Agua subterránea
Afloramiento de agua subterránea en un pozo.
El
agua subterránea representa una fracción importante de la masa de
agua presente en los
continentes, y se aloja en los
acuíferos bajo la superficie de la Tierra. El volumen del agua subterránea es mucho más importante que la masa de agua retenida en
lagos o
circulante, y aunque menor al de los mayores
glaciares, las masas más extensas pueden alcanzar millones de
kilómetros cuadrados (como el
Acuífero Guaraní). El agua del subsuelo es un recurso importante y de este se abastece a una tercera parte de la población mundial,
1 pero de difícil gestión, por su sensibilidad a la
contaminación
y a la sobreexplotación. El agua subterránea es parte de la
precipitación que se filtra a través del suelo hasta llegar al material
rocoso que está saturado de agua. El agua subterránea se mueve
lentamente hacia los niveles bajos, generalmente en ángulos inclinados
(debido a la gravedad) y eventualmente llegan a los arroyos, los lagos y
los océanos.
Es una creencia común que el agua subterránea llena cavidades y
circula por galerías. Sin embargo, no siempre es así, pues puede
encontrarse ocupando los
intersticios (poros y
grietas) del
suelo, del
sustrato rocoso o del
sedimento sin consolidar, los cuales la contienen como una
esponja. La única excepción significativa la ofrecen las rocas solubles, como las
calizas y los
yesos, susceptibles de sufrir el proceso llamado
karstificación, en el que el agua excava
simas,
cavernas y otras vías de circulación, modelo que más se ajusta a la creencia popular.
Acuífero
Esquema de un acuífero
.
Un
acuífero es aquel estrato o formación geológica permeable
que permite la circulación y el almacenamiento del agua subterránea por
sus poros o grietas. Dentro de estas formaciones podemos encontrarnos
con materiales muy variados como
gravas de río,
limo,
calizas muy agrietadas,
areniscas porosas poco cementadas, arenas de playa, algunas formaciones volcánicas, depósitos de
dunas e incluso ciertos tipos de
arcilla. El nivel superior del agua subterránea se denomina nivel freático, y en el caso de un acuífero libre, corresponde al
nivel freático.
Estructura
Un acuífero es un terreno rocoso
permeable dispuesto bajo la superficie, en donde se acumula y por donde circula el agua subterránea.
- Una zona de saturación, que es la situada encima de la capa
impermeable, donde el agua rellena completamente los poros de las rocas.
El límite superior de esta zona, que lo separa de la zona vadosa o de
aireación, es el nivel freático y varía según las circunstancias:
descendiendo en épocas secas, cuando el acuífero no se recarga o lo hace
a un ritmo más lento que su descarga; y ascendiendo, en épocas húmedas.
- Una zona de aireación o vadosa, es el espacio comprendido entre el nivel freático y la superficie, donde no todos los poros están llenos de agua.
Cuando la roca permeable donde se acumula el agua se localiza entre dos capas
impermeables,
que puede tener forma de U o no, vimos que era un acuífero cautivo o
confinado. En este caso, el agua se encuentra sometida a una
presión mayor que la
atmosférica, y si se perfora la capa superior o exterior del terreno, fluye como un surtidor, tipo
pozo artesiano.
Tipos de acuíferos
Según su estructura
Tipos de acuíferos.
Desde el punto de vista de su estructura, ya se ha visto que se
pueden distinguir los acuíferos libres y los acuíferos confinados.
En la figura de al lado se ilustran los dos tipos de acuíferos:
- río o lago (a), en este caso es la fuente de recarga de ambos acuíferos.
- suelo poroso no saturado (b).
- suelo poroso saturado (c), en el cual existe una camada de terreno impermeable (d), formado, por ejemplo por arcilla, este estrato impermeable confina el acuífero a cotas inferiores.
- suelo impermeable (d).
- acuífero no confinado (e).
- manantial (f);
- pozo que capta agua del acuífero no confinado (g).
- pozo que alcanza el acuífero confinado, frecuentemente el agua brota como en un surtidor o fuente, llamado pozo artesiano (h).
Según su textura
Desde el punto de vista textural, se dividen también en dos grandes grupos: los porosos y fisurales.
En los acuíferos porosos el agua subterránea se encuentra como
embebida en una esponja, dentro de unos poros intercomunicados entre sí,
cuya textura motiva que existe "permeabilidad" (transmisión interna de
agua), frente a un simple almacenamiento. Aunque las arcillas presentan
una máxima porosidad y almacenamiento, pero una nula transmisión o
permeabilidad (permeabilidad <> porosidad). Como ejemplo de
acuíferos porosos, tenemos las formaciones de arenas y gravas aluviales
En los acuíferos fisurales, el agua se encuentra ubicada sobre fisuras o
diaclasas,
también intercomunicadas entre sí; pero a diferencia de los acuíferos
porosos, su distribución hace que los flujos internos de agua se
comporten de una manera heterogénea, por direcciones preferenciales.
Como representantes principales del tipo fisural podemos citar a los
acuíferos kársticos.
Según su comportamiento hidrodinámico
Por último, desde un punto de vista hidrodinámico, de la movilidad del agua, podemos denominar, en sentido estricto:
- Acuíferos
- Buenos almacenes y transmisores de agua subterránea (cantidad y velocidad) (p.ej.- arenas porosas y calizas fisurales).
- Acuitados
- Buenos almacenes pero malos transmisores de agua subterránea (cantidad pero lentos) (p.ej.- limos).2
- Acuícludos
- Pueden ser buenos almacenes, pero nulos transmisores (p.ej.- las arcillas).
- Acuífugos
- Son nulos tanto como almacenes como transmisores. (p.ej.- granitos o cuarcitas no fisuradas).
Según su comportamiento hidráulico
Acuífero subestimado o libre
Es aquel acuífero que se encuentra en directo contacto con la zona
subsaturada del suelo. En este acuífero la presión de agua en la zona
superior es igual a la presión atmosférica, aumentando en profundidad a
medida que aumenta el espesor saturado.
Acuífero cautivo o confinado
Son aquellas formaciones en las que el agua subterránea se encuentra
encerrada entre dos capas impermeables y es sometida a una presión
distinta a la atmosférica (superior). Sólo recibe el agua de lluvia por
una zona en la que existen materiales permeables, recarga
alóctona
donde el área de recarga se encuentra alejada del punto de medición, y
puede ser directa o indirecta dependiendo de si es agua de lluvia que
entra en contacto directo con un afloramiento del agua subterránea, o
las precipitaciones deben atravesar las diferentes capas de suelo antes
de ser integrada al agua subterránea. A las
zonas de recarga se les puede llamar
zonas de alimentación.
Debido a las capas impermeables que encierran al acuífero, nunca se
evidenciarán recargas autóctonas (situación en la que el agua proviene
de un área de recarga situada sobre el acuífero), caso típico de los
acuíferos semiconfinados y los no confinados o libres (freáticos).
Acuífero semi-confinado
Un acuífero se dice semi-confinado cuando el estrato de suelo que lo
cubre tiene una permeabilidad significativamente menor a la del acuífero
mismo, pero no llegando a ser impermeable, es decir que a través de
este estrato la descarga y recarga puede todavía ocurrir.
Acuíferos costeros
Los acuíferos costeros pueden ser libres, confinados o semiconfinados.
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Lo que los diferencia es la presencia de fluidos con dos densidades
diferentes: agua dulce, con un densidad menor, con relación al agua
salada del mar o del océano. Esta diferencia de densidad hace que en la
zona de la costa, el agua dulce se encuentra sobrepuesta al agua salada.
El agua salada se introduce en el continente en forma de una
cuña salina que se va profundizando a medida que se introduce en el continente.
La cuenca de los acuíferos costeros, al igual que la cuenca de
acuíferos de zonas continentales interiores, se alimenta a través de
precipitaciones, o a través del flujo subsuperficial y/o subterráneos de
otras cuencas, mientras que las salidas se dan a través de la
evapotranspiración, evaporación y por la salida subsuperficial, con la
particularidad de que estas últimas se dan hacia el mar.
Recarga
El agua del suelo se renueva en general por procesos activos de
recarga
desde la superficie. La renovación se produce lentamente cuando la
comparamos con la de los depósitos superficiales, como los lagos, y los
cursos de agua. El tiempo de residencia (el periodo necesario para
renovar por completo un depósito a su tasa de renovación normal) es muy
largo. En algunos casos la renovación está interrumpida por la
impermeabilidad de las formaciones geológicas superiores (acuitardos), o
por circunstancias climáticas sobrevenidas de
aridez.
En ciertos casos se habla de
acuíferos fósiles,
estos son bolsones de agua subterránea, formados en épocas geológicas
pasadas, y que, a causa de variaciones climáticas ya no tienen
actualmente recarga.
El agua de las
precipitaciones (
lluvia,
nieve,...) puede tener distintos destinos una vez alcanza el suelo. Se reparte en tres fracciones. Se llama
escorrentía
a la parte que se desliza por la superficie del terreno, primero como
arroyada difusa y luego como agua encauzada, formando arroyos y ríos.
Otra parte del agua se evapora desde las capas superficiales del suelo o
pasa a la atmósfera con la
transpiración de los organismos, especialmente las
plantas; nos referimos a esta parte como
evapotranspiración. Por último, otra parte se infiltra en el terreno y pasa a ser agua subterránea.
La proporción de infiltración respecto al total de las precipitaciones depende de varios factores:
- La litología
(la naturaleza del material geológico que aflora a la superficie)
influye a través de su permeabilidad, la cual depende de la porosidad,
del diaclasamiento (agrietamiento) y de la mineralogía del sustrato. Por
ejemplo, los minerales arcillosos se hidratan fácilmente, hinchándose
siempre en algún grado, lo que da lugar a una reducción de la porosidad
que termina por hacer al sustrato impermeable.
- Otro factor desfavorable para la infiltración es una pendiente marcada.
- La presencia de vegetación densa influye de forma compleja, porque reduce el agua que llega al suelo (interceptación),
pero extiende en el tiempo el efecto de las precipitaciones,
desprendiendo poco a poco el agua que moja el follaje, reduciendo así la
fracción de escorrentía y aumentando la de infiltración. Otro efecto
favorable de la vegetación tiene que ver con las raíces, especialmente
las raíces densas y superficiales de muchas plantas herbáceas, y con la
formación de suelo, generalmente más permeable que la mayoría de las rocas frescas.
La velocidad a la que el agua se mueve depende del volumen de los
intersticios (porosidad) y del grado de intercomunicación entre ellos.
Los dos principales parámetros de que depende la
permeabilidad.
Los acuíferos suelen ser materiales sedimentarios de grano
relativamente grueso (gravas, arenas, limos, etc.). Si los poros son
suficientemente amplios, una parte del agua circula libremente a través
de ellos impulsada por la
gravedad, pero otra queda fijada por las fuerzas de la
capilaridad y otras motivadas por interacciones entre ella y las
moléculas minerales.
En algunas situaciones especiales se ha logrado la
recarga artificial
de los acuíferos, pero este no es un procedimiento generalizado, y no
siempre es posible. Antes de poder plantearse la conveniencia de
proponer la recarga artificial de un acuífero es necesario tener un
conocimiento muy profundo y detallado de la hidrogeología de la región
donde se encuentra el acuífero en cuestión por un lado y por otro
disponer del volumen de agua necesario para tal operación.
Tránsito
Uno de ellos es el flujo hipodérmico o "interflujo" es aquel que
circula de modo somero y rápido por ciertas formaciones permeables de
escasa profundidad, por lo general, ligada a alveos fluviales (acuíferos
subálveos); que proceden de una rápida infiltración, una alta velocidad
de transmisión (
conductividad hidráulica),
y un retorno hacia el cauce superficial. Por lo que estos flujos más
intervienen en el balance neto de las aguas superficiales (o de
escorrentía superficial) que en las aguas subterráneas donde sólo
interviene como balance transitorio. De este modo, estos flujos suelen
ir ligados al propio flujo en el río, dándose a veces al río el nombre
de cauce intermitente, ya que lo que se observa en el río es que este
tiene tramos con agua y tramos secos.
Como medio transitorio, también puede citarse el flujo ligado a hábitats húmedos, tipo
criptohumedal,
donde el agua, por debajo del circuito hipodérmico, ya circula
propiamente por la zona saturada de un acuífero, y pertenece, por tanto,
al balance neto de las aguas subterráneas, en diferencia al interflujo,
de balance de escorrentía superficial. Este tránsito favorece el
mantenimiento de las plantas denominadas "freatófilas", que son capaces
de succionar las capas saturadas más someras de los acuíferos, como agua
extra a la captada del suelo del exterior.
Descarga
.
El agua subterránea mana (brota) de forma natural en distintas clases de
surgencias en las laderas (
manantiales)
y a veces en fondos del relieve, siempre allí donde el nivel freático
intercepta la superficie. Cuando no hay surgencias naturales, al agua
subterránea se puede acceder a través de
pozos,
perforaciones que llegan hasta el acuífero y se llenan parcialmente con
el agua subterránea, siempre por debajo del nivel freático, en el que
provoca además una depresión local. El agua se puede extraer por medio
de
bombas.
El agua también se desplaza a través del suelo, normalmente siguiendo
una dirección paralela a la del drenaje superficial, y esto resulta en
una descarga subterránea al mar que no es observada en la superficie,
pero que puede tener importancia en el mantenimiento de los
ecosistemas marinos.
Sobreexplotación
Los pozos se pueden secar si el nivel freático cae por debajo de su
profundidad inicial, lo que ocurre ocasionalmente en años de sequía, y
por las mismas razones pueden secar los manantiales. El régimen de
recarga puede alterarse por otras causas, como la
reforestación, que favorece la infiltración frente a la escorrentía, pero aún más favorece la evaporación, o por la extensión de
pavimentos impermeables, como ocurre en zonas urbanas e industriales.
El descenso del nivel freático medio se produce siempre que hay una
extracción continuada de agua en el acuífero. Sin embargo este descenso
no significa que el acuífero esté sobreexplotado. Normalmente lo que
sucede es que el nivel freático busca una nueva cota de equilibrio en
que se estabiliza. La sobreexplotación se produce cuando las
extracciones totales de agua superan a la recarga.
Contaminación del agua subterránea
El agua subterránea tiende a ser
dulce y
potable, pues la circulación subterránea tiende a depurar el agua de partículas y microorganismos
contaminantes. Sin embargo, en ocasiones éstos llegan al acuífero por la actividad humana, como la construcción de
fosas sépticas o la
agricultura.
Por otro lado la contaminación puede deberse a factores naturales, si
los acuíferos son demasiado ricos en sales disueltas o por la
erosión natural de ciertas formaciones rocosas.
La contaminación del agua subterránea puede permanecer por largos
períodos de tiempo. Esto se debe a la baja tasa de renovación y largo
tiempo de residencia, ya que al agua subterránea no se le puede aplicar
fácilmente procesos artificiales de
depuración
como los que se pueden aplicar a los depósitos superficiales, por su
difícil acceso. En caso de zonas locales de contaminación se pueden
realizar
remediación de acuíferos mediante la técnica de
bombeo y tratamiento, que consiste en extraer agua del acuífero, tratarla químicamente, e inyectarla de vuelta al acuífero.
Entre las causas antropogénicas (originadas por los seres humanos), debidas a la contaminación están la infiltración de
nitratos y otros
abonos químicos muy
solubles
usados en la agricultura. Estos suelen ser una causa grave de
contaminación de los suministros en llanuras de elevada productividad
agrícola y densa población. Otras fuentes de contaminantes son las
descargas de fábricas, los productos agrícolas y los químicos utilizados
por las personas en sus hogares y patios. Los contaminantes también
pueden provenir de tanques de almacenamiento de agua, pozos sépticos,
lugares con desperdicios peligrosos y
vertederos. Actualmente, los contaminantes del agua subterránea que más preocupan (?) son los compuestos orgánicos industriales, como
disolventes,
pesticidas,
pinturas,
barnices, o los combustibles como la
gasolina.
En cuanto a los abonos químicos minerales, los
nitratos son los que generan mayor preocupación. Estos se originan de diferentes fuentes: la aplicación de
fertilizantes,
los pozos sépticos que no están funcionando bien, las lagunas de
retención de desperdicios sólidos no impermeabilizadas por debajo y la
infiltración de aguas residuales o tratadas. El envenenamiento con
nitrato es peligroso en los niños. En altos niveles pueden limitar la
capacidad de la
sangre para transportar
oxígeno, causando
asfixia en bebés. En el
tubo digestivo el nitrato se reduce produciendo nitritos, que son cancerígenos.
El agua subterránea en áreas costeras puede contaminarse por intrusiones de
agua de mar (
Intrusión salina)
cuando la tasa de extracción es muy alta. Esto provoca que el agua del
mar penetre en los acuíferos de agua dulce. Este problema puede ser
tratado con cambios en la ubicación de los pozos o excavando otros que
mantengan el agua salada lejos del acuífero de agua dulce. En todo caso,
mientras la extracción supere a la recarga por agua dulce, la
contaminación con agua salada sigue siendo una posibilidad.
Un ejemplo de la contaminación de aguas subterráneas, es el que se presenta en el bajo valle del
Ganges. Allí se da un caso grave de contaminación por
arsénico
que está causando la intoxicación crónica a decenas de millones de
personas, irremediable hasta ahora. La causa de esta contaminación, es
la combinación de un factor antropogénico, la contaminación orgánica
ligada a la intensificación del regadío y de un factor natural. Una cepa
bacteriana del suelo libera el arsénico que antes permanecía retenido en la roca debido a las nuevas condiciones.
Las zonas de recarga de acuíferos son particularmente delicadas desde
el punto de vista de la contaminación hídrica, ya que las sustancias
contaminantes una vez que entran en los acuíferos permanecen allí
durante períodos muy largos. Particularmente algunas actividades humanas
llevan implícitos determinados peligros de contaminación. La tabla
siguiente menciona algunas actividades peligrosas desarrolladas en zonas
de recarga.
Fauna
La fauna de las aguas subterráneas, o
stygofauna, se compone fundamentalmente de
crustáceos como por ejemplo el
Niphargus, aunque también se compone de gusanos,
insectos y otros grupos de
invertebrados. Aunque no es usual, la fauna de las aguas subterráneas comprende también animales vertebrados, en
Australia se han encontrado dos especies de
peces ciegos. La mayoría de estas especies pasan toda su vida en aguas subterráneas, no encontrándose en ningún otro sitio.
Con el nombre de corteza se designa la zona de la Tierra sólida situada en
posición más superficial, en contacto directo con la atmósfera, la hidrosfera y
la biosfera.
