EJEMPLOS DE APLICACIÓN DE ISÓTOPOS ESTABLES

Interconexión entre lagos y aguas subterráneas

El oxígeno-18 fue utilizado para determinar si el lago Bracciano (Italia Central) recargaba al acuífero freático situado entre 15 - 20 m por debajo de la superficie del lago. Los análisis de un gran número de muestras demostró que la composición isotópica del agua subterránea era uniforme, con un valor medio de δ¹⁸O = - 6.0 ‰, lo cual permitía establecer que no era significativo el aporte del lago, cuya composición isotópica era de δ¹⁸O = + 0. 6 ‰.

En la región de Antalya (Turquía), existen varios manantiales kársticos, los cuales se pensaba que eran alimentados por un lago interior situado en una meseta al norte de las Montañas Taurus, pues se conocía que en el lago existían pérdidas a través de sumideros y fracturas. La fracción de agua perdida en este lago fue evaluada tomando como base los estudios isotópicos realizados en la región. Los análisis de ¹⁸O y D en las aguas pusieron de manifiesto no sólo que la contribución del lago era despreciable, sino que el área de recarga de los manantiales se encontraba al sur de las Montañas Taurus (Dincer y Payne, 1971).

Finalmente, mediante el empleo de los isótopos D, ¹⁸O y ³H fue posible establecer la conexión entre una serie de lagos y manantiales en Atenas.

Interconexión entre ríos y aguas subterráneas

En la región de Gorizia (Italia), los dos ríos principales Isonzo y Vipacco, que descienden desde los Alpes, poseen aguas con δ ¹⁸O = - 10.5 ‰. Los pozos en el acuífero libre en la misma región registran valores de δ ¹⁸O = - 7.0 a -10.4 ‰, obteniéndose los valores más negativos en las proximidades del río y los más positivos a mayores distancias. Mediante el uso de estas técnicas fue posible determinar la fracción de la recarga en relación con el aporte de las precipitaciones locales.

Intercambio entre acuíferos

Un ejemplo de aplicación de las técnicas de isótopos ambientales en la solución de este tipo de problema es el caso de un gran acuífero conocido como “Continental Intercalaire” desarrollado en el Cretácico inferior, ubicado en el Sahara Oriental (Africa). Este acuífero contiene aguas con una composición de isotópica estable y ausencia de ¹⁴C. En la región contigua al acuífero no confinado de Grand Erg Occidental la composición de las aguas del Continental Intercalaire cambia y el contenido de ¹⁴C se incrementa. Esto demuestra claramente una importante contribución del acuífero Grand Erg Occidental, cuyas aguas son relativamente recientes y la superficie piezométrica es más alta que la del otro acuífero.

Tiempo de residencia y origen de las aguas en los acuíferos

En la isla volcánica de Cheju (República de Corea) se realizaron análisis de isótopos estables y ³H, con el objetivo de caracterizar las aguas subterráneas para determinar la naturaleza de las mismas, su grado de mezcla, el área de recarga; así como el tiempo de residencia de dichas aguas en el acuífero. A partir de un muestreo preliminar de 14 manantiales, 8 pozos y dos arroyos de diferentes partes de la isla, se seleccionaron 9 puntos para el muestreo sistemático. Se encontró que todas las aguas contenían apreciable cantidad de ³H termonuclear (originado después de 1954 en que comenzaron los ensayos nucleares), lo cual es indicativo de la rápida circulación de los diferentes tipos de aguas subterráneas. A partir de los valores de tritio y el contenido de los isótopos estables las aguas fueron clasificadas sobre la base de los tipos de flujo.

Los manantiales situados a mediana y elevada altitud presentaban una relativamente alta concentración de ³H y una amplia distribución en su composición de isótopos estables. A partir de este resultado se infirió que estas aguas poseían un corto tiempo de tránsito con pobre mezcla, lo cual es coherente con la hidrogeología del área.

Por otro lado, los grandes manantiales costeros poseían mucho menor contenido de ³H y una similar distribución de composición isotópica. A pesar de que el intervalo de tiempo cubierto por los análisis de ³H fue relativamente corto, los resultados obtenidos asumiendo un modelo de buena mezcla en el acuífero, sugieren una fuente similar que la de los manantiales anteriores, pero con un tiempo de residencia mayor y que la recarga es sólo efectiva para precipitaciones mensuales superiores a 100 mm. El tiempo de residencia calculado fue de 2-8? años, encontrándose asociados los mayores tiempos de residencia a las aguas que descargan desde un extenso lente de agua dulce bien mezclada. Por último, los manantiales pequeños y los pozos cercanos a la costa este de la isla, tenían similar concentración de ³H, pero mayor contenido de isótopos pesados, lo cual parece reflejar en parte las características de los terrenos bajos de la parte este de la isla.

Cálculo de la velocidad del flujo mediante ¹⁴C

Un estudio desarrollado en un acuífero confinado de gran dimensión en Texas, constituye un buen ejemplo de aplicación del carbono-14 en la Hidrología. Allí se estimaron, previa corrección con ¹³C, aguas con edades desde 0 años en la zona de recarga, hasta 3000 años en la zona de descarga. La velocidad del flujo estimada fue de 1.5 a 2 m/año, lo cual es concordante con el resultado obtenido a partir de la información hidrológica. Otro estudio parecido se desarrolló en el acuífero calizo de Ocala, en la Florida, donde también se estimaron velocidades de flujo de aguas subterráneas de un orden similar a las calculadas por métodos hidrológicos clásicos.

Isótopos artificiales en la Hidrología

Los isótopos artificiales pueden ser medidos en concentraciones extremadamente bajas en los laboratorios especializados y en ocasiones “in situ”, lo cual permite diseñar experimentos de campo convenientes y eficientes, ya sea tomando la muestra en el terreno y haciendo los análisis en el laboratorio o midiendo el contenido isotópico en el propio campo. Sin embargo, el uso de los radioisótopos puede producir un peligro a la salud, por lo cual, debido a las medidas de cuidado a tomar se incrementa el costo de los equipos. Además, cuando se cumple con las medidas de protección establecidas, por lo general se produce una resistencia por parte de los residentes del lugar al uso de estas técnicas. Los radioisótopos artificiales suelen utilizarse como trazadores, pero los hidrólogos prefieren emplearlos cuando no es posible el uso de otros trazadores, por ejemplo colorantes o cloruros.

Trazadores radiactivos

La selección del isótopo radiactivo depende del carácter del problema. En general se deben tomar en consideración los siguientes aspectos: el isótopo debe tener una vida comparable con la presunta duración de las observaciones. Una vida innecesariamente mayor puede producir un peligro a la salud persistente e interferir en la repetición de los experimentos; los isótopos no deben ser adsorbidos por los componentes orgánicos y minerales del acuífero. Siempre que se pueda se deben hacer las mediciones en el campo, por lo cual la emisión de partículas g es la más comúnmente utilizadas. Los isótopos deben ser disponibles cuando y donde se requieran a un costo razonable. Los isótopos más utilizados se relacionan en la tabla 12.1:

Tabla 12.1. Isótopos radiactivos más utilizados en Hidrogeología.

Técnica de aplicación

La técnica más usual consiste en la introducción del trazador en el pozo por vertimiento, a través de un tubo fino, del contenido de un ámpula que se rompe a la profundidad deseada, o usando un instrumento de inyección. La inyección se puede hacer a una o varias profundidades a fin de facilitas la mezcla de la solución trazadora con el agua del pozo. Después de producida la liberación y la mezcla, se mide la radioactividad con una sonda, por lo general un contador de centelleo o un contador Geiger, insertado a la profundidad seleccionada.

Date: 2015-01-29; view: 2983