Acuífero

Un acuitardo es una zona dentro de la Tierra que restringe el flujo de agua subterránea de un acuífero a otro. Un acuitardo puede a veces, si es completamente impermeable, llamarse acuicludo o acuífugo. Los acuitardo se componen de capas de arcilla o de roca no porosa con baja conductividad hidráulica.

Saturado versus no saturadoEditar

Ver también: Contenido de agua y Humedad del suelo

El agua subterránea puede encontrarse en casi todos los puntos del subsuelo superficial de la Tierra en algún grado, aunque los acuíferos no contienen necesariamente agua dulce. La corteza terrestre puede dividirse en dos regiones: la zona saturada o zona freática (por ejemplo, acuíferos, acuitardos, etc.), donde todos los espacios disponibles están llenos de agua, y la zona no saturada (también llamada zona vadosa), donde todavía hay bolsas de aire que contienen algo de agua, pero que pueden llenarse con más agua.

Saturada significa que la cabeza de presión del agua es mayor que la presión atmosférica (tiene una presión manométrica > 0). La definición del nivel freático es la superficie donde la cabeza de presión es igual a la presión atmosférica (donde la presión manométrica = 0).

Las condiciones no saturadas se dan por encima del nivel freático donde la cabeza de presión es negativa (la presión absoluta nunca puede ser negativa, pero la presión manométrica sí) y el agua que llena incompletamente los poros del material del acuífero está bajo succión. El agua contenida en la zona no saturada se mantiene en su lugar por fuerzas adhesivas superficiales y se eleva por encima del nivel freático (la isobara de presión manométrica cero) por acción capilar para saturar una pequeña zona por encima de la superficie freática (la franja capilar) a menos de la presión atmosférica. Esto se denomina saturación por tensión y no es lo mismo que la saturación por contenido de agua. El contenido de agua en una franja capilar disminuye al aumentar la distancia desde la superficie freática. La cabeza capilar depende del tamaño de los poros del suelo. En los suelos arenosos con poros más grandes, la cabeza será menor que en los suelos arcillosos con poros muy pequeños. El ascenso capilar normal en un suelo arcilloso es inferior a 1,8 m, pero puede oscilar entre 0,3 y 10 m.

El ascenso capilar del agua en un tubo de pequeño diámetro implica el mismo proceso físico. El nivel freático es el nivel al que subirá el agua en un tubo de gran diámetro (por ejemplo, un pozo) que desciende al acuífero y está abierto a la atmósfera.

Acuíferos frente a acuitardoEditar

Los acuíferos son regiones típicamente saturadas del subsuelo que producen una cantidad de agua económicamente viable para un pozo o manantial (por ejemplo, la arena y la grava o la roca madre fracturada suelen ser buenos materiales acuíferos).

Un acuitardo es una zona dentro de la Tierra que restringe el flujo de agua subterránea de un acuífero a otro. Un acuitardo completamente impermeable se denomina acuicludo o acuífugo. Los acuíferos están formados por capas de arcilla o de roca no porosa con una baja conductividad hidráulica.

En las zonas montañosas (o cerca de los ríos en las zonas montañosas), los principales acuíferos suelen ser aluviones no consolidados, compuestos por capas de materiales depositados por los procesos del agua (ríos y arroyos), en su mayoría horizontales, que en la sección transversal (observando un corte bidimensional del acuífero) parecen ser capas de materiales gruesos y finos alternados. Los materiales gruesos, debido a la alta energía necesaria para moverlos, tienden a encontrarse más cerca de la fuente (frentes montañosos o ríos), mientras que el material de grano fino llegará más lejos de la fuente (a las partes más planas de la cuenca o a las áreas de sobre-borde – a veces llamadas área de presión). Dado que hay menos depósitos de grano fino cerca de la fuente, este es un lugar donde los acuíferos son a menudo no confinados (a veces llamado el área de la cuenca), o en la comunicación hidráulica con la superficie de la tierra.

Ver también: Conductividad hidráulica y Estanqueidad

Confinados versus no confinadosEditar

Hay dos miembros extremos en el espectro de tipos de acuíferos; confinados y no confinados (estando los semiconfinados en medio). Los acuíferos no confinados a veces también se denominan acuíferos freáticos o freáticos, porque su límite superior es el nivel freático o la superficie freática. (Véase Acuífero de Vizcaya.) Normalmente (pero no siempre) el acuífero más superficial en un lugar determinado es no confinado, lo que significa que no tiene una capa de confinamiento (un acuitardo o acuicludo) entre él y la superficie. El término «perched» se refiere a las aguas subterráneas que se acumulan por encima de una unidad o estrato de baja permeabilidad, como una capa de arcilla. Este término se utiliza generalmente para referirse a una pequeña zona local de agua subterránea que se encuentra a una altura superior a la de un acuífero regionalmente extenso. La diferencia entre los acuíferos perchados y los no confinados es su tamaño (el perchado es más pequeño). Los acuíferos confinados son acuíferos que están recubiertos por una capa de confinamiento, a menudo formada por arcilla. La capa de confinamiento puede ofrecer cierta protección frente a la contaminación superficial.

Si la distinción entre confinado y no confinado no es clara desde el punto de vista geológico (es decir, si no se sabe si existe una capa de confinamiento clara, o si la geología es más compleja, por ejemplo, un acuífero de lecho de roca fracturado), el valor de la estoratividad devuelto por una prueba de acuífero puede utilizarse para determinarlo (aunque las pruebas de acuífero en acuíferos no confinados deben interpretarse de forma diferente a las confinadas). Los acuíferos confinados tienen valores de estoratividad muy bajos (mucho menos de 0,01, y tan poco como 10-5), lo que significa que el acuífero está almacenando agua utilizando los mecanismos de expansión de la matriz del acuífero y la compresibilidad del agua, que suelen ser ambos bastante pequeños. Los acuíferos no confinados tienen estoratividades (típicamente denominadas entonces rendimiento específico) superiores a 0,01 (1% del volumen volumétrico); liberan agua del almacenamiento mediante el mecanismo de drenaje real de los poros del acuífero, liberando cantidades relativamente grandes de agua (hasta la porosidad drenable del material del acuífero, o el contenido volumétrico mínimo de agua).

Ver también: Porosidad y Estanqueidad

Isotrópico versus anisotrópicoEditar

En acuíferos isotrópicos o capas acuíferas la conductividad hidráulica (K) es igual para el flujo en todas las direcciones, mientras que en condiciones anisotrópicas difiere, sobre todo en sentido horizontal (Kh) y vertical (Kv).

Los acuíferos semiconfinados con uno o más acuitardos funcionan como un sistema anisotrópico, incluso cuando las capas separadas son isotrópicas, porque los valores compuestos de Kh y Kv son diferentes (véase transmisividad hidráulica y resistencia hidráulica).

Cuando se calcula el flujo hacia los drenajes o el flujo hacia los pozos en un acuífero, hay que tener en cuenta la anisotropía para que el diseño resultante del sistema de drenaje no sea defectuoso.

Porosidad, karst o fractura

Para gestionar adecuadamente un acuífero hay que conocer sus propiedades. Hay que conocer muchas propiedades para predecir cómo responderá un acuífero a las lluvias, la sequía, el bombeo y la contaminación. ¿Dónde y cuánta agua entra en el agua subterránea procedente de la lluvia y el deshielo? ¿A qué velocidad y en qué dirección se desplaza el agua subterránea? ¿Cuánta agua sale del suelo en forma de manantiales? ¿Cuánta agua se puede bombear de forma sostenible? ¿Con qué rapidez llegará un incidente de contaminación a un pozo o manantial? Los modelos informáticos pueden utilizarse para comprobar hasta qué punto la comprensión de las propiedades del acuífero coincide con el rendimiento real del mismo.:192-193, 233-237 La normativa medioambiental exige que los lugares con posibles fuentes de contaminación demuestren que se ha caracterizado la hidrología.:3

PorousEdit

El agua que se filtra lentamente desde la arenisca porosa de color canela en contacto con el esquisto gris impermeable crea un refrescante crecimiento de vegetación verde en el desierto.
El agua de los acuíferos porosos se filtra lentamente a través de los espacios porosos entre los granos de arena

Los acuíferos porosos suelen aparecer en la arena y la arenisca. Las propiedades de los acuíferos porosos dependen del entorno sedimentario de depósito y de la posterior cementación natural de los granos de arena. El entorno donde se depositó un cuerpo de arena controla la orientación de los granos de arena, las variaciones horizontales y verticales, y la distribución de las capas de esquisto. Incluso las capas de pizarra más finas son importantes barreras para el flujo de las aguas subterráneas. Todos estos factores afectan a la porosidad y a la permeabilidad de los acuíferos arenosos:413 Los depósitos arenosos formados en entornos marinos poco profundos y en entornos de dunas arrastradas por el viento tienen una permeabilidad de moderada a alta, mientras que los depósitos arenosos formados en entornos fluviales tienen una permeabilidad de baja a moderada:418 Las precipitaciones y el deshielo entran en el agua subterránea cuando el acuífero está cerca de la superficie. Las direcciones del flujo de las aguas subterráneas pueden determinarse a partir de mapas de la superficie potenciométrica de los niveles de agua en pozos y manantiales. Las pruebas de acuíferos y de pozos pueden utilizarse con las ecuaciones de flujo de la ley de Darcy para determinar la capacidad de un acuífero poroso para transportar el agua.:177-184 El análisis de este tipo de información sobre una zona da una indicación de la cantidad de agua que puede bombearse sin sobregiro y de cómo se desplazará la contaminación.:233 En los acuíferos porosos el agua subterránea fluye como una filtración lenta en los poros entre los granos de arena. Una tasa de flujo de agua subterránea de 1 pie por día (0,3 m/d) se considera una tasa alta para los acuíferos porosos, como ilustra el agua que se filtra lentamente desde la arenisca en la imagen adjunta de la izquierda.

La porosidad es importante, pero, por sí sola, no determina la capacidad de una roca para actuar como acuífero. Las zonas de las Trampas del Decán (una lava basáltica) en el centro-oeste de la India son buenos ejemplos de formaciones rocosas con alta porosidad pero baja permeabilidad, lo que las convierte en pobres acuíferos. Del mismo modo, el grupo de creta microporosa (Cretácico Superior) del sureste de Inglaterra, aunque tiene una porosidad razonablemente alta, tiene una baja permeabilidad grano a grano, y sus buenas características de rendimiento de agua se deben principalmente a la microfractura y la fisuración.

KarstEdit

Varias personas en una barca a pedales en un río dentro de una cueva.
El agua de los acuíferos kársticos fluye a través de conductos abiertos en los que el agua fluye como corrientes subterráneas

Los acuíferos kársticos suelen desarrollarse en la piedra caliza. Las aguas superficiales que contienen ácido carbónico natural descienden hacia las pequeñas fisuras de la piedra caliza. Este ácido carbónico disuelve gradualmente la piedra caliza, ampliando así las fisuras. Las fisuras agrandadas permiten la entrada de una mayor cantidad de agua, lo que conduce a un aumento progresivo de las aberturas. La abundancia de pequeñas aberturas almacena una gran cantidad de agua. Las aberturas más grandes crean un sistema de conductos que drenan el acuífero hacia los manantiales. La caracterización de los acuíferos kársticos requiere una exploración sobre el terreno para localizar sumideros, ciénagas, corrientes de agua que se hunden y manantiales, además de estudiar los mapas geológicos:4 Los métodos hidrogeológicos convencionales, como las pruebas de acuíferos y la cartografía potenciométrica, son insuficientes para caracterizar la complejidad de los acuíferos kársticos. Estos métodos convencionales de investigación deben complementarse con trazados de tintes, medición de las descargas de los manantiales y análisis de la química del agua. El rastreo de tintes del Servicio Geológico de los Estados Unidos ha determinado que los modelos convencionales de aguas subterráneas que suponen una distribución uniforme de la porosidad no son aplicables a los acuíferos kársticos. La alineación lineal de los rasgos superficiales, como los segmentos rectos de los arroyos y los sumideros, se desarrolla a lo largo de las trazas de las fracturas. La ubicación de un pozo en una traza de fractura o en una intersección de trazas de fractura aumenta la probabilidad de encontrar una buena producción de agua. Los vacíos en los acuíferos kársticos pueden ser lo suficientemente grandes como para causar un colapso destructivo o hundimiento de la superficie del suelo que puede crear una liberación catastrófica de contaminantes:3-4 La velocidad de flujo de las aguas subterráneas en los acuíferos kársticos es mucho más rápida que en los acuíferos porosos, como se muestra en la imagen adjunta a la izquierda. Por ejemplo, en el acuífero Barton Springs Edwards, los trazos de tintura midieron las tasas de flujo de agua subterránea cárstica de 0,5 a 7 millas por día (0,8 a 11,3 km/d). Las rápidas tasas de flujo del agua subterránea hacen que los acuíferos kársticos sean mucho más sensibles a la contaminación del agua subterránea que los acuíferos porosos:1

En el caso extremo, el agua subterránea puede existir en ríos subterráneos (Ej, cuevas que subyacen a la topografía kárstica.

Acuífero fracturado

Si una unidad de roca de baja porosidad está muy fracturada, también puede constituir un buen acuífero (a través del flujo de fisuras), siempre que la roca tenga una conductividad hidráulica suficiente para facilitar el movimiento del agua.

Acuífero transfronterizoEditar

Cuando un acuífero traspasa las fronteras internacionales, se aplica el término acuífero transfronterizo.

La transfronterización es un concepto, una medida y un enfoque introducido por primera vez en 2017. La relevancia de este enfoque es que las características físicas de los acuíferos pasan a ser solo variables adicionales entre el amplio espectro de consideraciones de la naturaleza transfronteriza de un acuífero:

  • social (población);
  • económica (productividad de las aguas subterráneas);
  • política (en tanto que transfronteriza);
  • investigación o datos disponibles;
  • calidad y cantidad del agua;
  • otras cuestiones que rigen la agenda (seguridad, comercio, inmigración, etc.).
    • La discusión cambia de la pregunta tradicional de «¿es el acuífero transfronterizo?» a «¿cómo de transfronterizo es el acuífero?»

      Los contextos socioeconómicos y políticos desbordan efectivamente las características físicas del acuífero añadiendo su correspondiente valor geoestratégico (su transfronteridad)

      Los criterios propuestos por este enfoque intentan encapsular y medir todas las variables potenciales que juegan un papel en la definición del carácter transfronterizo de un acuífero y sus límites multidimensionales.

      Mapa de los principales acuíferos de EE.UU. por tipo de roca