aguas subterraneas geol 3025: cap. 17 prof. lizzette rodríguez

Aguas subterraneasAguas subterraneas

GEOL 3025: Cap. 17 GEOL 3025: Cap. 17 Prof. Lizzette Prof. Lizzette RodríguezRodríguez

Importancia de las aguas Importancia de las aguas subterráneassubterráneas

El agua subterránea se encuentra El agua subterránea se encuentra en los poros del suelo y en los poros del suelo y sedimento, además de en sedimento, además de en fracturas en las rocasfracturas en las rocas

El agua subterránea es la reserva El agua subterránea es la reserva mayor de agua dulce disponible mayor de agua dulce disponible para los seres humanospara los seres humanos

Cont. Importancia de las aguas Cont. Importancia de las aguas subterráneassubterráneas

Rol geológico del agua subterráneaRol geológico del agua subterránea– Agente de erosión: disolución por Agente de erosión: disolución por

agua subterránea produceagua subterránea produceSumiderosSumiderosCavernasCavernas

– El agua subterránea actúa como El agua subterránea actúa como compensador del flujo de compensador del flujo de escorrentia, almacenando agua que escorrentia, almacenando agua que mantiene las corrientes fluviales mantiene las corrientes fluviales durante tiempos de poca lluviadurante tiempos de poca lluvia

Agua dulce en la hidrosferaAgua dulce en la hidrosfera

Distribución de las aguas Distribución de las aguas subterráneassubterráneas

Cinturón de humedad del sueloCinturón de humedad del suelo – – zona cercana a la superficie donde se zona cercana a la superficie donde se mantiene agua por atraccion mantiene agua por atraccion molecular en las partículas del suelomolecular en las partículas del suelo

Zona de saturaciónZona de saturación (saturation (saturation zone)zone)– FormaciónFormación

El agua que no es mantenida como El agua que no es mantenida como humedad del suelo percola hacia humedad del suelo percola hacia mayor profundidadmayor profundidad

Cont. Distribución de las aguas Cont. Distribución de las aguas subterráneassubterráneas

Cont. Zona de saturaciónCont. Zona de saturación– El agua llega a una zona donde El agua llega a una zona donde

todos los espacios abiertos en el todos los espacios abiertos en el sedimento están completamente sedimento están completamente llenos de aguallenos de agua

– El agua dentro de estos poros se El agua dentro de estos poros se conoce como agua subterráneaconoce como agua subterránea

Nivel freáticoNivel freático (water table) (water table) – límite – límite superior de la zona de saturaciónsuperior de la zona de saturación


Franja capilar (capillary fringe)Franja capilar (capillary fringe)– Se extiende hacia arriba del Se extiende hacia arriba del

nivel freáticonivel freático– El agua subterránea es El agua subterránea es

mantenida en pequeños pasajes mantenida en pequeños pasajes entre los granos del suelo por entre los granos del suelo por tensión superficialtensión superficial


Zona de aireación (aereation Zona de aireación (aereation zone)zone)– Área sobre el nivel freáticoÁrea sobre el nivel freático– Incluye la franja capilar y el Incluye la franja capilar y el

cinturon de humedad del suelocinturon de humedad del suelo– No se puede bombear agua por No se puede bombear agua por

pozospozos

Distribucion Distribucion de agua de agua

subterraneasubterranea

*Zona de aireacion: poros del suelo, el

sedimento y la roca no estan saturados de

H2O, sino llenos de aire

Nivel freáticoNivel freático

Límite superior de la zona de Límite superior de la zona de saturaciónsaturación

Variaciones en el nivel freáticoVariaciones en el nivel freático– Profundidad es altamente variableProfundidad es altamente variable

Varía por estación y de año en añoVaría por estación y de año en año

– Su forma usualmente sigue el Su forma usualmente sigue el contorno de la topografíacontorno de la topografía

Cont. Nivel freáticoCont. Nivel freático

Variaciones en el nivel freáticoVariaciones en el nivel freático– Factores que contribuyen a la Factores que contribuyen a la

superficie irregular del nivel superficie irregular del nivel freáticofreáticoEl agua tiende a acumularse El agua tiende a acumularse bajos zonas altasbajos zonas altas

Variaciones en precipitaciónVariaciones en precipitaciónVariaciones en permeabilidad de Variaciones en permeabilidad de un lugar a otroun lugar a otro


Interacción entre las aguas Interacción entre las aguas subterráneas y los ríossubterráneas y los ríos– Constituye un enlace básico en el Constituye un enlace básico en el

ciclo hidrológicociclo hidrológico– Tres tipos de interaccionesTres tipos de interacciones

Efluentes (gathering streams)Efluentes (gathering streams) – – reciben agua de la aportacion de reciben agua de la aportacion de aguas subterráneas a través del aguas subterráneas a través del cauce del río (elevacion de nivel cauce del río (elevacion de nivel freatico>nivel de superficie de rio)freatico>nivel de superficie de rio)


Cont. Tres tipos de Cont. Tres tipos de interaccionesinteracciones– Influentes (losing streams)Influentes (losing streams) – – rios rios

pierden agua al sistema de aguas pierden agua al sistema de aguas subterráneas por la salida del agua a subterráneas por la salida del agua a través del lecho del río (streambed)través del lecho del río (streambed)

– Combinacion de ambas: Combinacion de ambas: un rio un rio recibe aportaciones de agua en recibe aportaciones de agua en algunas secciones y pierde en otrasalgunas secciones y pierde en otras

Interaccion entre

sistema de aguas

subterraneas y aguas

superficiales

Almacenamiento y circulacion de las Almacenamiento y circulacion de las aguas subterráneasaguas subterráneas

PorosidadPorosidad – % del volumen total de una roca o % del volumen total de una roca o

sedimento que consiste de espacio sedimento que consiste de espacio porosoporoso

– Determina cuánta agua subterránea Determina cuánta agua subterránea puede ser almacenadapuede ser almacenada

– Variaciones pueden ser grandes en Variaciones pueden ser grandes en distancias cortasdistancias cortas

Bajo ---

Rendimientoespecifico

Retencionespecifica

Cont. Almacenamiento y circulacion Cont. Almacenamiento y circulacion de las aguas subterráneasde las aguas subterráneas

Permeabilidad, acuicluidos y acuíferosPermeabilidad, acuicluidos y acuíferos– Permeabilidad Permeabilidad – – habilidad de un habilidad de un

material para transmitir un fluidomaterial para transmitir un fluido– Acuicluido Acuicluido – – capa impermeable que capa impermeable que

previene el movimiento de agua (Ej. previene el movimiento de agua (Ej. arcilla) arcilla)

– AcuíferoAcuífero – – estratos de roca o sedimento estratos de roca o sedimento permeable que transmiten agua permeable que transmiten agua subterránea libremente (Ej. arena y subterránea libremente (Ej. arena y grava)grava)

Circulacion de las aguas subterraneasCirculacion de las aguas subterraneas

Extremadamente lenta – velocidad – velocidad tipica de circulacion es de pocos tipica de circulacion es de pocos centímetros por diacentímetros por dia

Energía para la circulacion es provista para la circulacion es provista por la fuerza de gravedadpor la fuerza de gravedad

Ley de Darcy – si la permeabilidad se – si la permeabilidad se mantiene uniforme, la velocidad del mantiene uniforme, la velocidad del agua subterránea aumentará a medida agua subterránea aumentará a medida que aumente la pendiente del nivel que aumente la pendiente del nivel freáticofreático

Cont. Ley de DarcyCont. Ley de Darcy– Q = [K ∙ A ∙ (hQ = [K ∙ A ∙ (h11-h-h22)] / d)] / d– Q = caudalQ = caudal– Gradiente hidráulicoGradiente hidráulico – pendiente del – pendiente del

nivel freáticonivel freático– Conductividad hidráulica K: coeficiente Conductividad hidráulica K: coeficiente

que tiene en cuenta la permeabilidad del que tiene en cuenta la permeabilidad del acuifero y la viscosidad del fluidoacuifero y la viscosidad del fluido

Cont. Circulacion de aguas Cont. Circulacion de aguas subterraneassubterraneas

La circulacion del agua La circulacion del agua subterranea se mide subterranea se mide directamente utilizandodirectamente utilizando

– Diferentes tintas o colorantesDiferentes tintas o colorantes

– Carbono-14Carbono-14

Manantiales o fuentes (springs)Manantiales o fuentes (springs)

ManantialesManantiales– Ocurren donde el nivel freático Ocurren donde el nivel freático

intercepta la superficie terrestreintercepta la superficie terrestre

– Flujo natural de agua subterránea a la Flujo natural de agua subterránea a la superficiesuperficie

– Puede ser causado por un acuicludo Puede ser causado por un acuicludo creando una zona localizada de creando una zona localizada de saturacion, llamada un nivel freatico saturacion, llamada un nivel freatico colgado (colgado (perched water table)perched water table)

Acuicludo encima del nivel freatico Acuicludo encima del nivel freatico principal – se produce zona de saturacion principal – se produce zona de saturacion

localizada:localizada:En la interseccion de un nivel freatico En la interseccion de un nivel freatico colgado y una ladera de valle, fluye un colgado y una ladera de valle, fluye un

manantialmanantial

Acuicludo

Fuentes termales y geysersFuentes termales y geysers

Fuentes termales (hot springs)Fuentes termales (hot springs)

– El agua tiene temperaturas de 6-9El agua tiene temperaturas de 6-9ooC C más calientes que la temperatura más calientes que la temperatura anual promedio del aire en la anual promedio del aire en la localidadlocalidad

– El agua de la mayoría de las fuentes El agua de la mayoría de las fuentes termales es calentada por el termales es calentada por el enfriamiento de rocas ígneasenfriamiento de rocas ígneas

Cont. Fuentes termales y geysersCont. Fuentes termales y geysersGeysersGeysers

– Fuentes termales Fuentes termales intermitentesintermitentes

– El agua erupciona con gran El agua erupciona con gran fuerzafuerza

– Ocurren cuando existen Ocurren cuando existen extensas cámaras subterráneas extensas cámaras subterráneas entre rocas ígneas calientesentre rocas ígneas calientes

– El agua subterránea se El agua subterránea se calienta, se expande, cambia a calienta, se expande, cambia a vapor y erupcionavapor y erupciona

Parque Yellowstone

Cont. Fuentes termales y geysersCont. Fuentes termales y geysers

Cont. GeysersCont. Geysers– Rocas químicas sedimentarias se Rocas químicas sedimentarias se

acumulan en la superficie acumulan en la superficie Geiserita (el agua contiene silice (el agua contiene silice disuelto)disuelto)

Travertino o toba calcarea (forma (forma de caliza originada cuando elde caliza originada cuando elagua contieneagua contienecarbonato de calciocarbonato de calciodisuelto)disuelto)

Parque Yellowstone

Diagrama idealizado de un

geiser

Geysers del Tatio,Geysers del Tatio,Desierto de Atacama, Desierto de Atacama, ChileChile

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)

PozosPozos

Para asegurar el continuo Para asegurar el continuo abastecimiento de agua, el pozo abastecimiento de agua, el pozo debe penetrar debajo del nivel debe penetrar debajo del nivel freáticofreático

Bombeo de pozos puede causarBombeo de pozos puede causar– Disminución del nivel freático (que Disminución del nivel freático (que

baje)baje)– Cono de depresión en el nivel freáticoCono de depresión en el nivel freático

Cono de depresion alrededor de pozo de Cono de depresion alrededor de pozo de bombeo: si el bombeo reduce nivel freatico, bombeo: si el bombeo reduce nivel freatico,

pueden secarse los pozos somerospueden secarse los pozos someros

Mapa de nivel Mapa de nivel freatico, freatico,

usando el nivel usando el nivel de Hde H22O de los O de los

pozospozos

Cont. PozosCont. Pozos Pozo artesiano – situación en la que el Pozo artesiano – situación en la que el

agua subterránea bajo presión sube agua subterránea bajo presión sube por sobre el nivel del acuíferopor sobre el nivel del acuífero– Tipos de pozos artesianosTipos de pozos artesianos

No surgente (nonflowing) – superficie de No surgente (nonflowing) – superficie de presión esta por debajo de la superficiepresión esta por debajo de la superficie

Surgente – superficie de presión esta Surgente – superficie de presión esta sobre la superficiesobre la superficie

– No todos los sistemas artesianos son No todos los sistemas artesianos son pozos, tambien existen fuentes pozos, tambien existen fuentes artesianas: agua alcanza la superficie a artesianas: agua alcanza la superficie a traves de fracturas naturalestraves de fracturas naturales

Sistemas Sistemas artesianos artesianos

se producen se producen cuando un cuando un acuifero acuifero inclinado inclinado

esta esta confinado confinado

entre entre estratos estratos

impermeablimpermeableses

Problemas relacionados con la Problemas relacionados con la extraccion del agua subterráneaextraccion del agua subterránea

Tratamiento del agua Tratamiento del agua subterranea como un recurso no subterranea como un recurso no renovablerenovable

– En muchos lugares el agua En muchos lugares el agua disponible para recargar el disponible para recargar el acuifero es menor comparada con acuifero es menor comparada con la cantidad que se extraela cantidad que se extrae

Cont. Problemas relacionados con la Cont. Problemas relacionados con la extraccion del agua subterráneaextraccion del agua subterránea

SubsidenciaSubsidencia– La superficie se hunde cuando el agua La superficie se hunde cuando el agua

es bombeada de los pozos a una es bombeada de los pozos a una velocidad mayor de la que los procesos velocidad mayor de la que los procesos naturales de recarga pueden naturales de recarga pueden reemplazarlareemplazarla

– Permite contacto grano-grano y Permite contacto grano-grano y conduce a compactacion de sedimentos conduce a compactacion de sedimentos y subsidencia de superficiey subsidencia de superficie

Valle de San Joaquin, CAValle de San Joaquin, CA

Cont. Problemas relacionados…Cont. Problemas relacionados… Contaminación por Contaminación por

intrusión salinaintrusión salina– El bombeo excesivo El bombeo excesivo

de agua de agua subterránea causa subterránea causa el que agua salina el que agua salina sea atraída a los sea atraída a los pozos, pozos, contaminando así contaminando así el agua dulceel agua dulce

– Mayormente es un Mayormente es un problema en areas problema en areas costerascosteras

Contaminación del agua subterráneaContaminación del agua subterránea

Una fuente muy común es el Una fuente muy común es el alcantarillado y las aguas usadasalcantarillado y las aguas usadas

– Acuíferos extremadamente permeables, Acuíferos extremadamente permeables, como rocas cristalinas muy fracturadas como rocas cristalinas muy fracturadas (gravas gruesas), tienen aperturas tan (gravas gruesas), tienen aperturas tan grandes que el agua subterranea grandes que el agua subterranea contaminada puede recorrer grandes contaminada puede recorrer grandes distancias sin ser purificadadistancias sin ser purificada

– Cuando el acuifero esta compuesto por Cuando el acuifero esta compuesto por arena o arenizca permeable, a veces el arena o arenizca permeable, a veces el agua puede purificarse despues de viajar agua puede purificarse despues de viajar por el solo unas docenas de metrospor el solo unas docenas de metros

Cont. Contaminación del agua subterráneaCont. Contaminación del agua subterránea

Cont. Contaminación del agua subterráneaCont. Contaminación del agua subterránea Perforacion de un Perforacion de un

pozo puede llevar a pozo puede llevar a problemas de problemas de contaminación de contaminación de agua subterráneaagua subterránea

Otras fuentes y Otras fuentes y tipos de tipos de contaminación contaminación incluyen sustancias incluyen sustancias como:como:– FertilizantesFertilizantes– PesticidasPesticidas– Materiales Materiales

químicos e químicos e industrialesindustriales

Trabajo geológico del agua subterráneaTrabajo geológico del agua subterránea

Las aguas subterraneas disuelven Las aguas subterraneas disuelven rocasrocas– Agua subterránea es a menudo Agua subterránea es a menudo

ligeramente ácidaligeramente ácidaContiene ácido carbónico débilContiene ácido carbónico débilSe forma cuando el agua de lluvia disuelve Se forma cuando el agua de lluvia disuelve COCO22 del aire y de plantas en del aire y de plantas en descomposiciondescomposicion

– Ácido carbónico reacciona con calcita Ácido carbónico reacciona con calcita en la caliza para formar bicarbonato de en la caliza para formar bicarbonato de calcio, un material solublecalcio, un material soluble

Cont. Trabajo geol. del agua subterráneaCont. Trabajo geol. del agua subterránea

CavernasCavernas

– La mayoría de las cavernas son La mayoría de las cavernas son creadas por agua subterránea ácida, creadas por agua subterránea ácida, que disuelve la roca en o justo bajo que disuelve la roca en o justo bajo la superficie, en la zona de la superficie, en la zona de saturaciónsaturación

– Formaciones observadas en las Formaciones observadas en las cavernascavernasSe forman en la zona de aireaciónSe forman en la zona de aireación


Cont. CavernasCont. Cavernas– Cont. Formaciones observadas en las Cont. Formaciones observadas en las

cavernascavernasCompuestas de travertino (Compuestas de travertino (dripstonedripstone))

–Se deposita calcita a medida que el Se deposita calcita a medida que el agua que gotea se evapora agua que gotea se evapora

–Colectivamente, las formaciones se Colectivamente, las formaciones se conocen como espeleotemasconocen como espeleotemas

– Incluyen estalactitas (cuelgan del Incluyen estalactitas (cuelgan del techo) y estalagmitas (se forman en el techo) y estalagmitas (se forman en el suelo de las cavernas)suelo de las cavernas)

Entradas Entradas naturalesnaturales

Cavernas Rio CamuyCavernas Rio Camuy

Ej. de pasajes de cavernasEj. de pasajes de cavernas

Estalactitas, estalagmitas y columnasEstalactitas, estalagmitas y columnas


Topografía kársticaTopografía kárstica– Topografía generada por el poder Topografía generada por el poder

de disolución del agua subterráneade disolución del agua subterránea– Algunos rasgos característicosAlgunos rasgos característicos

Terreno irregularTerreno irregularSumideros (Sumideros (depresiones cerradas, depresiones cerradas, pequenas, someras, circulares u pequenas, someras, circulares u ovaladas, formadas por disolucion y ovaladas, formadas por disolucion y colapso)colapso)

Carecen de drenaje superficial (rios)Carecen de drenaje superficial (rios)

Desarrollo de paisaje karsticoDesarrollo de paisaje karstico

Sumidero de colapso, FloridaSumidero de colapso, Florida

Topografia karstica, Topografia karstica, JamaicaJamaica

Topografia karstica en PRTopografia karstica en PR

Mogotes -colinas pequenas y gruesas

Limite sur -carso

norteño

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