Download Introducción a las Ciencias Terrestres

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)
 Manantiales
– 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
 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