Uso de los isotopos ambientales a problemas hidrogeologicos

Presentación del tema: "Uso de los isotopos ambientales a problemas hidrogeologicos"— Transcripción de la presentación:

1 Uso de los isotopos ambientales a problemas hidrogeologicos
Caso de la Cuenca de Santiago Norte Sergio Iriarte

2 Para que son utiles los isotopos ambientales?
Pueden entregar informacion respecto de: Origen de los compuestos Procesos que han experimentado dichos compuestos

3 Que son los isotopos? Isotopos: atomos del mismo elemento que tienen diferente numero de neutrones, lo que implica diferente masa.

4 Que son los isotopos?

5 Isótopos ambientales Ocurrencia natural
Se encuentran en abundancia en el medio ambiente H, C, N, O y S

6 Isotopos ambientales Isotopos estables Isotopos Radioactivos
No Decaen espontaneamente, son estables en el tiempo Ej: 18O, 2H, 13C Son usados como trazadores Isotopos Radioactivos Emiten particulas alfa y beta, decaen en el tiempo Ej: 3H (tritio), 14C Son usados para datar

7 Isótopos ambientales La medición de la abundancia absoluta no es fácil y requiere de equipos altamente sofisticados Problemas de comparación entre laboratorios Se mide una razón aparente mediante un espectrómetro de masa (muestra y referencia) 18O muestra = (((18O/16O)muestra / (18O/16O) referencia) – 1) * 1000 ‰ VSMOW Un valor de 18O = + 10 ‰ significa que la muestra tiene 10 por mil (1 %) mas 18O que la referencia

8 Como se miden los Isotopos ambientales?

9 Que produce que tengamos distintas señales isotopicas en los compuestos medidos?

10 Fraccionamiento Isotópico
Ocurre en cualquier reacción termodinámica debido a diferencias en las tasas de reacción para diferentes especies moleculares Fisicoquímico: Cambios de estado o transformaciones químicas Difusión: difusión de átomos y moléculas debido a un gradiente de concentración

11 Factores que influyen en el fraccionamiento isotópico
Temperatura!!!!

12 Factores que influyen en el fraccionamiento isotópico
Condiciones fisiográficas Efecto de latitud Efecto de continentalidad Efecto de altitud Efectos estacionales

13 Evaluación de la recarga urbana y natural y su relación con la contaminación de aguas subterráneas en la parte norte del acuífero de Santiago

14 Area de Estudio Uso Urbano, industrial y agrícola
Chile Argentina habitantes Uso Urbano, industrial y agrícola Clima semi-arido (<300 – 500 mm/año), con constantes peridos de sequía

15 Situación del área de Estudio
Crecimiento exponencial de la ciudad desde 1960 La población y la superficie de la ciudad ha crecido mas de 5 veces desde dicha época Intensa explotación de agua subterránea como agua potable e industrial Única fuente de agua en periodos de sequía

16 Red de Pozos en el area urbana

17 Variación de Niveles Descensos constantes de los niveles de agua subterránea en los últimos 15 años

18 Nitrato y Sulfato Contaminación de Nitrato y Sulfato en el agua subterránea

19 Preguntas a Responder ¿De donde proviene la recarga al sistema?
¿Cuáles son las fuentes de contaminación de Nitrato y Sulfato? ¿ El sistema es sustentable a largo plazo en las actuales condiciones? ¿ Que factores podrían influir en la sustentabilidad del sistema?

20 ¿De donde proviene la recarga?
Industrial Recarga Local Agricóla Pérdidas desde canales Pérdidas desde el sistema de agua potable y alcantarillado Recarga Regional Urbano

21 Metodología Geología (Distribución de facies)
Hidrogeología (Dirección de flujo del agua subterránea) Hidroquímica (Similitudes químicas y evolución) Isótopos Ambientales (Características geográficas y geológicas de la cuenca)

22 Datos Químicos e hidrogeológicos Estratigrafía

23 Geología

24 Hidrogeología

25 Hidroquímica

26 Evidencia Hidroquímica de la recarga urbana

27 Que otra herramienta geologica se podra utilizar?
Isótopos Ambientales

28 Isotopos de la molecula de agua
16O = 8 protones, 8 neutrones (99.76 %) 18O = 8 protones, 10 neutrones (0.2 %) 1H = 1 proton ( %) 2H = 1 protones, 1 neutrones (0.015 %)

29 Isotopos ambientales La gran diferencia de relieve produce un efecto de altura sobre los isotopos de la molecula de agua (18O y 2H) -10 /-9 ‰ -12 /-14 ‰ -18 /-15 ‰

30 Composición Isotópica de la precipitación en Santiago

31 Composición Isotópica de las aguas superficiales

32 Isótopos ambientales

33 Evidencia isotópica de recarga urbana Oxígeno 18 (H2O)

34 Como determinar la proveniencia de sulfato?
Isótopos Ambientales 34S y 18O

35 Fuentes de Sulfato en la Cuenca
Basado en las características geológicas de las hoyas hidrográficas. La interacción de tipos distintos de rocas productoras de sulfato con la precipitación produce sulfatos disueltos de diferentes composiciones isotópicas (34S and 18O) Disputada Mine World size porphyry copper and breccias. High pyrite content Minor gypsum and anhydrite veins Gypsum outcrops Oxfordian marine evaporites

36 Fuentes de Sulfato El sulfato desde el sector de la Mina Disputada de Las Condes es generado mayoritariamente por oxidacion de sulfuros (principalmente piritas) La oxidacion de pirita puede realizarse mediante dos reacciones principales: FeS2 + 7/2 O2(aq) + H2O  Fe SO H+ (esta reaccion es controlada por la disponibilidad de oxigeno) FeS Fe H2O  15 Fe SO H+ (esta reaccion es controlada por la tasa de transformacion de Fe2+ a Fe3+ ) Fe2+ + 1/4 O2(aq) + H+  Fe3+ (solid)+ 1/2 H2O En ambos casos la acidez del agua aumenta y generalmente son incorporados metales pesados

37 Fuentes de Sulfato El sulfato proveniente de depositos evaporiticos antiguos (Yeso Principal – Oxfordiano) es generado por disolucion de yeso y anhidrita por accion de las precipitaciones en la alta cordillera

38 Composición isotópica de 34S en diferentes materiales geológicos
Sulfuros en depósitos pórfidos cupríferos 34S Volcánico y magmático: cercano a 0 ‰ 34S Minerales de Sulfato: a menudo valores positivos Evaporitas Jurásicas

39 Composición isotópica de 34S en el agua de mar

40 Composiciones isotópicas típicas de diferentes fuentes del sulfato

41 Incorporacion de oxigeno a la molecula de sulfato
Las actividades minera aceleran los procesos de meteorizacion: exposicion y aumento en la poblacion bacteriana En estos ambientes se tendera a generar una molecula de sulfato con 18O(SO4(aq)) con alto porcentaje de 18O(H2O) respecto 18O(O2(aq))

42 Azufre 34 and Oxigeno 18

43 Como determinar la proveniencia de nitrato?
Isótopos Ambientales 15N y 18O

44 Composición isotópica del Nitrógeno 15 en distintos ambientes

45 Evidencia isotópica de recarga urbana Nitrógeno 15 and Oxígeno 18

46 Environmental isotopes
34S (sulfate)= 12 ‰ 18O (sulfate)= 7 ‰ 15N (nitrate)= 10 ‰ 18O (nitrate)= 7 ‰ 34S (sulfate)= 2 ‰ 18O (sulfate)= 0 ‰ 15N (nitrate)= 6 ‰ 18O (nitrate)= 4 ‰ Mapocho River Regional recharge Natural Maipo River Leakage recharge Urban 18O (water)= -15/-16 ‰ 18O (water)= -13/-12 ‰

47 Modelo Hidrogeológico Conceptual

48 Red de Agua Potable, Alcantarillado y Canales

49 ¿De donde proviene la recarga?
Industrial Recarga Local Agricóla Pérdidas desde canales Pérdidas desde el sistema de agua potable y alcantarillado Recarga Regional Urbano

50 Conclusiones De la informacion geológica e hidrogeológica se establece que la zona no saturada bajo la ciudad tiene condiciones optimas para la recarga superficial. Los datos geoquímicos de las muestras superficiales bajo el nucleo urbano muestran una fuerte afinidad con aguas tipo Rio Maipo. Oxígeno 18, Azufre 34 y Nitrogeno 15 mostraron que hay una fuerte recarga desde aguas tipo Rio Maipo provenientes de las perdidas del sistema de agua potable y alcantarillado y subordinadamente desde la red de canales.

51 Conclusiones Preliminarmente se establece que la recarga urbana puede llegar a doblar a la recarga natural. Dentro de la recarga urbana las perdidas del agua potable son mucho mayores, sin embargo, las del alcantarillados producen un fuerte efecto sobre la calidad. Las perdidas del agua potable producen un aumento de las concentraciones de sulfatos, calcio y cloruros. Mientras que las del alcantarillados producen anomalías principalmente en nitrato. Estas perdidas están produciendo una atenuación en el descenso de los niveles producto de la explotación.