Calidad del agua, Isótopos y
contaminación de acuíferos
Las aguas naturales nunca son puras, ellas
contienen pequeñas cantidades de sólidos y
gases disueltos y su concentración depende de
una gran cantidad de factores, que incluyen
los tipos de minerales con los que el agua está
en contacto, el tiempo de residencia y los
procesos biológicos que actuaron sobre ella.
Procesos que condicionan la composición
química del agua subterránea
Diagrama del ciclo hidrológico con los procesos que afectan
a la composición química de las aguas subterráneas
Elementos químicos más comunes en
aguas subterráneas
CATIONES
ANIONES
• Calcio, Ca
• Bicarconato, HCO3
• Magnesio, Mg
• Sulfatos, SO4
• Sodio, Na
• Cloruros, Cl
• Potasio, K
• Hierro, Fe
• Nitratos, NO3
• Silicatos, SiO2
Contaminantes naturales
Cloruro
• Aguas congénitas fósiles
• Agua lluvia
• Mezcla de agua marina en regiones costeras
• Rocas evaporitas
• Pocas veces puede proceder de gases y líquidos
asociados a las emanaciones volcánicas
Sulfato
• Lavado de terrenos de gran aridez o en ambientes
marinos
• Oxidación de sulfuros en rocas ígneas,
metamórficas y sedimentarias
• Concentración de agua lluvia en el suelo.
El bicarbonato
y el carbonato
• Disolución de CO2 atmosférico o del suelo
• Disolución de calizas y dolomías ayudada por el
CO2 y/o ácidos naturales húmicos
• Oxidación de sulfuros
Los Nitritos
• La presencia de Nitritos en el agua subterránea,
está directamente relacionada con la actividad
biológica, tal como los desechos de ganado,
marraneras, gallineros, aguas negras,
basureros
• El principal efecto biológico del nitrito es la
formación de metahemoglobina en la sangre,
limitando el transporte de oxígeno en el
cuerpo - malo para los peces
Procesos geoquímicos en el suelo en
zonas de recarga
Composición química de la escorrentía en
función de la litología y de la cantidad de
precipitación anual
La conductividad eléctrica
“Habilidad” de una solución a dejar pasar corriente
eléctrica. La electricidad es un flujo de electrones y este
es proporcional al número de iones presentes en la
Tabla 15.1. Valores de conductividad
solución. para algunas muestras.
Muestra
Agua pura
Agua destilada
Agua lluvia
Agua subterránea
potable
Ríos y Quebradas
Salmuera
Agua de mar
C (mho)
0.055
0.5-5
5-30
30-2000
1
>100000
50000
Los Sólidos Disueltos Totales (TDS)
TIPO
Fresca
Salobre
Salina
Salmuera
•
•
•
•
TDS (mg/l)
0-1000
1000-10000
10000-100000
>100000
TDS (g/l) = Conductividad (mS/cm)* 0,7 (appr.)
Agua de lluvia: 10-50 µS/cm
Aguas dulces (ríos, lagos, acuífero somero): 100-1000 µS/cm
Aguas subt profundas, zona de minas, aguas contaminadas, zonas
áridas : 1-5 mS/cm
• Agua de mar: 50 mS/cm ---> 36 g/l
Dureza
• La dureza mide la capacidad de un agua para consumir jabón o
producir incrustaciones .
• Indica la cantidad de sales de Ca y Mg que hay en el agua, las
mas importantes son el bicarbonato calcico Ca(HCO3)2 y el sulfato
calcico CaSO4
• Las definiciones usuales de la dureza están asociadas al contenido
de iones Ca++ y Mg++, sin embargo Fe y Mn también contribuyen a
la dureza del agua. Por ello la dureza se relaciona directamente
con la alcalinidad.
Expresión de las concentraciones
• Moles/L y equivalentes/L
• Moles = gramos/ peso molecular
• Equivalentes= moles*valencia
Ejemplo: 60 mg/L de Ca++ (Peso del Ca++ = 40)
Concentración en moles =
60/40= 1.5 mmol/L = 1.5 *10-3 moles/L
Concentración en equivalentes =
1.5*2 = 3 meq/L
Presentación de resultados en un
análisis químico
Diagramas
de Piper
Presentación de resultados en un
análisis químico
Presentación de resultados en un
análisis químico
Presentación de resultados en un
análisis químico
Patrones de
Stiff
Presentación de resultados en un
análisis químico
Presentación de resultados en un
análisis químico
Diagrama de Durov
Criterios de calidad analítica de los
resultados de laboratorio
Electronegatividad: Igual suma de meq/l de cationes y aniones mayoritarios.
Imbalance (%) = (Σcat- Σani)/(Σcat + Σani)
Imbalance aceptado:
Cond (μS/cm)
50
200
500
2000
Imbal. Admit.
30
10
8
4
Relación CE/Σcat o CE/Σani
>2000
Relación igual a 90-100
Relación Residuo Seco (Materia sólida en suspenció) -CE
f=0,8 a 1,3
Coherencia
4
Alcalinidad- HCO3-
CE(μS/cm)= f.Rs(mg/l)
CaCO3(mg/l)/50 = meq/l (HCO3-)
Coherencia Dureza - Ca2+ + Mg2+ CaCO3(mg/l)/50 =meq/l (Ca2++Mg2+)
La química como indicadora del flujo de
agua subterránea
• El agua lluvia en general es ácida, sin sales y
bicarbonatada. Más bicarbonatos que sulfatos. Más
sulfatos que cloruros. Esta tendencia se invierte a
medida que el agua se mueve en el medio
subterráneo. La acidez también disminuye.
• El Eh del agua lluvia es positivo, y luego de infiltrada
disminuye con el recorrido en el medio subterráneo.
• En general el contenido iónico y de sales es mayor en
las zonas de descarga que en las de recarga.
La química como indicadora del flujo de
agua subterránea
Secuencia de evolución de los iones mayores
El agua, con el recorrido en el medio subterráneo, se va pareciendo
cada vez más al agua de mar (las especies iónicas dominantes van
cambiando)
HCO3Bicarbonato
HCO3- + SO42-
SO42- + HCO3-
Sulfato
SO42- + Cl-
Cl- + SO42-
Cloruros
El HCO3- normalmente proviene del CO2 de la zona del suelo (CO2
combinándose con ácidos), o de la disolución de la calcita y la
dolomita
CaCO3 + H2CO3
Carbonato
Calcio
Ácido
Carbónico
Ca2+ + 2HCO3-
Cl-
La química como indicadora del flujo de
agua subterránea
Secuencia de evolución de los iones mayores
El agua, con el recorrido en el medio subterráneo, se va pareciendo
cada vez más al agua de mar (las especies iónicas dominantes van
cambiando)
HCO3-
HCO3- + SO42-
SO42- + HCO3-
SO42- + Cl-
Minerales solubles como el yeso liberan SO42Sulfato
CaSO4.2H2O
Ca2+ + SO42- + 2H2O
Cl- + SO42-
Cl-
La química como indicadora del flujo de
agua subterránea
Secuencia de evolución de los iones mayores
El agua, con el recorrido en el medio subterráneo, se va pareciendo
cada vez más al agua de mar (las especies iónicas dominantes van
cambiando)
HCO3-
HCO3- + SO42-
SO42- + HCO3-
SO42- + Cl-
Cl- + SO42-
Cl-
Los minerales de cloro son altamente solubles (Halita – silvina – más
solubles que el resto).
La secuencia iónica puede ser modificada dada la disponibilidad de estos
minerales.
En ciertos casos la secuencia no se da completa o se puede invertir
La química como indicadora del flujo de
agua subterránea
En general:
Atmósfera
Oxidante y ácida
Geósfera
Reductora y básica
El agua subterránea representa un intercambio entre ambas.
La minería tiende a aumentar el pH de las aguas.
La química como indicadora del flujo de
agua subterránea
En general:
Atmósfera
Oxidante y ácida
Geósfera
Reductora y básica
A la entrada del agua al sistema subterráneo el Eh es cercano a
750 mV y el PH a 7.
La oxidación de la materia orgánica en el suelo disuelve el
oxígeno y disminuye el Eh.
La química como indicadora del flujo de
agua subterránea
Disolución de oxígeno vs. Tipo de suelo en la zona de
recarga
- Zonas de recarga en suelos arenosos, gravosos o con
carbonatos: Aguas someras con cantidades detectables de
oxígeno disuelto
- Zonas de recarga en suelos limosos o arcillosos: Aguas someras
sin cantidades detectables de oxígeno disuelto
- Áreas con poco desarrollo de suelo sobre la roca fracturada:
Puede haber abundante oxígeno disuelto durante toda la
trayectoria del flujo.
La química como indicadora del flujo de
agua subterránea
Efectos de la capa de suelo
- En el suelo hay CO2 disponible para reaccionar con el agua y producir
ácido carbónico
Dióxido de Carbono
- El CO2 proviene del decaimiento de la materia orgánica y de la
respiración de las raíces de las plantas
O2 (g) + CH2O
Materia orgánica
CO2 (g) + H2O
Reacción de decaimiento de la
materia orgánica
La química como indicadora del flujo de
agua subterránea
Efectos de la capa de suelo
- La reacción de CO2 con agua baja dramáticamente el PH del agua
- Esto promueve las reacciones entre el agua y los minerales
- La oxidación de la pirita puede ser otra fuente de acidez: Aguas
ácidas de la minería
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La química como indicadora del flujo de agua subterránea