Si se excava o perfora la tierra para
conectar con un acuífero, a través de pozos y/o
galerías filtrantes se puede explotar esta masa de
agua para
consumo
humano, agrícola o industrial. La capa
freática es el acuífero subterráneo que
se encuentra a poca profundidad relativa y que tradicionalmente
abastece los pozos de agua potable.
Es, obviamente la capa más expuesta a la
contaminación procedente de la superficie.
En lugares alejados de ríos, lagos o mares, estos
acuíferos son a menudo la única fuente de agua
disponible, especialmente en extensas áreas como los
desiertos de Atacama, Kalahari y Sahara. A veces esta agua sale a
la superficie por sí sola a través de
encharcamientos, manantiales (oasis, en los desiertos),
surgencias manantiales, rezumes, aguas termales, o
géiseres. La zona del subsuelo en la que los huecos
están llenos de agua se llama zona saturada. El
nivel superior de la zona freática a presión
atmosférica, se conoce como nivel freático.
El nivel freático puede encontrarse a muy diferentes
profundidades, dependiendo de las circunstancias
geológicas y climáticas, desde sólo unos
centímetros hasta decenas de metros por debajo de la
superficie. En la mayoría de los casos la profundidad
varía con las circunstancias meteorológicas de las
que depende la recarga de los acuíferos. El nivel
freático no es horizontal, a diferencia del nivel superior
de los mares o lagos, sino que es irregular, con pendiente
monótonamente decreciente desde el nivel fijo superior al
nivel fijo inferior. Por encima de la zona saturada, desde el
nivel freático hasta la superficie, se encuentra la zona
no saturada o zona vadosa, en la que la circulación es
principalmente vertical, representada por la percolación,
que es la circulación movida por la gravedad, del agua de
infiltración.
Cuando el nivel freático no se encuentra a la
presión atmosférica, sino que la supera, se dice
que el acuífero no es libre, sino cautivo o confinado; en
este caso, cuando realizamos un pozo o sondeo, el agua tiende
a ascender traspasando el techo (semiimpermeable o impermeable)
del acuífero. En estas únicas condiciones, el nivel
freático pasa a denominarse entonces nivel
piezométrico; el cual podría llegar hasta la
superficie del terreno o incluso superarla, provocando
excepcionalmente lo que se conoce como surgencia o pozo
artesianos. Pero por lo general, la mayoría de los pozos
de acuíferos cautivos no son artesianos, sino que el agua
asciende por el pozo, sin llegar a la superficie; pero que es
ésta la explicación física a este
fenómeno. Muy raras veces, los niveles
piezométricos pueden incluso descender dentro del pozo,
fenómeno que se explica, por la existencia de dos
acuíferos: un acuífero superior (confinado o no)
pero a mayor presión, que recarga el existente inferior,
proceso
singular que habríamos provocado nosotros mismos, a
través de la conexión hidráulica por el
pozo.
De este modo, la principal diferencia entre un nivel
freático y otro piezométrico, es que, mientras el
primero es "real" y prácticamente invariable (en función,
principalmente, de la pequeña variación
barométrica del lugar), el piezométrico es
"virtual" y es función de la profundidad que alcancemos
con la perforación o excavación de un pozo o
sondeo; ascendiendo, en un sector de descarga (flujos subterráneos ascendentes); o descendiendo,
en un sector de recarga (flujos subterráneos
descendentes). También el nivel piezométrico puede
ser independiente de la profundidad, en ciertas áreas
denominadas "de tránsito" (flujos subterráneos
horizontales).
Estructura
Un acuífero es un terreno rocoso permeable
dispuesto bajo la superficie, en donde se acumula y por donde
circula el agua subterránea. En un acuífero "libre"
se distinguen:
Una zona de saturación, que es la situada encima
de la capa impermeable, donde el agua rellena completamente los
poros de las rocas. El limite
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.
Una zona de aireación o vadosa, es el espacio
comprendido entre el nivel freático y la superficie, donde
no todos los poros están llenos de agua.
Cuando la roca permeable donde se acumula el agua se
localiza entre dos capas impermeables, que puede tener forma de U
o no, vimos que era un acuífero cautivo o confinado. En
este caso, el agua se encuentra sometida a una presión
mayor que la atmosférica, y si se perfora la capa
superior, fluye como un surtidor, tipo pozo artesiano.
Por lo que, perforando el terreno hasta la zona de
saturación es como se obtiene un pozo ordinario, mientras
que, como vimos, la formación de un manantial surgente o
pozo artesiano se produce en un acuífero cautivo, cuando
el nivel piezométrico "virtual" aflora en la superficie y
las aguas surgen al exterior.
Tipos de acuíferos
Tipos de acuíferos
Desde el punto de vista de su conformación se
pueden distinguir los acuíferos libres, y los
acuíferos confinados.
En la figura al lado 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).
Recarga
El agua del suelo se renueva
en general por procesos
activos de
recarga desde la superficie. La renovación se
produce lentamente cuando la comparamos con la de los
depósitos superficiales, como los lagos, y los cursos de
agua. El tiempo de
residencia (el periodo necesario para renovar por completo un
depósito a su tasa de renovación normal) es muy
largo. En algunos casos la renovación está
interrumpida, por la impermeabilidad de las formaciones
geológicas superiores (acuitardos), o por circunstancias
climáticas sobrevenidas de aridez.
En ciertos casos se habla de acuíferos
fósiles, estos son bolsones de agua subterránea,
formados en épocas geológicas pasadas, y que, a
causa de variaciones climáticas ya no tienen actualmente
recarga.
El agua de las precipitaciones (lluvia, nieve,…) puede
tener distintos destinos una vez alcanza el suelo. Se reparte en
tres fracciones. Se llama escorrentía a la parte que se
desliza por la superficie del terreno, primero como arroyada
difusa y luego como agua encauzada, formando arroyos y
ríos. Otra parte del agua se evapora desde las capas
superficiales del suelo o pasa a la atmósfera con la
transpiración de los organismos, especialmente las
plantas; nos
referimos a esta parte como evapotranspiración. Por
último, otra parte se infiltra en el terreno y pasa a ser
agua subterránea.
La proporción de infiltración respecto al
total de las precipitaciones depende de varios factores. La
litología (la naturaleza del
material geológico que aflora e la superficie) influye a
través de su permeabilidad, la cual depende de la
porosidad, del diaclasamiento (agrietamiento) y de la
mineralogía del sustrato. Por ejemplo, los minerales
arcillosos se hidratan fácilmente, hinchándose
siempre en algún grado, lo que da lugar a una
reducción de la porosidad que termina por hacer al
sustrato impermeable.
Otro factor desfavorable para la infiltración es
una pendiente marcada. La presencia de vegetación densa influye de forma compleja,
porque reduce el agua que llega al suelo (interceptación),
pero extiende en el tiempo el efecto de las precipitaciones,
desprendiendo poco a poco el agua que moja el follaje, reduciendo
así la fracción de escorrentía y aumentando
la de infiltración. Otro efecto favorable de la
vegetación tiene que ver con las raíces,
especialmente las raíces densas y superficiales de muchas
plantas herbáceas, y con la formación de suelo,
generalmente más permeable que la mayoría de las
rocas frescas.
La velocidad a la
que el agua se mueve depende del volumen de los
intersticios (porosidad) y del grado de intercomunicación
entre ellos. Los dos principales parámetros de que depende
la permeabilidad. Los acuíferos suelen ser materiales
sedimentarios de grano relativamente grueso (gravas, arenas,
limos,…). Si los poros son suficientemente amplios, una
parte del agua circula libremente a través de ellos
impulsada por la gravedad, pero otra queda fijada por las fuerzas
de la capilaridad y otras motivadas por interacciones entre ella
y las moléculas minerales.
En algunas situaciones especiales se ha logrado la
recarga artificial de los acuíferos, pero este no
es un procedimiento
generalizado, y no siempre es posible. Antes de poder
plantearse la conveniencia de proponer la recarga artificial de
un acuífero es necesario tener un conocimiento
muy profundo y detallado de la hidrogeología de la
región donde se encuentra el acuífero en
cuestión por un lado y por otro disponer del volumen de
agua necesario para tal operación.
Descarga
El agua subterránea mana (brota) de forma natural
en distintas clases de surgencias en las laderas (manantiales) y
a veces en fondos del relieve,
siempre allí donde el nivel freático intercepta la
superficie. Cuando no hay surgencias naturales, al agua
subterránea se puede acceder a través de pozos,
perforaciones que llegan hasta el acuífero y se llenan
parcialmente con el agua subterránea, siempre por debajo
del nivel freático, en el que provoca además una
depresión local. El agua se puede extraer
por medio de bombas.
Otras veces, se puede hablar de una descarga debida a un
flujo hipodérmico o "interflujo", que es aquel que circula
de modo somero y rápido por ciertas formaciones permeables
de escasa profundidad, por lo general, ligada a álveos
fluviales (acuíferos subálveos); que proceden de
una rápida infiltración, alta velocidad de
transmisión, y escaso recorrido, que hacen que pronto
vuelvan al exterior, representando ser formaciones de escaso o
nulo almacenamiento.
Sobreexplotación
Los pozos se pueden secar si el nivel freático
cae por debajo de su profundidad inicial, lo que ocurre
ocasionalmente en años de sequía, y por las mismas
razones pueden dejar de manejar las fuentes. El
régimen de recarga puede alterarse por otras causas, como
la repoblación forestal, que favorece la
infiltración frente a la escorrentía, pero
aún más favorece la evapotranspiración, o
por la extensión de pavimentos impermeables, como ocurre
en zonas urbanas e industriales.
La principal razón para el descenso del nivel
freático es sin embargo la sobreexplotación. En
algunas partes del mundo la extensión de la
irrigación y de otras actividades que consumen agua se ha
hecho a costa de acuíferos cuya recarga es lenta o casi
nula. El resultado ha sido diverso pero siempre negativo. En
algunos casos la sobreexplotación ha favorecido la
intrusión de agua salina por la proximidad de la costa,
provocando la salinización del agua e indirectamente la de
los suelos
agrícolas.
Contaminación del agua
subterránea
El agua subterránea tiende a ser dulce (es decir,
de muy baja salinidad) y potable (puede ser bebida sin riesgo). Sin
embargo en ocasiones las capas freáticas son demasiado
ricas en sales disueltas como para ser consumida, y eso mismo
puede resultar inconveniente también para otros usos
determinados. La circulación subterránea tienden a
depurar el agua de partículas y microorganismos, pero en
ocasiones estos llegan al acuífero por contaminación debida a los usos humanos,
como fosas sépticas o residuos agrícolas. El agua
subterránea puede contaminarse por otras causas
antropogénicas (debidas a los seres humanos), como la
infiltración de nitratos y otros abonos químicos
muy solubles usados en la agricultura,
que suele ser una causa grave de contaminación de los
suministros en llanuras de elevada productividad
agrícola y densa población.
Algunos contaminantes se originan de la erosión
natural de las formaciones rocosas. Otros contaminantes provienen
de descargas de fábricas, productos
agrícolas, o químicos utilizados por las personas
en sus hogares y patios. Los contaminantes también pueden
provenir de tanques de almacenamiento de agua, pozos
sépticos, lugares con desperdicios peligrosos y
vertederos. Actualmente, los contaminantes del agua
subterránea que más preocupan son los compuestos
orgánicos industriales, como disolventes, pesticidas,
pinturas, barnices, o los combustibles, como la
gasolina.
Otro capítulo lo forman los abonos
químicos minerales, especialmente los nitratos, que son el
contaminante inorgánico más conocido y
quizás uno de los que genera mayor preocupación. El
nitrato se origina de diferentes fuentes: aplicación de
fertilizantes, pozos sépticos que no estén
funcionando bien, lagunas de retención de desperdicios
sólidos no impermeabilizadas por debajo y la
infiltración de aguas residuales o tratadas. El
envenenamiento con nitrato es peligroso en los niños.
Altos niveles de nitrato en el cuerpo pueden limitar la capacidad
de la sangre para
transportar oxígeno, causando asfixia en bebés.
En el tubo digestivo el nitrato se reduce produciendo nitritos,
que son cancerígenos.
En el bajo valle del Ganges se da un caso
particularmente serio de contaminación por
arsénico, que está causando la intoxicación
crónica, para combatir la cual no se encuentran medios, de
decenas de millones de personas. La causa es la
combinación de un factor antropogénico, la
contaminación orgánica ligada a la
intensificación del regadío, y una natural, una
cepa bacteriana del suelo que, bajo las nuevas condiciones,
libera el arsénico soluble y tóxico que antes
permanecía retenido en la roca. Éste es sin duda el
problema más agudo de contaminación detectado hasta
la fecha.
El agua subterránea en áreas costeras
puede contaminarse por intrusiones de agua de mar cuando la tasa
de extracción es muy alta, causando que el agua del mar
penetre en los acuíferos de agua dulce. Este problema se
puede aplazar diseñando apropiadamente la ubicación
de los pozos y excavando otros pozos que ayuden a mantener el
agua salada lejos del acuífero de agua dulce, pero es
inevitable a la larga mientras la extracción supere a la
recarga por agua dulce.
La contaminación del agua subterránea
es especialmente grave por su persistencia. Es una consecuencia
de su pequeña tasa de renovación y largo tiempo de
residencia. Además el agua no tiene la accesibilidad
necesaria para usar procesos artificiales de depuración
como los que se puede aplicar en caso de necesidad a los
depósitos superficiales.
Pozo artesiano
Pozo
artesiano
Un pozo artesiano es aquel tipo de pozo que
comunica con un acuífero cautivo de agua (o petróleo),
de forma que como el nivel freático del líquido
está por encima de la superficie del pozo, este mana
elevándose por encima del terreno hasta alcanzar un nivel
casi equivalente al del punto de alimentación de la
capa cautiva, quedando minorado debido a la pérdida de
carga.
La Ley de Pascal predice la
presión hidrostática:
Donde ? es la densidad del
fluido, g la aceleración de la gravedad, y
z es la altura.
Estos pozos se practicaron profusamente durante la
Edad Media en
la región francesa de Arras (Artois) de donde toman su
nombre aunque, en realidad, venían practicándose
desde mucho antes en Siria y el Antiguo Egipto. En el
desierto del Sahara alimentan algunos oasis.
Enviado por:
Jorge Armando Álamo Torres
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