Aguas Subterraneas

1. LA COMPOSICION QUIMICA DE LAS AGUAS SUBTERRANEAS

NATURALES

1 . 1 . CONCEPTOS ELEMENTALES

La composición de un agua puede contemplarse desde diferentes puntos de vista: químico.

bacteriológico. isotópico. etc En l o q u e siguese hará referencia exclusiva a la composición química

entendiendo por tal el conjunto de substancias (generalmente inorgánicas) incorporadas al agua

por procesos naturales Las substancias orgánicas disueltas en agua, aunque frecuentes. aparecen

en concentraciones por lo c o m ú n m u c h o menores que los constituyentes inorgánicos.

La composición química del agua subterránea natural se define a partir de los análisis de

muestras recogidas adecuadamente y se cuantifica por medio de la concentración de cada

constituyente analizado. Aunque son más de 60 los constituyentes y propiedades del agua

subterránea natural que pueden encontrarse cuantificados en análisis químicos. por lo general y

en estudios convencionales, sólo se determinan entre 1 O y 20 parámetros fundamentales.

La incorporación de los constituyentes al agua. en variedad y concentraciones diferentes. es

posible debido a su elevado poder disolvente y a sus propiedades de combinación. Esta

incorporación de substancias al agua comienza incluso antes de que se incorpore al sistema de

flujo subterráneo propio de cada acuífero. Gases, aerosoles. polvo y sales diversas. presentes en la

atmósfera, reaccionan c o n el agua marcandoel primer esbozodel quimismodel agua de infiltración

Una vez infiltrada -con unas características químicas definidas. originadas en la atmósfera o

e n la superficie del terreno por evapotranspiración- el agua puede sufrir modificaciones drásticas

en su composición c o m o consecuencia de u n conjunto de interacciones físicas. químicas y

biológicas complejas con el medio.

Los factores que condicionan entonces la composición del agua subterránea natural son

múltiples. Entre ellos cabe citar: naturaleza y disposición espacial de los materiales con los que el

agua entra en contacto, superficie y duración del contacto, temperatura. presión. existencia de

gases. grado de saturación del agua en relación con las distintas substancias incorporables. etc

etc

Aunque la composición media del agua subterránea suele considerarse invariable en u n

acuifero o porción del mismo. n o debe olvidarse que las interacciones agua-medio, que determinan

dicha composición. son procesos dinámicos que se desarrollan, a ritmo diverso. tanto en el espacio

c o m o en el tiempo. En consecuencia. la composición del agua subterránea natural debe

contemplarse c o n la perspectiva de su posible variación espacio-temporal. Una composición

1 7 quimica concreta por lo tanto no queda completamente definida si no se refiere a u n lugar y

momento determinados

Como consecuencia de su composicion y d e acciones naturalesexternas el agua presenta una

serie de caracteristicasfisicoquimicas que j u n t o c o n sus constituyentes seanalizan en los parrafos

que siguen

1.2. SUBSTANCIAS DISUELTAS EN EL AGUA SUBTERRANEA NATURAL

PRINCIPALES CONSTITUYENTES QUIMICOS.

A pesar de la gran variabilidad de los elementos presentes en el agua subterránea y d e l a desus

concentraciones. éstos han sido clasificados. completando la clasificación de Freeze and Cherry

( 1 979). por su frecuencia de aparición y valor de concentración decrecientes. en:

- Constituyentes mayoritarios o fundamentales

Aniones: (HCO; +Coa). Cl-, SO,=. NO;.

Cationes: Ca". M g " . Na'. K'. NH,'

Otros: Coi. O,. Si04H, o Si02

- Constituyentes minoritarios o secundarios

Aniones:

Cationes. M n " . Fe". Li'. Sr". Zn".

Constituyentes t r a z a

F-, S=. SH-. Br; 1.. N O , PO,'. E 0 3

Al"'. Ti',. Co". Cu". Pb++. Ni". Cr", etc

Debe tenerse en cuenta. sin embargo. que en condiciones particulares u n constituyente

minoritario puede alcanzar rangos de concentración que permitan incluirlo dentro de los

mayoritarios

En un agua natural dulce estos constituyentes aparecen por lo general en forma iónica (sales

casi totalmente disociadas) Con menor frecuencia se presentan en forma molecular. parcialmente

disociadas o c o m o iones complejos de sustancias orgánicas o iiiorganicas

A continuación se hac.e una breve exposición de la características principales de los

constituyentes más significativos.

1.2.1. Constituyentes mayoritarios

*

Anhidrido carbónico (CO, ) , Bicarbonatos (HCO;) y Carbonatos (CO,=)

E l anidrido carbónico disuelto en agua y los diversos compuestos que forma en ella juegan u n

papel importantisimo en la química del agua. E l anhídrido carbónico se disuelve en el agua en

función de su presión parcial [PC021 Una parte permanece en disolución en forma degas mientras

otra reacciona con el agua para dar ácido carbónico (H,CO,) que se disocia parcialmente para dar

iones carbonato y bicarbonato.

E! CO, disuelto en agua procede fundamentalmente de l a zona edáfica (respiración de

organismos y descomposición de la materia orgánica) en la que alcanza presiones parciales del

orden de 1 O-' a 10-3 bar. (0,0003 bar en la atmósfera exterior)

La disolución de calizas y dolomias. potenciada por el aporte de CO,y/o ácidos orgánicos o

inorgánicos. es otra de las fuentes principales de carbonatos y bicarbonatos. Aunque con

velocidades de incorporación al agua mucho menores, la hidrolisis de silicatos es otro de los

mecanismos que da lugar a la formación de estos iones.

18 En aguas c o n pH inferior a 8.3 -la rnayoria de las aguas subterráneas naturales- la especie

carbonatada dominante es el ión bicarbonato, En estas aguas la concentración de HC03- suele

variar entre 50 y 400 m g / l aunque puede alcanzar valores de hasta 800 m g / l . Concentraciones de

hasta 1 O00 m g / l . de H C O j pueden encontrarse en aguas pobres en Ca" y M g " o en las que se

producen fenómenos de liberación de C 0 2 (P.e. reducción de sulfatos) en el acuifero

En el cuadro siguiente se esquematizan las formas en que puede encontrarse el COZ que se

disuelve en agua.

FORMAS DE C 0 2 DISUELTO EN AGUA

1 CO, (libre) ...........

COI agresivo (CO,)

quilibrante (H2C03)

C0,TOTAL f

COZ semicombinado (HCO;)

í COZ combinado (CO,=)

C 0 2 (combinado) .. . . .

* Cloruros (U)

Si se exceptúan las evaporitas y rocas de origen marino. las rocas por lo c o m ú n presentan

escasa proporción de cloruros Sin embargo, dada la elevada solubilidad de sus sales. estos pasan

rápidamente a la fase acuosa pudiendo alcanzar concentraciones muy altas.

El agua de lluviapiiedeser una fuente importantede ion Cl-, especialmenteen zonas próximas a

la costa. La concentración de C l - e n el agua de lluvia disminuye rápidamente tierra adentro.

El ión Cl-no forma sales de baja solubilidad, no se oxida ni se reduce en aguas naturales. no es

adsorbido significativamente ni entra a formar parte de procesos bioquímicos. lo que le da un

carácter de trazador casi ideal.

La concentración de Cl-en aguas subterráneas es muyvariable, desde menos de 1 O m g í l a más

de 2 . 0 0 0 ó 3.000 m g / l . En salmueras naturales, próximas a la saturación de NaCI. puede llegar a

casi 2 0 0 . 0 0 0 mg/l (Hem. 1 9 7 1 ) . E l agua de mar contiene alrededor de 20.000 m g í l de CI: El

rango de concentración usual en las aguas naturales subterráneas españolas se mantiene por

debajo de los 1 0 0 mg/l. encontrándose los valores m á s frecuentes entre 20 y 60 mg/l.

" Sulfatos (SO:)

E l ión sulfato procede del lavado de terrenos formados en ambiente marino. de la oxidación de

sulfuros que se encuentran ampliamente distribuidos en rocas igneas y sedimentarias. de la

descomposición d e substancias orgánicas. etc. Sin embargo. la disolución deyeso(CaS0, 2 H 2 0 ) y

anhidrita (CaSO,) y otros tipos de sulfatos dispersos en el terreno, representa frecuentemente el

aporte cuantitativamente m á s significativo de este ión a las aguas subterráneas.

El comportamiento del ión SO: puede desviarse significativamente del teórico predecible en

base a los principios de su disolución. por su tendencia a formar iones complejos c o n Na' y CaX y

a incorporarse a procesos biológicos,

El ión sulfato está sometido a procesos de reducción especialmente en presencia de bacterias y

de materia orgánica. En ambientes reductores. a pH menor que 7, la forma reducida

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