Calidad del agua subterránea



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NOMBRE: Calidad del agua subterránea

BREVE DESCRIPCIÓN

La calidad (química) del agua subterránea refleja los aportes desde la atmósfera, el suelo y las reacciones agua-roca (meteorización), así como también desde fuentes de contaminación tales como minas, áreas despejadas, agricultura, lluvias ácidas, residuos domésticos e industriales. El movimiento relativamente lento del agua a través del terreno indica que los tiempos de permanencia de las aguas subterráneas están generalmente dentro de órdenes de magnitud mayores que los de las aguas superficiales. Como en el caso de la calidad de las aguas superficiales, es difícil simplificarla a unos pocos parámetros. Sin embargo, en el contexto de geoindicadores, se ha realizado una selección de unos cuantos parámetros importantes de primer orden y de segundo orden que pueden usarse en la mayoría de los casos para evaluar procesos o tendencias significativos en una escala de tiempo de 50 a 100 años.

Se proponen los siguientes indicadores de cambio de primer orden (en cursiva), asociados a varios procesos y problemas, y respaldados por varios parámetros de segundo orden:


  1. Salinidad: Cl, SEC (conductividad eléctrica específica), SO4, Br, TDS (sólidos totales disueltos), Mg/Ca, 18O, 2H, F

  2. Acidez y estado Redox o de óxido-reducción: pH, HCO3, Eh, oxígeno disuelto, Fe, As

  3. Radioactividad: 3H, 36Cl, 222Rn

  4. Contaminación agrícola: NO3, SO4, DOC (carbono orgánico disuelto), K/Na, P, pesticidas y herbicidas

  5. Contaminación minera: SO4, pH, Fe, As, otros metales, F, Sr

  6. Contaminación urbana: Cl, HCO3, DOC, B, hidrocarburos, solventes orgánicos.

Durante el desarrollo y explotación de un acuífero, podrían producirse cambios en la química natural, los cuales podrían resultar beneficiosos o perjudiciales para la salud (por ejemplo: aumento de F, As): estos elementos deberían ser incluidos en los programas de monitoreo. La calidad del agua subterránea alojada en acuíferos poco profundos también puede verse afectada por deslizamientos, incendios y otros procesos superficiales, que aumentan o reducen la infiltración, o que exponen o cubren superficies rocosas y suelos, los cuales interactúan con el agua superficial descendente.


SIGNIFICADO

El agua subterránea es mundialmente importante para el consumo humano, y los cambios en su calidad pueden tener serias consecuencias. También es importante para el sustento de hábitats y para el mantenimiento de la calidad del flujo base que alimenta los ríos. La composición química del agua subterránea es una medida de su conveniencia como fuente de abastecimiento para consumo humano y animal, para irrigación, para la industria y otros propósitos. También influye en la salud y el funcionamiento de ecosistemas, por lo que es importante para detectar variaciones y dar las alertas tempranas de cambios en su calidad, tanto en sistemas naturales como en los resultantes de contaminación.




  1. Salinidad: El agua dulce subterránea puede estar limitada lateralmente (en las regiones costeras) por sus interfases con el agua marina y por los tipos de rocas adyacentes, o verticalmente por el agua de las formaciones subyacentes. La intrusión del agua salada en los acuíferos costeros puede ser el resultado del bombeo intensivo del agua dulce subterránea, o producto de la disminución del caudal de una corriente (por ejemplo debido a la construcción de diques o derivaciones), lo que conduce a reducir la recarga de acuíferos en los deltas y llanuras aluviales. La intensa evaporación en áreas con niveles freáticos poco profundos también puede llevar a la salinización. Las variaciones en los niveles de salinidad pueden ocurrir debido al cambio climático natural o al bombeo excesivo y las prácticas de riego que estimulan la precipitación de sólidos disueltos, como las sales, en las tierras agrícolas. Es importante monitorear todos los cambios en la salinidad usando Cl (cloruros) o la SEC (conductividad eléctrica) y, si fuera posible, caracterizar la fuente de salinidad, usando uno o más de los indicadores secundarios.

  2. Acidez y estado REDOX (de óxido reducción): Las emisiones industriales de SOx y NOx han llevado, en ciertos lugares, a reducir en un orden de magnitud el pH promedio de las lluvias. Esto ha acelerado las tasas de meteorización natural y reducido la capacidad de atenuación de los suelos y rocas, provocando un incremento de la acidez de las aguas subterráneas someras, especialmente en áreas con deficiencia de minerales carbonatados. En grandes áreas de América del Norte, Norte de Europa, Sudeste de Asia y América del Sur, la acidificación es un problema mayor para la salud del hombre y de los ecosistemas. El impacto sobre las aguas superficiales se agrava en aquellos lugares donde disminuyen los efectos de atenuación del HCO3, en los flujos base de agua subterránea que alimentan a ríos y lagos. Los cambios del estado de óxido-reducción (Redox) del agua subterránea (principalmente como consecuencia de la reducción de O2) también pueden tener lugar rápidamente debido a los procesos microbianos o químicos en sistemas naturales o en los resultantes la contaminación. Un aumento de la acidez (disminución del pH) o una disminución del Eh (potencial redox) pueden dar lugar a incrementos indeseables de metales disueltos. Sin embargo, el inicio de condiciones de reducción pueden acarrear beneficios tales como de-nitrificación in situ.

  3. Radiactividad: La radiactividad natural antecedente puede estar estrechamente relacionada con la presencia, o ausencia, de rocas y sedimentos que contienen uranio u otros materiales naturalmente radiactivos. Las concentraciones del gas Rn disuelto constituyen un medio para detectar la presencia de radiactividad natural en el agua subterránea [ver: Actividad del karst]. Desde un punto de vista ambiental tiene mayor significado la posible migración hacia el agua subterránea de radionucleidos provenientes de pruebas termonucleares, plantas de energía nuclear o instalaciones militares.

  4. Contaminación de origen agrícola: Durante las últimas décadas, en la mayoría de los países, los niveles de nitrato en el agua subterránea han estado aumentando como resultado del drenaje del exceso de fertilizantes. El nitrato, y otros parámetros móviles derivados de los fertilizantes tales como K (K/Na), DOC y SO4, sirven como indicadores importantes de la degradación ambiental provocada por el hombre, aunque también puede ocurrir la desnitrificación natural bajo condiciones de reducción (ver: Acidez). Los herbicidas y pesticidas (insecticidas, fungicidas) y otros agroquímicos, también pueden ser móviles en las aguas subterráneas y servir como un índice de contaminación difusa debajo de terrenos agrícolas durante los últimos 20 a 30 años. Debido a que el análisis es sumamente dificultoso, no es factible usarlos como indicadores. Sin embargo, su presencia puede ser inferida si se presentan altas concentraciones de otros indicadores.

  5. Contaminación de origen minero: El sulfato derivado de la oxidación de minerales sulfurosos es el mejor indicador individual de la contaminación derivada de la explotación minera de metales y carbón, de la producción de gas y petróleo y, en menor grado, de las actividades de exploración. Una disminución del pH está generalmente asociada con este proceso, al igual que los incrementos de cargas disueltas de Fe y otros metales podrían contaminar tanto aguas subterráneas como superficiales en forma de drenaje ácido de minas. El problema se torna crítico para el abastecimiento de agua y los ecosistemas cuando los niveles freáticos se elevan tras el cierre de una mina. El F y el Sr derivados de la meteorización de los minerales asociados a la veta pueden también servir como indicadores secundarios.

  6. Contaminación de origen urbano e industrial: El impacto de los asentamientos humanos y la acumulación de residuos, caracterizados por numerosos compuestos químicos, se hace invariablemente evidente en la calidad local del agua subterránea. Muchos compuestos químicos ingresan al terreno, pero el deterioro de la calidad del agua puede ser evaluado a través de aquellos constituyentes que son más móviles. Un aspecto clave sería proteger los acuíferos no contaminados más profundos, y monitorear los efectos de las plumas contaminantes que se desplazan en las áreas circundantes. Así, DOC, Cl y HCO3 constituyen indicadores primarios de contaminación de localidades, ciudades, basurales y vertederos de residuos. Los impactos biológicos pueden medirse usando organismos indicadores tales como E. coli. Sin embargo, los microorganismos dañinos generalmente se desvanecen gradualmente tras recorrer varios cientos de metros en el agua subterránea, por lo que una alternativa es medir los productos de descomposición de estos procesos biológicos, tales como DOC y HCO3. Los indicadores secundarios incluyen B (donde se usan detergentes), solventes e hidrocarburos.

CAUSA HUMANA O NATURAL

Ambas. Los cambios en las condiciones naturales originales podrían ocurrir durante la escala temporal que nos interesa, pudiendo ser medidos en una única perforación o en un manantial. Sin embargo, superpuestos a éstos, están los mayores impactos de las actividades humanas descriptos anteriormente.



AMBIENTE DONDE ES APLICABLE




Los principales ambientes de importancia, desde un punto de vista global, son aquellos donde los acuíferos principales constituyen fuentes de aprovisionamiento de agua, sobre todo los situados en hondonadas con sedimentos ribereños o deltaicos saturados, generalmente de espesor limitado y alta transmisividad. Estos ambientes incluyen regiones templadas donde no se dispone de abastecimiento adecuado de agua superficial; regiones semiáridas y áridas donde el agua subterránea es, ineludiblemente, la única fuente de suministro, y regiones tropicales húmedas, donde el agua subterránea significa, de manera creciente, una fuente bacteriológicamente “segura” de agua potable. En estos casos resulta esencial proteger la calidad del agua subterránea. Además, en estas regiones el agua subterránea proporciona un importante medio para monitorear los cambios ambientales asociados.

SITIOS DE MONITOREO

Pozos poco profundos, manantiales y pozos principales de suministro de agua donde el flujo es activo. Deben evitarse los pozos de observación donde el flujo puede ser bajo o estar estancado. Los pozos de monitoreo deben estar ubicados a lo largo de los gradientes hidráulicos principales, y algunos deben localizarse aguas abajo de áreas potencialmente problemáticas (por ejemplo: centrales eléctricas, áreas urbanas, botaderos de desechos, terrenos agrícolas), para así relacionar los contaminantes individuales con sus fuentes. Donde sea posible se debe integrar el monitoreo de los geoindicadores de las aguas subterráneas con las redes nacionales de calidad de agua.


ESCALA ESPACIAL


Parcela a mesoescala / regional.

MÉTODOS DE MEDICIÓN

Los indicadores de primer orden pueden analizarse con relativa facilidad usando técnicas estándar y equipo de laboratorio. En muchos casos podrían ser medidos mediante sensores remotos ubicados en pozos o en puntos de descarga. La medición de pequeños cambios ambientales requiere alta precisión y exactitud. Los cambios en el estado ácido deben evaluarse usando HCO3 más que el pH, ya que este último podría variar poco (excepto por debajo de un pH de 5,5) debido al efecto de atenuación. Los indicadores de segundo orden requieren análisis más especializados y costosos, tales como mediciones de radiactividad.



FRECUENCIA DE MEDICIÓN

Los cambios en la calidad del agua subterránea son normalmente perceptibles a escala estacional o anual. Los procesos de dispersión, reacción y mezcla implican que la adición de pequeñas cantidades de contaminantes sea comúnmente difícil de detectar. Tanto los cambios a escala regional como los efectos de una fuente puntual son importantes para monitorear. Se sugiere una frecuencia máxima de 4 veces por año para detectar cambios en las fuentes de agua subterránea poco profundas; en cambio las mediciones anuales son suficientes para fuentes más profundas.



LIMITACIONES DE LOS DATOS Y DEL MONITOREO

Es necesario tener mucho cuidado para asegurar que los sitios de muestreo sean representativos del régimen de flujo del agua subterránea, tanto vertical como horizontalmente. Resulta de suma utilidad tener dos puntos de muestreo, uno somero y uno profundo, instalados en el mismo sitio. La variabilidad espacial impondrá un límite de lo que puede ser alcanzado, y es probable que la red resultante de sitios de medición de la calidad del agua subterránea represente un compromiso. La exactitud analítica entre mediciones muy espaciadas y, posiblemente realizadas por diferentes personas, probablemente será un problema. Los manantiales pueden ser estables a largo plazo, pero también pueden fluctuar rápidamente, debido a la naturaleza dual de la porosidad del acuífero, a los cambios en la presión atmosférica, en las tasas de precipitación y evaporación, o por actividad sísmica o volcánica, haciendo difícil la determinación de las causas.



APLICACIONES AL PASADO Y AL FUTURO




Por debajo del nivel freático, el agua subterránea no es generalmente un buen archivo de los cambios ocurridos en el pasado, debido a la dispersión de la señal entrante. Sin embargo, en grandes cuencas sedimentarias, las paleo-aguas pueden ser reconocidas por medio de señales químicas e isotópicas. Alrededor de manantiales, los depósitos de material calcáreo o silíceo (travertino, tufa, toba), que abarcan desde los que son precipitados inorgánicos a aquellos que son totalmente orgánicos, pueden reflejar cambios pasados en el clima superficial o en las condiciones hidrológicas y químicas subterráneas locales. La química del agua subterránea en la zona no saturada puede proporcionar un registro clave de los cambios climáticos y ecológicos pasados [Ver: Química del agua subterránea en la zona no saturada].




POSIBLES UMBRALES

La Organización Mundial de la Salud (WHO, 1993) y muchos organismos nacionales han establecido normas o estándares para las concentraciones máximas admisibles de distintas substancias en el agua potable. Existe una variedad de pautas para establecer la calidad del agua subterránea usada para otros propósitos, como ganadería e irrigación.


REFERENCIAS CLAVES



Appelo, C. A. J. & D. Postma, 1993. Geochemistry, groundwater and pollution. Rotterdam: Balkema.

Berger, A. R. & W. J. Iams (eds), 1996. Geoindicators: Assessing rapid environmental changes in earth systems. Rotterdam: A. A. Balkema. (Ver los artículos de W. M. Edmunds & C. B. Dissanayake).

Hem, J. D., 1985. Study and interpretation of the chemical characteristics of natural water. U. S. Geological Survey Water Supply Paper 2254.

WHO, 1993. Guidelines for drinking water quality. Ginebra: Organización Mundial de la Salud.

OTRAS FUENTES DE INFORMACIÓN

En muchos archivos nacionales pueden encontrarse registros excelentes de concentraciones de NO3 y otros iones mayores, que pueden usarse para estudiar el cambio ambiental. Oficinas del ambiente y la salud, organismos de recursos hídricos, servicios geológicos, IAGC, GS, IAH, IAHS.



ASPECTOS AMBIENTALES Y GEOLÓGICOS RELACIONADOS

En muchas áreas, especialmente en las regiones tropicales, enfermedades humanas endémicas (como la fluorosis asociada al exceso de fluor y el bocio asociado con la deficiencia de yodo) están relacionadas a la calidad natural del agua subterránea: estas enfermedades pueden ser mitigadas por cambios apropiados en la química del agua. Los cambios en la calidad del agua subterránea podrían ser, como se detalló anteriormente, el resultado de otros impactos ambientales, que incluyen la lluvia ácida, la urbanización, el desarrollo agrícola, el desmonte de tierras y la minería. Las variaciones en la química del agua subterránea también pueden causar cambios en los hábitats y provocar la salinización de suelos y aguas superficiales. En varios países, durante los últimos 30 años, el contenido de tritio del agua subterránea ha sido monitoreado con respecto a la caída de residuos proveniente de pruebas nucleares.



EVALUACIÓN GENERAL

El monitoreo de las variaciones en la calidad del agua subterránea proporciona un indicio clave, tanto de los impactos humanos sobre la hidrosfera como sobre el medio ambiente en general.





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