SEMANA IX

** AGUAS SUBTERÁNEAS **

I. DEFINICIÓN: 

Estos son depósitos naturales que originan los manantiales u ojos de agua y pueden ser aprovechadas perforando pozos. Las aguas subterráneas pueden permanecer almacenadas por largos períodos o bien pueden estar en movimiento. Las aguas subterráneas en movimiento se llaman aguas freáticas. En la naturaleza el agua subterránea es muy importante porque alimenta a los ríos, incluso en época seca. Manto acuífero o manto freático.

A todas aquellas formaciones rocosas que tienen agua en el subsuelo, que se puede extraer para su utilización en cantidades significativas, se les conoce como acuíferos. En esta zona se encuentran generalmente los llamados acuíferos que son una formación geológica que contiene agua y que la transmite de un punto a otro en cantidades suficientes para permitir su aprovechamiento. 

 

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.

Antiguamente se creía que las aguas subterráneas procedían del mar y habían perdido su salinidad al filtrarse entre las rocas. Hoy se sabe que es agua procedente de la lluvia.

Las aguas subterráneas forman grandes depósitos que en muchos lugares constituyen la única fuente de agua potable disponible.

A veces, cuando circulan bajo tierra, forman grandes sistemas de cuevas y galerías. En algunos lugares regresan a la superficie, brotando de la tierra en forma de fuentes o manantiales. Otras, hay que ir a recogerlas a distintas profundidades excavando pozos.

Son las aguas que se filtran en el terreno pudiendo aflorar en forma de manantiales. Se puede captar por medio de galerías filtrantes, pozos pocos profundos y pozos profundos. También esta agua sufre modificaciones al atravesar las capas terrestres. 

Las aguas subterráneas se localizan en una zona con cavidades conectadas entre sí, son constituidas por el agua precipitada sobre la tierra como lluvia, granizo o nieve que se filtra a través de la tierra. El agua del subsuelo que se encuentran en los intersticios o poros de las rocas, se divide en dos zonas principales: zona de aireación y saturación, que quedan separadas por el nivel freático. 

* ACUÍFEROS : 

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.

* Tipos de acuíferos *

 

Según su estructura

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 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.3 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.

II. DISTRIBUCIÓN:

En condiciones normales, la distribución de agua en el subsuelo ha sido dividida en dos zonas: la de aireación, también conocida como zona vadosa o no saturada y la de saturación.

A. Zona de aireación:

Es el espacio comprendido entre el nivel freático y la superficie, donde no todos los poros están llenos de agua.

Se extiende desde la superficie del terreno hasta el nivel freático. Los poros no están saturados, es decir, estan ocupados tanto por agua como por aire en función de las condiciones, y el agua retenida, que puede ser agua de hidratación, de adhesión o capilar, se encuentra a una presión menor que la atmosférica. El agua no retenida se moverá gracias a la gravedad (agua gravitacional o ravífica), y seguirá descendiendo y ocupando eventualmente los poros, grietas, y fisuras de los materiales (percolación), hasta alcanzar algún nivel inferior que sea impermeable o esté saturado.

La zona de aireación está dividida en 3 regiones:

• La región de humedad se localiza debajo de la superficie del suelo, y esta es la región donde las plantas extraen, (por medio de sus raíces) la humedad necesaria para su desarrollo. 
• La región intermedia se encuentra entre la región de humedad y la de capilaridad. La mayor parte de su agua llega por gravedad a través de la región húmeda. La región intermedia aparece en sitios donde la zona de agua es profunda y los niveles de humedad permanecen constantes. 
• La región de capilaridad ocupa la porción del fondo de la zona de aireación y se localiza inmediatamente sobre la zona de saturación. Su nombre procede del hecho de que en esta región impere la tensión capilar que obliga al ascenso del agua, esta región varia en espesor, de acuerdo a la porosidad del suelo. 

B. Zona de saturación:

Al suelo se le ha considerado como un material con arreglo variable de sus partículas que dejan entre ellas una serie de poros conectados unos con otros, para formar una compleja red de canales de diferentes magnitudes que se comunican, tanto con la superficie del terreno, como con las fisuras y grietas de la masa de la misma. 

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.

III. MOVIMIENTO DEL AGUA SUBTERRÁNEA:

El agua subterránea fluye a través de espacios interconectados, a lo largo de microfisuras entre las partículas y a través de fracturas de mayor escala. El movimiento se produce en respuesta a las diferencias de elevación y presión del fluido. La fuerza directriz se mide en términos de altura hidráulica. El agua subterránea fluye de regiones donde la altura hidráulica es alta hacia regiones donde dicha altura es baja.

 

Encima del nivel freático, en la franja de capilaridad y zonas vadosas, el agua esta sometida a tensión por lo la presión del fluido es menor que la atmosférica. Por debajo del nivel freático, en la zona saturada, la presión del fluido excede a la atmosférica. El nivel freático esta definido como la superficie en la cual la altura de presión es igual a cero.

A. Porosidad:

• Está relacionado con la cantidad de agua que pueda almacenarse en un material 
• Corresponde al % del volumen total de roca o sedimento formado por poros.

B. Permeabilidad:

• Los poros deben estar conectados y ser lo bastante grandes para permitir el flujo de agua. 
• Capacidad para transmitir un fluido

1. PERMEABLES: Como las arenas, gravas, conglomerados, areniscas, rocas ígneas o metamórficas agrietadas, etc.

 

2. SEMIPERMEABLES: Como los limos arenosos, loess, etc.

 

3. IMPERMEABLES: Como las arcillas, lutitas, granito, gneis, etc.

IV. CUENCAS HIDROGEOLÓGICAS:

Una cuenca hidrológica se encuentra delimitada por un parteaguas o divisoria de drenaje que separa dos valles.

Los parteaguas son elevaciones del terreno que constituyen, accidentes geográficos tales como montañas, cordilleras u otras formaciones orográficas.

Una cuenca hidrológica está constituida por dos tipos de componentes: los naturales y los humanos. Dentro de los primeros encontramos los elementos físicos (atmósfera, agua y suelo) y los biológicos (vegetación y fauna). Las actividades económicas y culturales integran los componentes humanos.

A. FUENTES O MANANTIALES DE LADERA

 

Manantiales: Cuando el nivel freático intersecta la superficie terrestre, se produce un flujo natural de salida del agua subterránea, que se denomina manantial o fuente. Los manantiales se forman cuando un acuicluido detiene la circulación descendente del agua subterránea y la obliga a moverse lateralmente. Allí donde aflora un estrato permeable, aparece un manantial.

Fuentes de ladera: Manantiales laterales en regiones montañosas, expuesto en el flanco o ladera de un cerro. El agua de una fuente termal está entre 6 y 9 ºC más caliente que la temperatura media anual del aire para las localidades donde aparece.

B. VALLES

Un valle es una llanura entre montañas o alturas. Se trata de una depresión de la superficie terrestre entre 2 vertientes, con forma inclinada y alargada.

C. FUENTES TERMALES

 

Las fuentes termales son albercas de agua caliente que se han filtrado desde abajo hasta llegar a la superficie de la Tierra, formando pequeños charcos. 

V. POZOS ARTESIANOS:

 

Un pozo artesiano es aquel tipo de manantial o pozo que comunica con un acuífero cautivo de agua (o petróleo), estando el nivel piezométrico (o nivel potenciométrico) del líquido por encima del nivel freático. Hablaremos de un pozo artesiano surgente cuando el líquido confinado asciende por encima de la superficie del terreno de forma natural hasta alcanzar un nivel casi equivalente al del punto de alimentación de la capa cautiva, quedando minorado debido a la pérdida de carga.

VI. APROVECHAMIENTO DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS:

1. AGRICULTURA: Para regar tierras eriales o para compensar la insuficiencia de aguas de escorrentía
2. INDUSTRIA: Se usa estas aguas con gran profusión, pero su uso indiscriminado produce un descenso de la napa freática que puede acarrear gravísimas consecuencias; por esta razón su explotación está reglamentada.
3. GALERÍA: es una especie de mina túnel escavada en el interior de la tierra de forma horizontal, con una ligera pendiente ascendente, hasta encontrar el agua o el acuífero, de manera que el agua obtenida corre libremente hasta la superficie.
4. POZO: es la perforación vertical que se hace en la tierra hasta llegar al depósito de agua o al acuífero, por lo que precisan de una bomba para extraer el agua.

• El aprovechamiento de las aguas subterráneas es el más importante. Gran parte del agua procedente de la lluvia y la nieve se filtra formando un acuífero (bolsas de agua subterráneas). 
• Algunas veces el agua infiltrada encuentra salida formando un manantial, sus aguas se aprovechan construyendo un tomadero. 
• En los casos en que el agua no sale de forma natural, es el hombre el que tiene que perforar la tierra hasta encontrarla.

VII. PROCESOS KÁRSTICOS

• Un karst se produce por disolución indirecta del carbonato cálcico de las rocas calizas debido a la acción de aguas ligeramente ácidas. El agua se acidifica cuando se enriquece en dióxido de carbono, por ejemplo cuando atraviesa un suelo, y reacciona con el carbonato, formando bicarbonato, que es soluble. Hay otro tipo de rocas, las evaporitas, como por ejemplo el yeso, que se disuelven sin necesidad de aguas ácidas. Las aguas superficiales y subterráneas van disolviendo la roca y creando galerías y cuevas que, por hundimiento parcial, forman dolinas y, por hundimiento total, forman cañones.

Conjunto de formas de alteración de la roca en la cuales el proceso dominante es la disolución de la roca por el agua.

La palabra karst deriva del termino pre-indo - europeo karra o gara, que significa  piedra y que se encuentra en muchas lenguas de Europa y del medio oriente la palabra eslovena   kras, que hace  referencia a la región entre Trieste y Eslovenia occidental, tiene el mismo origen.

¿CUANDO SE PRODUCE LA KARTIFICACION?

 

En presencia de rocas solubles:

• Rocas evaporiticas (yeso, sal gema)
• Rocas carbonaticas (calizas, dolomías, mármoles...).

En presencia de agua:

• Zonas templadas, tropicales, etc... (actuales o pretéritas).

En presencia de condiciones estructurales y texturales adecuadas:

 

• Porosidad secundaria  (diaclasas, fracturas, estratificación...)
• Permeabilidad capacidad de transmitir el agua).

- El denominador común: disolución

 

Todas las rocas, en cierta medida, son solubles en agua, pero algunas permiten, en ciertas condiciones morfo-climaticas, el desarrollo de las situaciones hidrogeologicas apropiadas y las formas karsticas asociadas:

• Rocas carbonaticas (compuestas por calcita, dolomita, etc...)
• Rocas evaporiticas (compuesta por halita, yeso, anhidritta, etc...)
• Cuarcita y arenisca cuarciferas (compuestas por cuarzo).
  

- Solubilidad de los minerales en agua

Con pequeñas cantidades de CO2 disuelto (Pco2=0.001 bar), a temperatura de 25ºc, los minerales son mas o menos solubles:

• calcita: 60 mg/L
• dolomita: 50mg/L
• cuarzo: 12 mg/L
• yeso: 2400 mg/L
• halita: 360000 mg/L

Cuando la Pco2 es muy superior  a 0.1 bar, a la misma temperatura, la solubilidad de los carbonatos aumenta notablemente:

• calcita: 400 mg/L
• dolomita: 300 mg/L

CASOS EN EL PERÚ

En el Perú el fenómeno kárstico se desarrolla principalmente al Este de la divisoria donde las calizas mesozoicas alcanzan notables espesores dentro de los cuales podemos destacar:
 

El Karst de Tingo María, en el departamento de Huánuco denominado "La Bella Durmiente", conjunto de cumbres calcáreas situada al SO de Tingo Ma­ría. El sistema subterráneo de la Bella Durmiente consiste de tres cavidades, situados sobre la margen derecha del Río Monzón, al oeste de Tingo María en el cual destacan "La cueva de las lechuzas", "La cueva de los guacamayos" y "La cueva de la Ventana". La "Cueva Pumahuasi" situado en el Río Tullumayu, afluente del río Huallaga, está a 25 km de Tingo María siguiendo la ruta a Pucallpa, poco después del cruce que lleva a Auca yacu.

 

El Karst del SE de Junín, comprendido entre San Pedro de Cajas - Palca mayo en la provincia de Tarma en donde destaca "La cueva de Huagapo" conocida desde tiempos inmemoriales situado a 3,5 km del poblado de Palca mayo, si­guiendo el camino que lleva a San Pedro de Cajas, el cual pasa por el valle del río Chaka.