficie donde se mantiene agua por atraccion molecular en las partículas del suelo Zona de saturación (saturation zone) Formación El agua que no es mantenida como humedad del suelo percola hacia mayor profundidad

Cont. Distribución de las aguas subterráneas Cont. Zona de saturación El agua llega a una zona donde todos los espacios abiertos en el sedimento están completamente llenos de agua El agua dentro de estos poros se conoce como agua subterránea Nivel freático (water table) – límite superior de la zona de saturación

Cont. Distribución de las aguas subterráneas Franja capilar (capillary fringe) Se extiende hacia arriba del nivel freático El agua subterránea es mantenida en pequeños pasajes entre los granos del suelo por tensión superficial

Cont. Distribución de las aguas subterráneas Zona de aireación (aereation zone) Área sobre el nivel freático Incluye la franja capilar y el cinturon de humedad del suelo No se puede bombear agua por pozos

Distribucion de agua subterranea *Zona de aireacion: poros del suelo, el sedimento y la roca no estan saturados de H2O, sino llenos de aire

Nivel freático Límite superior de la zona de saturación Variaciones en el nivel freático Profundidad es altamente variable Varía por estación y de año en año Su forma usualmente sigue el contorno de la topografía

Cont. Nivel freático Variaciones en el nivel freático Factores que contribuyen a la superficie irregular del nivel freático El agua tiende a acumularse bajos zonas altas Variaciones en precipitación Variaciones en permeabilidad de un lugar a otro

Cont. Nivel freático Interacción entre las aguas subterráneas y los ríos Constituye un enlace básico en el ciclo hidrológico Tres tipos de interacciones Efluentes (gathering streams) – reciben agua de la aportacion de aguas subterráneas a través del cauce del río (elevacion de nivel freatico>nivel de superficie de rio)

Cont. Nivel freático Cont. Tres tipos de interacciones Influentes (losing streams) – rios pierden agua al sistema de aguas subterráneas por la salida del agua a través del lecho del río (streambed) Combinacion de ambas: un rio recibe aportaciones de agua en algunas secciones y pierde en otras

Interaccion entre sistema de aguas subterraneas y aguas superficiales

Almacenamiento y circulacion de las aguas subterráneas Porosidad % del volumen total de una roca o sedimento que consiste de espacio poroso Determina cuánta agua subterránea puede ser almacenada Variaciones pueden ser grandes en distancias cortas

Bajo --- Rendimiento especifico Retencion especifica

Cont. Almacenamiento y circulacion de las aguas subterráneas Permeabilidad, acuicluidos y acuíferos Permeabilidad – habilidad de un material para transmitir un fluido Acuicluido – capa impermeable que previene el movimiento de agua (Ej. arcilla) Acuífero – estratos de roca o sedimento permeable que transmiten agua subterránea libremente (Ej. arena y grava)

Circulacion de las aguas subterraneas Extremadamente lenta – velocidad tipica de circulacion es de pocos centímetros por dia Energía para la circulacion es provista por la fuerza de gravedad Ley de Darcy – si la permeabilidad se mantiene uniforme, la velocidad del agua subterránea aumentará a medida que aumente la pendiente del nivel freático

Cont. Ley de Darcy Q = [K ∙ A ∙ (h1-h2)] / d Q = caudal Gradiente hidráulico – pendiente del nivel freático Conductividad hidráulica K: coeficiente que tiene en cuenta la permeabilidad del acuifero y la viscosidad del fluido

Cont. Circulacion de aguas subterraneas La circulacion del agua subterranea se mide directamente utilizando Diferentes tintas o colorantes Carbono-14

Manantiales o fuentes (springs) Ocurren donde el nivel freático intercepta la superficie terrestre Flujo natural de agua subterránea a la superficie Puede ser causado por un acuicludo creando una zona localizada de saturacion, llamada un nivel freatico colgado (perched water table)

Acuicludo encima del nivel freatico principal – se produce zona de saturacion localizada: En la interseccion de un nivel freatico colgado y una ladera de valle, fluye un manantial Acuicludo

Fuentes termales y geysers Fuentes termales (hot springs) El agua tiene temperaturas de 6-9oC más calientes que la temperatura anual promedio del aire en la localidad El agua de la mayoría de las fuentes termales es calentada por el enfriamiento de rocas ígneas

Cont. Fuentes termales y geysers Fuentes termales intermitentes El agua erupciona con gran fuerza Ocurren cuando existen extensas cámaras subterráneas entre rocas ígneas calientes El agua subterránea se calienta, se expande, cambia a vapor y erupciona Parque Yellowstone

Cont. Fuentes termales y geysers Cont. Geysers Rocas químicas sedimentarias se acumulan en la superficie Geiserita (el agua contiene silice disuelto) Travertino o toba calcarea (forma de caliza originada cuando el agua contiene carbonato de calcio disuelto) Parque Yellowstone

Diagrama idealizado de un geiser

Geysers del Tatio, Desierto de Atacama, Chile Campo geotermico mas grande del hemisferio sur, y tercero en el mundo (8% de los geysers del mundo), despues de Yellowstone y Dolina Giezerov (Rusia)

Pozos Para asegurar el continuo abastecimiento de agua, el pozo debe penetrar debajo del nivel freático Bombeo de pozos puede causar Disminución del nivel freático (que baje) Cono de depresión en el nivel freático

Cono de depresion alrededor de pozo de bombeo: si el bombeo reduce nivel freatico, pueden secarse los pozos someros

Mapa de nivel freatico, usando el nivel de H2O de los pozos

Cont. Pozos Pozo artesiano – situación en la que el agua subterránea bajo presión sube por sobre el nivel del acuífero Tipos de pozos artesianos No surgente (nonflowing) – superficie de presión esta por debajo de la superficie Surgente – superficie de presión esta sobre la superficie No todos los sistemas artesianos son pozos, tambien existen fuentes artesianas: agua alcanza la superficie a traves de fracturas naturales

Sistemas artesianos se producen cuando un acuifero inclinado esta confinado entre estratos impermeables

Problemas relacionados con la extraccion del agua subterránea Tratamiento del agua subterranea como un recurso no renovable En muchos lugares el agua disponible para recargar el acuifero es menor comparada con la cantidad que se extrae

Cont. Problemas relacionados con la extraccion del agua subterránea Subsidencia La superficie se hunde cuando el agua es bombeada de los pozos a una velocidad mayor de la que los procesos naturales de recarga pueden reemplazarla Permite contacto grano-grano y conduce a compactacion de sedimentos y subsidencia de superficie

Valle de San Joaquin, CA

Cont. Problemas relacionados… Contaminación por intrusión salina El bombeo excesivo de agua subterránea causa el que agua salina sea atraída a los pozos, contaminando así el agua dulce Mayormente es un problema en areas costeras

Contaminación del agua subterránea Una fuente muy común es el alcantarillado y las aguas usadas Acuíferos extremadamente permeables, como rocas cristalinas muy fracturadas (gravas gruesas), tienen aperturas tan grandes que el agua subterranea contaminada puede recorrer grandes distancias sin ser purificada Cuando el acuifero esta compuesto por arena o arenizca permeable, a veces el agua puede purificarse despues de viajar por el solo unas docenas de metros

Cont. Contaminación del agua subterránea

Cont. Contaminación del agua subterránea Perforacion de un pozo puede llevar a problemas de contaminación de agua subterránea Otras fuentes y tipos de contaminación incluyen sustancias como: Fertilizantes Pesticidas Materiales químicos e industriales

Trabajo geológico del agua subterránea Las aguas subterraneas disuelven rocas Agua subterránea es a menudo ligeramente ácida Contiene ácido carbónico débil Se forma cuando el agua de lluvia disuelve CO2 del aire y de plantas en descomposicion Ácido carbónico reacciona con calcita en la caliza para formar bicarbonato de calcio, un material soluble

Cont. Trabajo geol. del agua subterránea Cavernas La mayoría de las cavernas son creadas por agua subterránea ácida, que disuelve la roca en o justo bajo la superficie, en la zona de saturación Formaciones observadas en las cavernas Se forman en la zona de aireación

Cont. Trabajo geol. del agua subterránea Cont. Cavernas Cont. Formaciones observadas en las cavernas Compuestas de travertino (dripstone) Se deposita calcita a medida que el agua que gotea se evapora Colectivamente, las formaciones se conocen como espeleotemas Incluyen estalactitas (cuelgan del techo) y estalagmitas (se forman en el suelo de las cavernas)

Entradas naturales Cavernas Rio Camuy

Ej. de pasajes de cavernas

Estalactitas, estalagmitas y columnas

Cont. Trabajo geol. del agua subterránea Topografía kárstica Topografía generada por el poder de disolución del agua subterránea Algunos rasgos característicos Terreno irregular Sumideros (depresiones cerradas, pequenas, someras, circulares u ovaladas, formadas por disolucion y colapso) Carecen de drenaje superficial (rios)

Desarrollo de paisaje karstico

Sumidero de colapso, Florida

Topografia karstica, Jamaica

Topografia karstica en PR Limite sur - carso norteño Mogotes - colinas pequenas y gruesas