Transcript al agua
Factores de control de la calidad
natural de las aguas
Dra. Belén Buil Gutiérrez
Investigadora CIEMAT
1.- Contextualización de la calidad natural del agua: ciclo hidrológico
2.- Ámbitos de incorporación de constituyentes al agua
3.- Factores de control de la calidad natural de las aguas
4.- Constituyentes del agua natural
5.- Factores antrópicos de la calidad del agua
CONCEPTOS
Factores de control de la calidad natural de las aguas
¿Dónde se localiza y cómo se mueve
el agua en nuestro Planeta?
CICLO HIDROLÓGICO
El comportamiento geoquímico y las propiedades químicas e isótopicas de las
aguas naturales están relacionadas con su localización en la hidrosfera, es decir,
como precipitación, flujos de agua superficiales, agua del suelo, aguas
subterráneas océanos, etc.
El ciclo del agua, también conocido como ciclo hidrológico, describe el
movimiento continuo y cíclico del agua (líquida y vapor) entre los
distintos reservorios de la Tierra, incluyendo el océano, la atmósfera,
lagos y aguas superficiales, suelos y aguas subterráneas.
El agua tiene un tiempo de residencia en cada uno de estos reservorios.
CICLO HIDROLÓGICO
Almacen
superficial
ríos
Zona no
saturada
Evaporación zona
no saturada
EVPT
Zona
saturada
Escorrentía /flujo
subterráneo
Descarga
océanos
PUNTO FINAL
del ciclo
CICLO HIDROLÓGICO
Todas las aguas del mundo están concentadas a través del ciclo
hidrológico por lo que, la entrada de contaminantes en un determinado
punto del ciclo hidrogeológico puede transmitirse a otros cuerpos/tipos
de aguas integrantes.
La cantidad de agua "almacenada"
en los
por largos
períodos
Con este mismo razonamiento, añadir,
queocéanos
la composición
química
del
tiempo
> a la
que se encuentra
en
agua en un determinado puntodedel
ciclo
hidrogeológico
está
movimientoprocesos
el ciclo del
agua
influenciada, además de por numerosos
asociados
al
movimiento y circulación de las aguas, por la composición química de
las aguas que integran dicho ciclo.
¿Cómo adquiere el agua los
constituyentes que determinan su
calidad natural?
AMBITOS DE INCORPORACIÓN DE CONSTITUYENTES A LAS AGUAS
Dentro del ciclo hidrológico pueden distinguirse. a grandes rasgos tres
sistemas o ámbitos en que el agua adquiere y ve modificado su
quimismo:
Zonas no contaminadas lluvia:
•débil mineralización
•pH 5 a 6
•Carácter oxidante
•Facilidad alteración materiales
•f( sitúación geográfica, clima, suelo
actividad biológica, etc)
sales
gases
areosoles
polvo atmosférico
ATMÓSFERA
Condicionan quimismo
agua infiltración
AMBITOS DE INCORPORACIÓN DE CONSTITUYENTES A LAS AGUAS
ATMÓSFERA
Desde infiltración hasta alcanzar el nivel freático, quimismo agua sufre modificaciones
como consecuencia:
•Concentración por evapotranspiración----------agua infiltración > salinidad
•Contacto con materiales
•Capacidad suelo para generar gran cantidad de ácidos (H2C03, ácidos húmicos. etc.)
•Capacidad zona edáfica para consumir el oxígeno disuelto en el agua en la oxidación de la
materia orgánica.
•Intercambio de gases entre aire del suelo y aire exterior
AMBITOS DE INCORPORACIÓN DE CONSTITUYENTES A LAS AGUAS
ATMÓSFERA
Zona saturada:
El agua subterránea se incorpora al sistema de flujo propio de cada acuífero realizando
recorridos muy variables en función de las características de cada uno de ellos.
El conjunto de materiales por los que circula el agua y con los que interacciona constituye el
tercer sistema en que el agua adquiere o modifica su quimismo.
La composición de la roca, muy importante, no es determinante en mineralización agua
subterránea, tb pureza, textura, porosidad, grado de fisuración, estructura regional, así como
P, Tª, tiempo de permanencia y de contacto agua-roca, fenómenos modificadores. etc.,
pueden tener una influencia decisiva en la adquisición y evolución del quimismo.
La composición natural de un agua puede contemplarse desde diferentes
puntos de vista: químico, bacteriológico, isotópico, etc.
Conjunto de substancias (generalmente inorgánicas) incorporadas al agua
por procesos naturales
Las substancias orgánicas disueltas en agua aparecen en concentraciones mucho menores que
los constituyentes inorgánicos.
* La incorporación de los constituyentes al agua debido:
•elevado poder disolvente
•propiedades de combinación.
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 con
el agua marcando el primer esbozo del quimismo del agua de infiltración.
Una vez INFILTRADA (con unas características químicas definidas originadas en la
atmósfera o en la superficie del terreno por evapotranspiración) el agua puede sufrir
modificaciones drásticas en su composición como consecuencia de un CONJUNTO DE
INTERACCIONES QUIMICAS, FÍSICAS Y BIOLÓGICAS complejas con el medio.
¿Qué factores condicionan o
controlan la calidad natural de
las aguas?
FACTORES DE CONTROL DE LA CALIDAD NATURAL DE LAS AGUAS
Condiciones/factores naturales del medio
ambiente
Factores químicos
(termodinamicos y cinéticos)
Geología
Clima
Cantidad y tipo de vegetación presente
Características morfológicas (tamaño,
forma, anchura, etc) de los cuerpos de
agua
Hidrogeológicos (EVP, T, EVPT, INF,
localización del agua en la superficie
terrestre, etc)
Disolución (y alteración)
Precipitación/coprecipitación
Íntercambio iónico
Reemplazamiento fisicoquímica
Composición
característica
de un agua
Factores físicos
Factores biológicos
Textura
Estructura
Fracturación (macro/micro)
porosidad
permeabilidad
superficie específica
Adsorción/desorción
Difusión
Intercambio atmósfera
Producción primaria
Crecimiento (ciclo) microbiológico
Descomposición materia orgánica
Bioacumulación, etc
IMPORTANTE RESALTAR:
La composición del agua subterránea natural debe contemplarse con la
perspectiva de su posible variación espacio-temporal.
Una composición quimica concreta no queda completamente definida si no se
refiere a un lugar y momento determinados
FACTORES DE CONTROL DE LA CALIDAD NATURAL DE LAS AGUAS
CLIMA
El clima influye en la calidad natural del agua ya que la Tª, la precipitación
y el viento afectan a las características químicas, físicas y biológicas de las
mismas.
Tª
Cantidad de gases disueltos
(agua caliente menos oxígeno disuelto que agua fría,
dificultando la supervivencia de algunos organismos)
Reacciones químicas y biológicas
(mayor desarrollo en aguas cálidas que frías,
influyendo en la vida de los organismos)
FACTORES DE CONTROL DE LA CALIDAD NATURAL DE LAS AGUAS
CLIMA
Precipitación
cantidad y tamaño de los cuerpos de agua
(menores y escasos en climas secos y, por tanto,
más susceptibles a la contaminación: efecto dilución)
Viento
Mezcla de la superficie de las aguas
(favorece el enriquecimiento de éstas en gases
como O2 y CO2)
Tasa de evaporación en la superficie del
agua
FACTORES DE CONTROL DE LA CALIDAD NATURAL DE LAS AGUAS
CLIMA
La influencia del clima en la calidad del agua va más allá
de estos efectos directos:
Los tipos de climas asociados a distintas áreas geográficas, condicionan los tipos
vegetación y de suelos que en ellas se desarrollan y,por tanto, la composición de
las aguas que drenan estas áreas puede considerarse como un producto del
equilibrio ecológico.
Algunos de los componentes mayoritarios del agua están influenciados en mayor
grado por el clima que otros:
Ej. Bicarbonato domina en aguas de zonas donde ala vegetación crece profusamente
Ej. Algunos metales son acumulados por la vegetación, cuya descomposición, constituirá
una fuente de metales a las aguas circulantes (observable en ríos)..
FACTORES DE CONTROL DE LA CALIDAD NATURAL DE LAS AGUAS
Calidad del agua en función del clima
Clima
CLIMA HUMEDOS Y TEMPLADOS
O
HUMEDOS EN GENERAL
CLIMAS ÁRIDOS
CLIMAS CON ALTERNANCIA DE
ESTACIONES SECAS Y HÚMEDAS
CLIMAS FRÍOS
•Elevado desarrollo de vegetación
•Aguas de escorrentía con bajo contenido en sólidos disueltos
• Aguas de escorrentía con elevados contenidos en solidos
disueltos, por evaporación, a pesar de ser desfavorable la
meteorización de solutos
• Aguas de escorretía asociadas a inundaciones ocasionales
pueden presentar bajo contenido en sólidos disueltos, si los
productos resultantes de la meteorización no están disponibles
en grandes cantidades
•Reacciones de meteorización (que producen cantidades de
materia inorgánica soluble) favorecidas en unas estaciones
respecto a otras.
•Aguas de escorrentía fluctúan tanto en volumen de flujo como
en rangos de composición química
•Calidad química fluctúa en función la estación
•Bajas temperaturas inhiben la tasa de las reacciones de
meteorización (incluyendo procesos mediados por la biota)
•Agua en estado sólido
•Escorrentía bajo contenido en sólidos disueltos
FACTORES DE CONTROL DE LA CALIDAD NATURAL DE LAS AGUAS
Morfología/dimensiones de los cuerpos de agua
•Espesor de la columna de agua
Estratificación de las aguas: *Influye en la calidad de las aguas
* Principalmente asociado a elevados
espesores de columna de agua
(lagos profundos, reservorios, mares)
* Tipos: Física por cambios de densidad (por # Tª)
Química por cambios en su composición
NH4+, NO3-, PO43-, S2-
> O2
> profundidad, < Tª
LAGO ESTRATIFICADO
Contacto con la atmósfera (fuente de gases: O2)
Recibe luz solar
No contacto con la atmósfera (fuente de gases: O2)
No recibe luz solar
Contacto con sedimentos en descomposición:
demanda de oxígeno
FACTORES DE CONTROL DE LA CALIDAD NATURAL DE LAS AGUAS
Morfología/dimensiones de los cuerpos de agua
•Espesor de la columna de agua
Ejemplo
Lagos poco profundos: composición homogénea debido a la
Lagos profundos:
mezcla del agua por efecto del viento
y las olas
Resultado: calidad homogénea.
No procesos mezcla/homogenización:
en profundidad menos oxígeno y
más minerales que en superficie.
Resultado: estratificación calidad agua<
FACTORES DE CONTROL DE LA CALIDAD NATURAL DE LAS AGUAS
Morfología/dimensiones de los cuerpos de agua
•Tamaño de las cuencas hidrográficas:
< 100 Km2:
CALIDAD HETEROGÉNEA
la variación de un único factor puede provocar
variaciones de más de un orden de magnitud en
variables fisicoquímicas o químicas medidas
> 100 Km2:
CALIDAD HOMOGENÉA/CONSTANTE
las variaciones en las variables medidas
son de un orden de magnitud.
•Pendiente y velocidad corrientes: AUMENTO DE LA CALIDAD
favorecen la turbulencia y mezcla con
aire, añadiendo oxígeno al agua
DISMINUCIÓN CALIDAD
Mayor capacidad de erosión y, por tanto,
mayor sedimentos en suspensión (turbidez)
FACTORES DE CONTROL DE LA CALIDAD NATURAL DE LAS AGUAS
Morfología/dimensiones de los cuerpos de agua
Ejemplo Variación composición química en función de los tipos de cuerpo de agua
FACTORES DE CONTROL DE LA CALIDAD NATURAL DE LAS AGUAS
ATMÓSFERA COMO FUENTE DE SOLUTOS
•Cualquier agua natural debería estar saturada respecto a los principales constituyentes
gaseosos de la atmósfera
•El contenido de los mismos en disolución es proporcional a:
-solubilidad
-presión parcial
-temperatura
•Los gases que reaccionan con el agua son más solubles que aquellos que no lo hacen
de ahí la importancia del CO2, a pesar de representar un 0.03% de a composición
de gases en una atmósfera no contaminada
•Gases como H2O, SO2, NH3, N2O, NO2, HCl, CO, y CO2 son producidos en
cantidades importantes como la quema de combustibles, procesos metalúrgicos, otras
actividades antropogénicas, así como procesos bioquímicos en el suelo y el agua,
actividad volcánica y geotérmica:
ENRIQUECIMIENTO LOCAL--------------AFECCIÓN PROP QUÍMICAS AGUA LLUVIA .
Contenido en gases de la atmósfera no afectada por factores medioambientales locales
FACTORES DE CONTROL DE LA CALIDAD NATURAL DE LAS AGUAS
ATMÓSFERA COMO FUENTE DE SOLUTOS
•Aproximadamente 9 iones inorgánicos (SO4 2-, NO3 -, Cl-, NH4 +, Na+, K+, Ca2+, Mg2+ y
HCO3-), se encuentran presentes en concentraciones lo suficientemente altas como para ser
considerados principales componentes de la lluvia, (siendo monitoreados alrededor del
mundo por las diferentes redes de monitoreo de la química de la precipitación pluvial)
La atmósfera también puede contener:
-elementos como el 3H y 14C se producen en la atmósfera por bombardeo de rayos
cósmicos.
-partículas de material extraterrestre introducidas desde el espacio (basandose en contenido en
Ni de la nieve antártica, se realizaron cálculos, estimándose que sobre la superficie terrestre
Caen de 3 a 10 millones de toneladas/año de este tipo de material)
-particulas de polvo terrestre, polvo vólcanico, NaCl u otras sales procedentes del mar,
llevados a suspensión por el viento.
-material de origen antrópico (vertidos industriales, gases vehículos, etc)
Este material partículado es importante en la formación de núcleos de
condensación del agua y como fuente de solutos en la precipitación.
influye también procesos químicos mediados en superfie.
FACTORES DE CONTROL DE LA CALIDAD NATURAL DE LAS AGUAS
COMPOSICIÓN DE LA PRECIPITACIÓN ATMOSFÉRICA
Nucleación homogénea:
condensación vapor agua
FORMACIÓN LLUVIA
Atmósfera
Partículas/núcleos
Adhesión
moléculas vapor agua
Nucleación heterogénea
heterogénea
Nucleación
Nucleos grandes
Condensación
Colisión-coalescencia
La cantidad lluvia tiene gran
influencia
en la concentración
GOTASque
DElaLLUVIA
de partículas (aerosoles) en la
atmósfera, ya que actúa como
depuradora de su contenido.
Evidente
al comparar
la
La composición
química
de las
lluvia
concentración
de
aerosoles
entre los
partículas
está
constituída
meses
de mayorpor
precipitación
pluvial
principalmente
SO4 2-, NO3
-,
y
aquellos
enCa2+
los que
disminuye
Cl-,
NH4 +,
y ésta
Mg2+,
ácidos,
o
no se presenta.
metales
y carbón
elemental y
orgánico
Núcleos de condensación
o Higroscopicos
(distintas composiciones)
Formación gotas
de agua
(5 a 30 μm)
INFLUYE EN LA COMPOSICIÓN
QUÍMICA DE LA LLUVIA
FACTORES DE CONTROL DE LA CALIDAD NATURAL DE LAS AGUAS
ALTERACIÓN DE LA COMPOSICIÓN DE LA PRECIPITACIÓN ATMOSFÉRICA
Lluvia ácida
ÓXIDOS DE NITRÓGENO (NOx)
Los principales compuestos de nitrógeno presentes en la atmósfera son las formas
oxidadas NO, NO2 y HNO3, que están relacionadas químicamente entre sí, por una
serie de reacciones cíclicas.
El HNO3 se forma en la atmósfera por oxidación del dióxido de nitrógeno,
principalmente por reacción con el radical hidroxil: NO2+OH-------HNO3
Las pequeñas gotas de HNO3 constituyen núcleos de condensación muy activos,
con diámetros inferiores a una décima de micrón, están presentes en todo
momento en el aire terrestre. El vapor de agua también comienza a condensarse
sobre ellas a humedades relativas por debajo del 100%.
Por tanto:
Las emisiones de NO2 se convierten en un medio acidificante de la precipitación
pluvial
FACTORES DE CONTROL DE LA CALIDAD NATURAL DE LAS AGUAS
COMPOSICIÓN DE LA PRECIPITACIÓN ATMOSFÉRICA
Lluvia ácida
ÓXIDOS DE AZUFRE (SOx)
•El principal compuesto de azufre presente en la atmósfera es el dióxido de azufre (SO2),
emitido directamente por:
-procesos de combustión de combustibles fósilesque contienen azufre,
-por la oxidación de las formas reducidas del azufre, procedentes
de procesos naturales, formando : CS2, CH3SCH3, CH3SOCH3, H2S etc.
•El proceso final es la conversión de SO2 en ácido sulfúrico y la incorporación de este
ácido a la precipitación pluvial, a la nieve y al granizo
FASE GASEOSA
Reacciones formación
OH- + SO2(g) -------HOSO2
(1)
de H2SO4 a partir del SO2
2HOSOpor
O2 ------(2)
Posteriormente el H2SO4 puede neutralizarse
de HO
iones,
principalmente,
2 + medio
2 + SO
3
OH2-+ sales.
NO2 --------- NO2 + OH(3)
NH4 + y Ca2+, formando las correspondientes
2SO
H2SO4
(4)
Cuando el contenido de estos iones no es
suficientemente
y existe predominancia
del
3 + H2O ------- alto,
SO2, hace que exista un exceso de H2SO4, que junto con el HNO3
SON RESPONSABLES DE LA LLUVIA ÁCIDA.
FACTORES DE CONTROL DE LA CALIDAD NATURAL DE LAS AGUAS
COMPOSICIÓN DE LA PRECIPITACIÓN ATMOSFÉRICA
Lluvia ácida
Existe también otra forma de contaminación ácida conocida como deposición
seca, y hace referencia a gases y partículas ácidos que son arrastrados por
el viento, chocando contra edificios, coches, casas y árboles.
Otra vía de arrastre son las lluvias fuertes. En este caso las sustancias ácidas
se incorporan a la lluvia ácida, lo que contribuye a aumentar su acidez.
FACTORES DE CONTROL DE LA CALIDAD NATURAL DE LAS AGUAS
FACTORES BIOQUÍMICOS
•Influencia del suelo y procesos de formación del suelo
•
Una parte importante de las principales características de la composición
química de mayoría de aguas naturales son resultado de los procesos de
formación del suelo o de las reacciones de interacción que en el se producen.
•
El agua de precipitación, así como de escorrentía y agua subterránea,
han experimentado en mayor o menor medida contacto elevado con el
suelo, o retenida durante tiempo en el mismo
•
Los factores que influyen en la composición química del agua del suelo
son la alteración o/y disolución de silicatos y otros minerales, precipitación
de minerales moderadamente solubles (ej carbonato calcico), eliminación
selectiva y circulación de nutrientes por las plantas, reacciones bioquímicas
con producción de CO2, sorción/desorción de iones por minerales
y superficies orgánicas, concentración de solutos por evapotranspiración,
coversion del N2 (g) a especies químicas para la nutrición de las plantas
H2O+ CO2--------------H2CO3-------HCO3- +H+----------CO32-+ H+
Control del pH y alteración minerales
FACTORES DE CONTROL DE LA CALIDAD NATURAL DE LAS AGUAS
FACTORES BIOQUÍMICOS
•Biota acuática
fotosíntesis
respiración
descomposición
La mayoría de procesos químicos que tienen lugar en el suelo, también
se producen en los cuerpos de agua.
La fotosíntesis, respiración y descomposición de las distintas especies
de plantas que se encuentran en el lecho de lagos, arroyos, o flotando en
los cuerpos de agua, producen la liberación o perdida de O2 y/o CO2,
pudiendo dar lugar a fluctuaciones ciclicas diarias del pH, contenidos en O2, etc.
(observado en lagos y ríos)
La adquisición de nutrientes por las plantas puede realizarse
directamente de los sedimentos del agua o el propio agua
Ej. * P y N
* Sílice (caso de las diatomas)
* Elementos traza (algunos de ellos controlados por dichos procesos, ej. Fe)
Una forma de medir la actividad biológica en el agua es su “productividad”
que es expresada como TOC/Vol/t
Existen clasificaciones de las aguas en función de su contenido en nutrientes.
A su vez, las características de esta agua varían a lo largo de un día.
FACTORES DE CONTROL DE LA CALIDAD NATURAL DE LAS AGUAS
FACTORES BIOQUÍMICOS
Ejemplo
Variación calidad natural aguas a lo largo de un día
Variación en la concentración de oxígeno, materia orgánica y nutrientes en un agua oligotrófica
(líneas punteadas) y en un estanque eutrófico (líneas sólidas) a lo largo de dos días
FACTORES DE CONTROL DE LA CALIDAD NATURAL DE LAS AGUAS
GEOLOGÍA
•Las asociaciones de minerales que conforman las rocas por las que circula el agua
constituyen la “fuente última” de iones en disolución.
•Sin embargo, existen numerosos factores que controlan el proceso de incorporación de
iones a las aguas y, por tanto, en su composición final:
Ej.
Pureza/alteración y tamaño de los cristales minerales
Textura y porosidad de la roca
Grado de fisuración
Tiempo de interacción agua/roca
Temperatura (aumenta la solubilidad y tasas de disolución de minerales), etc
Presión
Además de factores más generales, como los vistos:
Condiciones climáticas
Composición del agua de recarga
Longitud de los recorridos, etc
FACTORES DE CONTROL DE LA CALIDAD NATURAL DE LAS AGUAS
GEOLOGÍA
No obstante podemos establecer una serie de criterios generales que relacionan el aporte de
ROCAS
IGNEAS
sales
al aguas
en función de los diferentes tipos de roca:
Formación
Cristalización de un magma (masa viscosa de silicatos fundidos) originado
en la corteza o el manto superior (>700ºC)
VOLCÁNICAS
Clasificación/Tipos
Plutónicas (intrusivas),
Volcánicas (extrusivas)
Fillonianas
Minerales
PLUTÓNICAS
FACTORES DE CONTROL DE LA CALIDAD NATURAL DE LAS AGUAS
GEOLOGÍA
ROCAS SEDIMENTARIAS
Formación
Rocas originadas a partir de la consolidación de fragmentos de otras rocas, restos plantas y
animales o precipitados químicos
Clasificación
•ROCAS SEDIMENTARIAS DETRÍTICAS formadas a partir de sedimentación de fragmentos
de otras rocas después de una fase de transporte. Su clasificación se basa en los tamaños
de los trozos que las componen (conglomerado, arenisca, limolita, lutita)
•ROCAS SEDIMENTARIAS QUÍMICAS Y ORGÁNICAS formadas a partir de precipitación de
determinados compuestos químicos en soluciones acuosas o bien por acumulación de
substancias de origen orgánico. (ej. Rocs carbonatadas, evaporiticas, silíceas, calizas
biogénicas, carbones, rocas orgánicas )
Minerales
-origen clástico : silicatos (cuarzo, feldespatos y arcillas)
-precipitación química o bioquímica: carbonatos (calcita y dolomita), sulfatos (yeso y anhidrita)
y cloruros (halita).
FACTORES DE CONTROL DE LA CALIDAD NATURAL DE LAS AGUAS
GEOLOGÍA
METAMÓRFICAS
Formación:
A partir de otras rocas preexistentes que, sin llegar a fundirse (estado sólido), han estado
sometidas a grandes presiones y temperaturas y se han transformado.
Clasificación
(distintas):
En zonas
de subducción o
Composición:
Máfica, ultramáfica (R. ígneas máficas y ultramáficas)
Pelítica (rocas arcillosas)
Gneisica (R. ïgneas básicas y sedimentarias tipos areniscas arcósicas)
Carbonáticas (calizas y dolomías)
Calcosilicatadas (carbonatadas impuras –comp. arcilloso y margasOrigen roca original
Rocas ortoderivadas (originalmente ígneas)
Rocas paraderivadas (originalmente sedimentarias)
Minerales
Silicatos: cuarzo, feldespatos, micas, piroxenos y anfíboles,
Otros típicos: disteno, sillimanita, andalucita, estaurolita
Tipos de metamorfismo
Intrusión de cuerpos ígneos
capacesgrado,
de producir
Condiciones
de formación/tipos
Medio grado y Alto grado
de colisión
continental metamórfismo:Bajo
recristalización de encajante
FACTORES DE CONTROL DE LA CALIDAD NATURAL DE LAS AGUAS
GEOLOGÍA
SALES SOLUBLES QUE PUEDEN SER APORTADAS POR DISTINTOS TIPOS DE ROCAS:
Consideraciones previas
ej. Arenisca formada por granos de
•No
todos
loscemento
solutos presentes
en el agua proceden de la disolución/alteración de las
cuarzo
con
de composición
fases
minerales
presentes
en las
rocas por las que circulan.
carbonatada,
puede
dar lugar
a un
agua con elevados contenidos de Ca
•Ej. Rocas que contienen aguas connatas, altamente mineralizadas, que pueden
y bicarbonato:
•Lasalterar
relaciones
entre química
la composición
del agua
y rocas encajantes
pueden asociadas
ser sencillas
la calidad
de las aguas
superficiales
y/o subterráneas
a o
muylas
complejas.
mismasDE LA SOLUBILIDAD
INFLUENCIA
MINERAL
Como•Bicarbonatos
en el caso de (interacción
interconexion
de acuíferos ydesuelo)
diversas composiciones, mezclas de aguas
aire/atmósfera
en general, reacciones químicas como intercambio catiónico o procesos de adsorción de iones,
la influencia
biológica,
composición
e interacciones
•Cloruros,
sulfuros
(oxido-reducción
biológica,agua-suelo,
contenido enetc.
atmósfera)
•Los minerales principales de una roca no son siempre los que controlan la composición final de
un agua, en contacto con la misma. En ocasiones, algunos minerales accesorios en la
parágeneisis mineral de la roca son los responsables de la composición química de las aguas
circulantes
FACTORES DE CONTROL DE LA CALIDAD NATURAL DE LAS AGUAS
GEOLOGÍA
SALES SOLUBLES QUE PUEDEN SER APORTADAS POR DISTINTOS TIPOS DE ROCAS:
Mecanismos de incorporación de solutos al agua subterránea
La incorporación de solutos al agua está ligada estrechamente a la meteorización de
los materiales de la corteza terrestre. Esta incorporación puede realizarse de forma
inmediata. por:
•disolución de sales directamente solubles,
•O sustancias no tan solubles tras una serie de transformaciones químico-biológicas
previas a la solubilización.
Hidratación o incorporación del agua a la red cristalina de los minerales para formar hidratos
(ej. Transformación de anhidrita a yeso -+soluble-)
Hidrolisis o descomposición de minerales baja la acción de H+ y OH- procedentes de la
descomposición del agua (hidrólisis fto----iones+arcillas)
Oxidación-reducción (ej. sulfuros, sulfatos, Fe, Mn)
Variación del pH (influencia en hidrólisis, proc. Redox, adsorción, etc),
Acciones biológicas: capacidad de provocar algunas reacciones por cambios de pH,
intervenir como como catalizadores disminuyendo energía de activación de reacciones redox
FACTORES DE CONTROL DE LA CALIDAD NATURAL DE LAS AGUAS
GEOLOGÍA
SALES SOLUBLES QUE PUEDEN SER APORTADAS POR DISTINTOS TIPOS DE ROCAS:
ROCAS ÍGNEAS
Aguas diluidas
(bajo TSD)
• Formadas esencialmente por silicatos
•Textura y estructura importantes al determinar la superficie de contacto con el agua
(superficie de reacción)
• La mayoría de rocas ígneas son bastante impermeables
•El ataque o meteorización de estas rocas es lento
•Concentraciones en el agua de elementos procedentes de la interacción con una roca ígnea:
Tiempo de interacción
Superficie de reacción
Disponibilidad de H+ (procesos de fm. suelo, vegetación)
Factores anteriores
•La impronta geoquímica resultante de la interacción de un agua con rocas ígneas es mas
fácilmente observable en aguas subterráneas que superficiales (tiempo de interacción,
superposición de procesos derivados de interacción suelo y atmosf en aguas superficiales, etc)
FACTORES DE CONTROL DE LA CALIDAD NATURAL DE LAS AGUAS
GEOLOGÍA
SALES SOLUBLES QUE PUEDEN SER APORTADAS POR DISTINTOS TIPOS DE ROCAS:
ROCAS ÍGNEAS
• Reacciones químicas que definen los procesos de alteración/ meteorización de
rocas ígneas: alteración feldespatos
Proceso de disolución
función:
Ataque Ftos
(alteración a filosilicatos)
•pH (> pH ácido)
•Tª
•Estado de saturación
2Si3O8AlNa +9H2O +2H+ +2CO3H- -----------Si2O5Al2(OH)4 +2Na+ + 2CO3H- +4SiO4H4-
Si2O8Al2Ca +H2O +2H+ +2CO3H- -----------Si2O5Al2(OH)4 +Ca2+ + 2CO3HCaolinita, sílice y cationes relacionados (ej. Na, Ca) en medio ÁCIDO
Montmorillonita
en medio BÁSICO
FACTORES DE CONTROL DE LA CALIDAD NATURAL DE LAS AGUAS
GEOLOGÍA
SALES SOLUBLES QUE PUEDEN SER APORTADAS POR DISTINTOS TIPOS DE ROCAS:
ROCAS ÍGNEAS
Productos de la alteración de los feldepatos a las aguas:
•Alcalinos y alcalinotérreos, sílice disuelta (o coloidal) preferentemente a pH mayores,
alumina (despreciable si el pH 5-7.5)
•La relación Na/Ca en el agua similar a la del Fto. Alterado.
•SIO2: Feldespatos alcalinos (Na)---------------2-3 moles SiO2 (parte retenida como SiO2 insoluble)
1 mol Na, K
Feldespatos cálcicos (Ca)-----------------pueden no liberar sílice
Silicatos ferromagnesianos--------------- 1 mol de SiO2
1 mol de Mg y Fe
FACTORES DE CONTROL DE LA CALIDAD NATURAL DE LAS AGUAS
GEOLOGÍA
SALES SOLUBLES QUE PUEDEN SER APORTADAS POR DISTINTOS TIPOS DE ROCAS:
¿Cómo es el agua resultado de la interacción con rocas ígneas?
•Baja salinidad
•Anión dominante HCO3•Cationes dominantes Na+, Ca2+, o ambos
•Cantidades significatiivas de SiO2 (20-100 ppm): *residuo de alteración de Ftos
y formación arcillas
*ínfimo aporte por disolución de
cuarzo mineral
• Relación SiO2/Ca menor que en la roca
•K y Fe: pueden solubilizarse cantidades significativas pero, K retenido por las arcillas
y el Fe precipitado en forma de Fe(OH)3, por tanto concentraciones finales bajas
• Cl- y SO42-: bajos contenidos en agua debido a su bajo contenido en este tipo de
rocas, excepto si existe pirita (S2Fe) y medio oxidante que puede aportar SO42- al agua
FACTORES DE CONTROL DE LA CALIDAD NATURAL DE LAS AGUAS
GEOLOGÍA
SALES SOLUBLES QUE PUEDEN SER APORTADAS POR DISTINTOS TIPOS DE ROCAS:
Diferencias en la composición del agua en función del tipo de roca ígneas
En función de la ácidez de la roca:
PLUTÓNICAS
ácidas
>>>alcalinos/alcalinotérreos
Mg/Ca <1 (orden de 0.3)
Na> Cl
básicas
< diferencia alcalinos/alcalinotérreos
Mg/Ca < 1 (> 0.3)
Na> Cl
PLUTÓNICAS
< salinidad
Na, K, Mg (disuelven)
Fe y K (pp y retenido)
> SIO2 liberado
Cl- y SO42- escasos
Na/Ca similar a los feldespatos
Mg/Ca< 1 (en torno a 0.3)
Na, Ca, Mg pasan al agua
Cl y SO42- escasos
VOLCÁNICAS
> salinidad
Na, K, Mg (disuelven)
Fe y K (pp y retenido)
< SiO2
Cl- y SO42- escasos
Na/Ca similar a roca 0.3
Mg/Ca en torno a 1 (incluso superior)
Na, Ca, Mg pasan al agua
Cl y SO42- escasos
pH alto (alteración de min como olivino )
Composición de aguas subterráneas en contacto con rocas ígneas
Contenido en SiO2 en agua es > en rocas ácidas, con feldespatos Na
respecto a rocas con otros minerales
Ca/Na en agua depende del tipo de Fto/Pl de las rocas
Mg función de ferromagnesianos
Ferromagnesianos
Na
Mg
SiO2
( Ol, Px, Anf)
SiO2<
Mg/Si 3.3, indicativo
disolución olivino, 4
Rocas intermedias
Na intermedio
SiO2/HCO3- intermedia
Mg y Ca asociado procesos
serpentinización de peridotita
Fto (K, Na) > Pl (Ca)
SiO2
FACTORES DE CONTROL DE LA CALIDAD NATURAL DE LAS AGUAS
GEOLOGÍA
SALES SOLUBLES QUE PUEDEN SER APORTADAS POR
DISTINTOS TIPOS DE ROCAS:
ROCAS SEDIMENTARIAS
1.- Rocas
resistiticas
La gran variedad de rocas sedimentarias obliga a clasificarlas en grupos con objeto de
definir algunas ideas sobre las sales que pueden aportar a las aguas
•Formadas por materiales que no se disolvieron durante los procesos que dieron lugar
a suAlformación.
Raramente
ser más porosas,
sonincluyen
capacesmateriales
de aportar finos.
más sales y a mayor velocidad que los
otros tipos de roca, al menos inicialmente.
Un ejemplo son areniscas formadas por granos de Q y otros minerales resistentes como
granate turmalina o zircón.
•La mayoría de estas rocas (areniscas y gravas) estan cementadas con materiales más
o menos solubles de naturaleza principalmente carbonatada y que constituyen la fuente
de elementos a las aguas.
•La composición del agua en contacto con este tipo de rocas tendrá una composición
química similar a los cementos y/o a la del agua que se producría por el ataque de las
rocas que forman la mayoría de los clastos.
•Otro proceso que puede controlar la composición de las aguas que circulan por estas rocas
son los procesos de adsorción e intercambio iónico, oxidación-reducción , etc.
TSD, agua alta mineralización
2( Na+, Cl-, SO
4 )
Análisis
de aguas
de resistitas
Probablemente procedentes de la
interacción con otro tipo de rocas
asociadas con las areniscas, que
Debido a la lenta circulación del agua
En este tipo de rocas retarda la eliminación de estos solutos.
Aguas circulando por material de relleno
de un valle.
Composición refleja la influencia del
agua de drenaje de regadío
*Contenido SiO2:
alteración de minerales/
partículas ígneos
*Baja TSD característico de
interacción con cuarzoarenitas
La composición en cationes alterada por
Procesos de intercambio iónico del
agua con el suelo suprayacente
Agua asociada a resistitas puede presentar
un amplio abanico de composiciones y calidad química
debido a los numerosos procesos que pueden modificar
la composición original de dichas aguas.
Por tanto, la interacción con estos materiales no
origina una determinada tipología de aguas.
FACTORES DE CONTROL DE LA CALIDAD NATURAL DE LAS AGUAS
GEOLOGÍA
SALES SOLUBLES QUE PUEDEN SER APORTADAS POR
DISTINTOS TIPOS DE ROCAS:
ROCAS SEDIMENTARIAS
2.- Rocas hidrolisitas
•Formadas en su mayor parte por partículas derivadas de la hidrólisis de otras
rocas. Entre ellas arcillas, pizarras, etc, rocas que son poco permeables.
•En su formación atrapan cantidades notables de agua, la cual van expulsando
poco a poco en su compactación y litificación.
•El agua que queda atrapada es la principal fuente de sales, en especial si es agua
marina, por tanto, el lavado y meteorización/alteración de estas rocas proporciona
aguas salinas , produciéndose, además, notables fenómenos de intercambio
Iónico.
•La alteración de minerales hidrolizados, en sí misma, no es tan importante en la
composición final del agua como los procesos anteriores, a excepción de ambientes
con una circulación de aguas rápida y significativa (ej. Asociada a lluvias) o aguas
con bajo pH.
•Su contenido en SO42-, Na+, Ca2+, Mg 2+ (y en ocasiones SiO2), son elevados
Se evidencian dosAnálisis
procesos:
de aguas de hidrolisitas
Intercambio
un aumento
Eniónico,
estoscon
casos
cation dominante Na, pero no
+
significativo
del
Nacaracterística
, a expensas delgeneralizada a este tipo
es
una
2+
2+
Ca y Mg
de aguas como, si lo es, la presencia de
contenidos significativos de Ca, Mg, Na
Reducción de sulfatos:
Aumento del contenido en HCO3- en
parte aexpensas del contenido en SO42-
Procesos de intercambio iónico en
las arcillas, condicionan el contenido de
determinados cationes en las aguas
TSD: elevada suministro
de agua de precipitación
SiO2 significativo:
Disolución de silicatos
nalterados.
Aguas asociadas a hidrolisitas, con la
composición típica (Na, Ca, Mg, sulfato).
FACTORES DE CONTROL DE LA CALIDAD NATURAL DE LAS AGUAS
GEOLOGÍA
SALES SOLUBLES QUE PUEDEN SER APORTADAS POR
DISTINTOS TIPOS DE ROCAS:
ROCAS SEDIMENTARIAS
3.- Rocas precipititas
•Formadas como resultado de reacciones químicas que dan lugar a sales insolubles.
•Representadas por calizas y dolomías, fundamentalmente
•Las calizas puras aportan pocos iones, Ca2+ y HCO3- y cantidades variables de Mg2+
Por otro lado, en calizas impuras, y sobre todo margas, existen más sales solubles,
tendiéndose hacia valores correspondientes a rocas hidrolisitas.
•Las dolimías puras aportan, a su vez, Ca2+, Mg2+ y HCO3•Tanto las calizas como las dolomías aportan cantidades muy pequeñas de Sílice y cloruros.
Análisis de aguas de precipititas
•Interacción con caliza y
dolomía
•Na, Cl, etc, no significativos
•Contenido de HCO3- similar a
Ca2+ +Mg2+
Caliza impura (con yeso y dolomita)
•Influencia del yeso:
-contenido en SO42-bajo contenido en de HCO3- respecto
al de Ca2+ +Mg 2+
•Agua influenciada por disolución
de NaCl
FACTORES DE CONTROL DE LA CALIDAD NATURAL DE LAS AGUAS
GEOLOGÍA
SALES SOLUBLES QUE PUEDEN SER APORTADAS POR
DISTINTOS TIPOS DE ROCAS:
ROCAS SEDIMENTARIAS
4.- Rocas evaporitas
Formadas por evaporación de aguas y por tanto son sales fácilmente solubles
La principal roca es el yeso
Las aguas en contacto con ellas presentan elevadas cantidades de sales,
pudiendo incluso originar salmueras
Las formaciones yesiferas pueden dar concentraciones muy elevadas de SO42- y Ca2+,
y con frecuencia tb Mg2+, Na+ y Cl-, debido a la disolución preferente cuando
el yeso tiene atrapadas sales de esos iones.
5.- Rocas carbonosas o bituminosas
Fuente de cantidades notables de sales solubles procedentes de la materia viva
que las originó.
Permiten creación ambiente reductor con presencia de Fe2+ y S2-. Si el agua
aporta oxígeno o si existe reducción de SO42-, existe suministro de CO2: aguas agresivas
FACTORES DE CONTROL DE LA CALIDAD NATURAL DE LAS AGUAS
GEOLOGÍA
SALES SOLUBLES QUE PUEDEN SER APORTADAS POR
DISTINTOS TIPOS DE ROCAS:
ROCAS METAMÓRFICAS
Las rocas metamórficas constituyen una gradación entre las rocas plutónicas y
sedimentarias, por tanto, las aguas en contacto tendrán características intermedias
más próximas a unas u otras según el grado de metamorfismo.
Composición de aguas subterráneas en contacto con rocas metamórficas
ROCA ÍGNEA
ROCA SEDIMENTARIA
Metamorfismo regional
(T, P) (cuarzoarenita)
arcilla
Matamorfismo regional (P,T)
GENEISS
ROCA carbonatada
ESQUISTO
PIZARRA
Metamorfismo regional (T, P)
local (T)
CUARCITA
La circulación del agua a través de fracturas
siendo reducido su contacto con superficies
Minerales: aguas TSD
MARMOL
Aguas bicarbonatado
cálcico
SiO2
SiO2
SiO2
Influencia SILICATOS
(SiO2 generalmente < 30ppm)
FACTORES DE CONTROL DE LA CALIDAD NATURAL DE LAS AGUAS
GEOLOGÍA
SALES SOLUBLES QUE PUEDEN SER APORTADAS POR DISTINTOS TIPOS DE ROCAS:
Fenómenos modificadores de la composición del agua (alteración calidad natural)
•Intercambio iónico o proceso por el que algunas substancias cambian iones por los existentes
en el agua (preferentemente los divalentes….ablandamiento de aguas por Ca2+ y Mg2+)
•Concentración (aumento por disolución, alteración, evaporación, EVPT, enfriamiento, ósmosis..
•Reducción (ej. En aguas que han sufrido reducción de sulfatos se produce una acusada
disminución del contenido en ión SO42-)
•Temperatura. La temperatura es un parámetro que afecta notablemente a la solubilidad de
diferentes sales en el sentido de aumento de solubilidad con el aumento de temperatura.
•Mezclas (ej. El efecto de ión común puede conducir a la precipitación de ciertas sales)
•Orden secuencial de interacción: A lo largo del flujo. el agua puede encontrar una secuencia
mineralógica completa que da origen a una composición del agua determinada.
FACTORES DE CONTROL DE LA CALIDAD NATURAL DE LAS AGUAS
CONCLUSIONES GENERALES
De lo expuesto con anterioridad se deduce claramente que la calidad
natural de las aguas, especialmente las subterráneas, representa
una situación dinámica y cambiante en el espacio y en el tiempo,
resultado de la superposición de numerosos factores y procesos.
Por tanto, la interpretación de el origen y evolución de la calidad de
las aguas ha de realizarse teniendo en cuenta la interacción de los
procesos y fenómenos citados anteriormente, sobre una base
geológica e hidrogeológica lo más completa posible.
CONSTITUYENTES DEL AGUA
La composición del agua natural debe contemplarse con la
perspectiva de su posible variación espacio-temporal. Una
composición quimica concreta, por lo tanto, no queda
completamente definida si no se refiere a un lugar y momento
determinados
Como consecuencia de su composicion y de acciones naturales externas el
agua presenta una serie de caracteristicas fisicoquimicas y químicas:
Constituyentes del agua
En condiciones particulares un ion minoritario puede alcanzar rangos de
concentración que permitan considerarlo como mayoritario elevadas
CONSTITUYENTES DEL AGUA
CONSTITUYENTES MAYORITARIOS
CONSTITUYENTES MAYORITARIOS
AnhÍdrido carbónico (CO2 ), Bicarbonatos (HCO3-;) y Carbonatos (CO32-)
Características químicas:
•El CO2 disuelto en agua y los diversos compuestos que forma en ella juegan un papel
muy importante en la química del agua.
•Existe una relación estrecha entre estos constituyentes y el pH
•Responsables de la alcalinidad del agua, dan capacidad de consumo del ácido al crear
una solución tampón.
•No son oxidables ni reducibles en aguas naturales
•Pueden precipitar con mucha facilidad como CaCO3
•El anhídrido carbónico se disuelve en el agua en función de su presión parcial (PC02)
Una parte permanece en disolución en forma de gas mientras otra reacciona con el agua
para dar ácido carbónico (H2CO3,) que se disocia parcialmente para dar
iones carbonato y bicarbonato:
CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ HCO3- + H+ ↔CO32-+ 2H+
CONSTITUYENTES MAYORITARIOS
AnhÍdrido carbónico (CO2 ), Bicarbonatos (HCO3-;) y Carbonatos (CO32-)
Fuentes del CO2, bicarbonatos y carbonatos al agua
•El CO2 disuelto en agua procede fundamentalmente de la zona edáfica (respiración de
organismos y descomposición de la materia orgánica) en la que alcanza presiones
parciales del orden de 10-1 a 10-3 bares
•La disolución de calizas y dolomias, potenciada por el aporte de CO2 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 hidrólisis de
silicatos es otro de los mecanismos que da lugar a la formación de estos iones.
CONSTITUYENTES MAYORITARIOS
AnhÍdrido carbónico (CO2 ), Bicarbonatos (HCO3-;) y Carbonatos (CO32-)
Contenido iones carbonatados en las aguas
•La especie carbonatada dominante en un agua fuertemente está influenciada por el pH de
las mismas:
*En mayoría de aguas contenido de CO32- < HCO3- ; si pH < 8.3 CO32-= 0.
En aguas alcalinas con pH>8.3: CO32- hasta 50 ppm
En agua del mar CO32- < 1ppm y
*Contenidos de HCO3- en aguas dulces de 50 a 350 ppm, pudiendo llegar en ocasiones
hasta 800 ppm
Contenidos de HCO3- en agua de mar 100 ppm
CONSTITUYENTES MAYORITARIOS
AnhÍdrido carbónico (CO2 ), Bicarbonatos (HCO3-;) y Carbonatos (CO32-)
Nocividad y toxicidad
• No presenta problemas de toxicidad.
• Las aguas bicarbonatadas sódicas no son de buena calidad para el riego: por fijación Na en
terreno y creación de medio alcalino.
•El equilibrio entre CO2, HCO3- CO32- y pH es determinante para la corrosividad (tendencia a
disolver caliza) e incrustabilidad (tendencia a precipitar caliza).
CONSTITUYENTES MAYORITARIOS
Cloruros (Cl-)
Características químicas
•Sales muy solubles y estables en disolución, siendo dificilmente precipitables
•No se oxida ni se reduce en aguas naturales, ni es adsorbido significativamente ni entra a
formar parte de procesos bioquímicos-----buen trazador natural
•En general asociado al Na, especialmente en aguas salinas (meq no necesariamente igual)
•Fuentes de Cl - al agua
•Si se exceptúan las evaporitas y rocas de origen marino, las rocas por lo común presentan
escasa proporción de cloruros (rocas ígneas de 70 to 520 mg/kg y sedimentarias una media
de 160 mg/kg) . Sin embargo, dada la elevada solubilidad de sus sales, estos pasan
rápidamente a la fase acuosa pudiendo alcanzar concentraciones muy altas.
•El agua de lluvia puede constituir una fuente importante de ion Cl-, especialmente en zonas
próximas a la costa. La concentración de Cl-en el agua de lluvia disminuye rápidamente tierra
adentro.
•Aguas ácidas y aerosoles
CONSTITUYENTES MAYORITARIOS
Cloruros (Cl-)
Contenido ion Cl- en las aguas
•En aguas dulces entre 10 y 250 ppm, no siendo raro encontrar contenidos mucho
mayores hasta varios miles de ppm
•La concentración de Cl- en aguas subterráneas es muy variable, desde menos de 10 ppm
a más de 2000 o 3000 ppml.
El rango de concentración usual en las aguas naturales subterráneas españolas se
mantiene por debajo de los 100 mg/l. encontrándose los valores más frecuentes entre 20 y
60 mg/l.
•En salmueras naturales, próximas a la saturación de NaCI, puede llegar a
casi 220.000 mg/l
•El agua de mar contiene alrededor de 20.000 ppm (entre 18000-21000 ppm) de CI.
CONSTITUYENTES MAYORITARIOS
Cloruros (Cl-)
Nocividad y toxicidad
•Más de 300 ppm dan como resultado un sabor salado al agua, no siendo perjudicial
para la salud hasta, al menos, algunos miles de ppm.
•Contenidos elevados son perjudiciales para muchas plantas y confieren corrosividad al
agua.
•Sin embargo, es esencial para la vida y tb es usado como desinfectante y biocida en
aguas
CONSTITUYENTES MAYORITARIOS
Sulfatos (SO42-)
Características químicas
•Sales de moderadamente solubles a muy solubles, excepto las de Sr y de Ba.
•El comportamiento del sulfato puede desviarse significativamente del teórico predecible,
en base a los principios de su disolución, por su tendencia a formar iones complejos con
Na+ y Ca2+ , así como por incorporarse a procesos biológicos
•El comportamiento del S, en general, es muy dependiente del Eh del agua, pudiendo
aparecer en estados de oxidación de -2 a +6. Siendo muy móvil en condiciones oxidantes
(sulfatos) e inmovil en reducidas.
•Así 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 estable es el H2S mientras que en soluciones alcalinas predomina el ión HS-.
CONSTITUYENTES MAYORITARIOS
Sulfatos (SO42-)
Fuentes de SO42- al agua
•El 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 de substancias orgánicas. etc.
Sin embargo. la disolución de yeso (CaS04-2H20)y anhidrita (CaSO4), así como de
otros tipos de sulfatos dispersos en el terreno, representa frecuentemente el aporte
cuantitativamente más significativo de este ión a las aguas y, especialmente, a las
subterráneas.
CONSTITUYENTES MAYORITARIOS
Sulfatos (SO42-)
Contenido ion SO42- en las aguas
•Entre 2 y 150 ppm en aguas dulces
•En aguas salinas puede llegar a 5000 ppm, si existe Ca, y hasta 200000 ppm si está
asociado a Mg y Na en ciertas salmueras
•El agua de mar contiene en torno a 3000 ppm
•¡¡¡¡¡La mayoría de las aguas subterráneas sulfurosas presentan contenidos apreciables de
HS-ó H2S que, incluso a concentración muy baja, le confieren al agua el típico olor a
huevos podridos.
CONSTITUYENTES MAYORITARIOS
Sulfatos (SO42-)
Nocividad y toxicidad
• Las aguas selenitosas (SO42-) tienen sabor amargo y no quitan la sed
•Por sí mismo, o asociado al Mg o Na, en cantidad importante, pueden comunicar propiedades
Laxantes.
•En cantidades elevadas perjudicial para las plantas
•Más de centenares de ppm perjudican a la resistencia del hormigón y cemento
El sulfuro es considerado tóxico en cantidades significativas
CONSTITUYENTES MAYORITARIOS
lones Nitrato (NO3-), Nitrito (NO2- ) y Amonio (NH4+)
Características químicas
•Compuestos nitrogenados de las aguas naturales relacionados con ciclo del
nitrógeno.
•El nitrógeno puede aparecer en forma de NH3. NH4+ y, por oxidación, estas formas
reducidas pueden transformarse en N2, (gas) y, finalmente. en NO3-, que es la forma
más usual y estable en que el nitrógeno se presenta en las aguas subterráneas.
•El nitrato constituye sales muy solubles y difícilmente precipitables. Tiene tendencia a
ser estable, aun en condiciones reductoras, pero puede pasar a N2 y excepcionalmente
a NO2-. La mayoría de compuestos nitrogenados pasan a NO3- en medio oxidante.
•Los procesos de oxidación-reducción, de las especies nitrogenadas en el agua, están
influenciados por fenómenos biológicos y, en consecuencia, los productos finales
dependerán del número y tipo de organismos que intervengan en ellos
CONSTITUYENTES MAYORITARIOS
lones Nitrato (NO3-), Nitrito (NO2- ) y Amonio (NH4+)
Fuentes generales de N a las aguas
La mayor parte del nitrógeno aparece en forma gaseosa en la atmósfera (78% en
volumen).
En forma oxidada constituye una relativamente importante fracción en los suelos y
sustancias orgánicas (teiidos de animales o vegetales que lo extraen de la
atmósfera para su metabolismo)
En las rocas sólo se presenta como elemento minoritario.
CONSTITUYENTES MAYORITARIOS
lones Nitrato (NO3-), Nitrito (NO2- ) y Amonio (NH4+)
Contenido de compuestos nitrogenados en el agua
•El ión nitrato es el más abundante en las aguas (entre 0.1 y 10 ppm, pudiendo alcanzar
200, y en ocasiones hasta 1000 ppm en aguas polucionadas.
Los nitratos pueden estar presentes en las aguas subterráneas bien como resultado de la
disolución de rocas que los contengan, lo que ocurre raramente, bien por la oxidación
bacteriana de materia orgánica.
Su origen en las aguas subterráneas no siempre es claro. Son relativamente estables pero
pueden ser fijados por el terreno o ser reducidos a N2 o NH4+ en ambientes reductores.
A menudo son indicadores de contaminación alcanzando entonces elevadas concentraciones
y presentando. por regla general, una estratificación clara con predominio de las
concentraciones más elevadas en la parte superior de los acuiferos libres
El tipo de contaminación a que es debida su presencia en el agua subterránea está
relacionado con las actividades urbanas, industriales y ganaderas y muy frecuentemente, con
carácter no puntual, con las prácticas de abonados intensivos inadecuados con compuestos
nitrogenados.
CONSTITUYENTES MAYORITARIOS
lones Nitrato (NO3-), Nitrito (NO2- ) y Amonio (NH4+)
•El NH4+y el amoniaco libre NH3. pueden aparecer como trazas aguas subterráneas
naturales, aumentando su concentración cuando el medio es fuertemente reductor. Este
compuesto es el producto final de la reducción de sustancias orgánicas o inorgánicas
nitrogenadas que naturalmente se incorporan al agua subterránea
Dado que la presencia de amonio favorece la multiplicación microbiana su detección en
cantidad significativa en el agua se considera como indicación de contaminación reciente
probable.
•El ión nitrito (NO2- ) puede estar presente en las aguas bien como consecuencia de la
oxidación del NH3 o como resultado de la reducción, microbiana o no, de los nitratos.
Su presencia en el agua ha de considerarse como un indicio fundado de una posible
contaminación reciente (dada su inestabilidad)
No obstante, la sola presencia de NO2- y NH4+ en el agua subterránea, no debe ser
considerada como resultado de una contaminación, sin analizar las posibles causas de
su presencia dado que, en un acuifero las condiciones de oxidación no son siempre
favorables y estos iones, incorporados de manera natural al acuifero, pueden mantenerse
durante cierto tiempo en equilibrio con su forma oxidada. el NO3-
CONSTITUYENTES MAYORITARIOS
lones Nitrato (NO3-), Nitrito (NO2- ) y Amonio (NH4+)
Nocividad y Toxicidad
•la contaminación producida por nitratos y nitritos en el agua puede producir:
•la impotabilidad del agua debida a la toxicidad del nitrito,,consecuencia de su acción
metahemoglobizante o hipotensiva, que puede producir metahemoglobinemia en niños
y cancer de estómago en adultos
•concentraciones elevadas en el agua de bebida puede producir también cianosis y asfixia
en niños
-el ion nitrito comunica corrosividad (oxidaciones) al agua y producen interferencia en
Fermentaciones
-respecto al amoniaco y amonio no se ha relacionado enferemedades con su exceso
el agua potable, aunque, obviamente, afecta a sus propiedades organolépticas.
Por otro lado, la OMS da un valor máximo recomendado de amoníaco de 1.5mg, la UE lo da
En 0.5 mg/l
CONSTITUYENTES MAYORITARIOS
Ion calcio (Ca2+)
Características químicas
•Sales desde moderadamente solubles a muy solubles
•Fácil de pp como CaCO3
•Química asociada a la de los iones HCO3- y CO32-, en aguas naturales, pudiendo pp o
disolverse con facilidad al cambiar el pH o PpCO2.
•Puede ser afectado por cambio de bases
Fuentes generales de Ca2+ a las aguas
•El calcio suele ser el catión principal en la mayoría de las aguas naturales debido a su
amplia difusión en rocas ígneas(<8%), sedimentarlas (30% -2%) y metamórficas.
•En rocas ígneas aparece como constituyente esencial de los silicatos, especialmente
en el grupo de las plagioclasas.
•En rocas sedimentarias aparece fundamentalmente en forma de carbonato: calcita y
aragonito, dolomía o de sulfato (yeso y anhidrita).
CONSTITUYENTES MAYORITARIOS
Ion calcio (Ca2+)
Contenido de Ca2+ en las aguas
•En aguas naturales la concentración varía de 10 a 250 ppm, si bien puede alcanzar hasta 600
ppm en aguas selenitosas.
•El agua del mar contiene aprox 400 ppm
•Excepcionalmente podemos tener salmueras de Cl2Ca con hasta 50000 ppm
•Los controles de la concentración de Ca2+ en el agua subterránea pueden resumirse en tres:
*equilibrio carbonático.
*aporte de H+ (función del aporte de CO2) e
*intercambio iónico.
Los dos primeros, íntimamente relacionados entre si, limitan la concentración de Ca2+
a la correspondiente a las condiciones de equilibrio en función de PC02. pH. HCO3- y CO32-; .
El intercambio iónico entre el Ca2+ y otros cationes (Na+ fundamentalmente), retenidos en la
superficie de minerales con los que entra en contacto el agua, se potencia notablemente en
terrenos arcillosos de baja permeabilidad.
CONSTITUYENTES MAYORITARIOS
Ion calcio (Ca2+)
Nocividad y Toxicidad
•Aporte de dureza y producción de incrustaciones
Investigaciones han relacionado la dureza del agua con enfermedades cardiovasculares,
si bien no está clara si dicha consecuencia es debida al Ca2+ y/o Mg2+ o a que los
metales son más solubles en aguas de mayor dureza.
CONSTITUYENTES MAYORITARIOS
Ion sodio (Na+)
Características químicas
•Solubilidad elevada y difícil de precipitar
•Afectado fácilmente por el cambio de bases
•Suele asociarse al Cl-, aunque no siempre.
•Las aguas naturales con elevados contenidos en Na+, suelen tener tb elevados contenidos en F•El Na+ puede ser adsorbido en arcillas de elevada capacidad de cambio catiónico y puede
ser intercambiado por Ca2+ del agua, provocando una disminución de la dureza de las aguas
(ablandamiento natural).
Fuentes generales de Na+ a las aguas
El Na+ es liberado por la meteorización de silicatos tipo albita (NaAlSi308) y la disolución de
rocas sedimentarlas de origen marino y depósitos evaporíticos, en que se presenta
fundamentalmente como NaCl.
Una fuente importante de Na+ la constituyen los aportes de agua marina en regiones
costeras, tanto por fenómenos de intrusión en acuíferos costeros, como por infiltración del
agua de lluvia a la que se incorpora desde el mar
CONSTITUYENTES MAYORITARIOS
Ion sodio (Na+)
Contenido de Na+ en las aguas
•Entre 1 y 150 ppm en aguas dulces, no siendo extraña su presencia en concentraciones
mucho mayores hasta varios miles de ppm.
•El agua del mar aprox 10000 ppm
•Las salmueras naturales pueden alcanzar los 100000 ppm (no sobrepasando generalmente
los 110000 ppm)
Nocividad y Toxicidad
•La presencia de sodio en cantidades elevadas es muy perjudicial para la agricultura ya
que tiende a impermeabilizar los suelos, especialmente en zonas de drenaje deficiente:
la presencia de Ca2+ y Mg2+ atenúa este efecto.
•En personas, un aumento de ingesta de Na+: aumento presión sanguínea
CONSTITUYENTES MAYORITARIOS
Ion Magnesio (Mg2+)
Características químicas
•Propiedades similares a las del ion Ca2+ pero más soluble y algo más difícil de precipitar
•La solubilidad de la magnesita (MgC03) en las aguas naturales es mayor que la de la
calcita (CaCO3) por lo que, en condiciones normales, el MgC03 no precipita
directamente de la disolución, de modo que, para un período dilatado de tiempo
puede producirse cierto grado de sobresaturación respecto a los diferentes carbonatos
magnésicos.
•Afectado por procesos de intercambio iónico
Fuentes generales de Mg2+ a las aguas
El magnesio, menos abundante que el Ca2+ en las aguas naturales, procede de la
disolución de rocas carbonatadas (dolomías y calizas magnesianas). evaporitas y de
la alteración de silicatos ferromagnesianos (23% en rocas máficas ígneas,
decreciendo con la acidez de la rocas), así como de agua marina.
CONSTITUYENTES MAYORITARIOS
Ion Magnesio (Mg2+)
Contenido de Mg2+ en las aguas
•Entre 1 y 100 ppm (en terrenos calcáreos) en aguas dulces, si bien no
suele sobrepasar 40 mg/l, en terrenos calcáreos puede alcanzar valores más altos
•En aguas salinas y salmueras puede llegar a algunos miles de ppm
•El agua del mar aprox 1200 ppm
Nocividad y Toxicidad
•Propiedades laxantes
•Da sabor amargo al agua con algunos centenares de ppm
•Contribuye a la dureza del agua
•A pH elevado puede precipitar como Mg(OH)2 incrustante
CONSTITUYENTES MAYORITARIOS
Ion potasio (K+)
Características químicas
•Solubilidad elevada y difícil de precipitar
•Afectado por el cambio de bases
•Adsorbido de forma pococ reversible por arcillas de las formaciones (paso de montmorillonita
a illita, para formar parte de su estructura, hecho que lo diferencia del Na). Este tipo de proceso
provoca que, a paser del elevado contenido en roca, las aguas tengan menos K+ que Na+,
Excepto en las aguas muy diluidas.
Fuentes generales de Na+ a las aguas
•Procede de la meteorización de feldespatos y, ocasionalmente, de la solubilización de
depósitos de evaporitas. en particular de sales tipo silvina (KCI) o carnalita (Mg CI2 6H20).
CONSTITUYENTES MAYORITARIOS
Ion potasio (K+)
Contenido de K+ en las aguas
•Entre 0.1 y 10 ppm en aguas dulces
•Extraordinariamente pueden alcanzarse en determinadas aguas cientos de ppm
•En salmueras pueden alcanzarse hasta 100000 ppm
•Agua del mar aprox: 400 ppm
Nocividad y Toxicidad
•No presenta problemas especiales a las concentraciones habituales y se trata de un
elemento vital para las plantas
CONSTITUYENTES MAYORITARIOS
Sílice (SiO2)
Características químicas
•Se cree que la mayoría de la SiO2 en el agua está en forma de H4SiO4, disuelta y coloidal, y
Sólo una pequeña parte está ionizada (SiO4H3-) a pH normales. Las aguas bastante básicas
pueden contener cantidades importante de sílice iónica, pero son raras en la nza, siendo la
solubilidad de la sílce bastante independentiente del pH hasta valores superiores a 9.
•La sílice iónica contribuye algo a la alcalinidad del agua
•El Co2 juega un pale importante al evitar que el pH suba, limitando así la solubilidad de la sílice
Fuentes generales de SiO2 a las aguas
•El origen fundamental de la sílice en el agua debe buscarse en los procesos de hidrolisis
de feldespatos y silicatos en general.
•El cuarzo o la sílice amorfa. por su baja solubilidad fuertemente dependiente de la
temperatura, no son fuentes significativas del Si02 del agua
CONSTITUYENTES MAYORITARIOS
Sílice (SiO2)
Contenido de SiO2 en las aguas
• La mayoría de las aguas naturales contenidos entre 1 y 40 ppm en SiO2 pudiendo
llegar hasta 100 ppm, en especial en aguas bicarbonatads sódicas.
•En aguas muy básicas puede llegar hasta 1000 ppm.
Nocividad y Toxicidad
• El mayor inconveniente ligado a su incrustabilidad en calderas y calentadores
CONSTITUYENTES DEL AGUA
CONSTITUYENTES MINORITARIOS
CONSTITUYENTES MINORITARIOS
CONSTITUYENTES MINORITARIOS
CONSTITUYENTES MINORITARIOS
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS
Y FISICOQUÍMICAS DEL AGUA
Características físicas y fisicoquímicas
Características físicas
Tª
•Responde a la
media general de la
Tª
del
lugar,
incrementándose
con el gradiente
geotérmico
C.E /
•Capacidad agua
conducir electricid
•Varía con Tª
•C, crece
paralelamente a
salinidad
•100-2000S/cm
Aguas dulces
>100000 S/cm
Salmueras
45000S/cm
Mar
Materia en suspensión
• material sedimentable
•<1 ppm (subterráneas)
Densidad Color
Turbidez
•Varía con Tª y
con salinidad
•1 gr/cm3
Aguas dulces
1.025 gr/cm3
Mar
1.2 gr/cm3
Salmueras
•Contenido mat.
coloidales y en
suspensión difícil
de sedimentar
•<1ppm SiO2
(subterráneas)
•<5 ppm Pt
Sabor
•Determinación organoléptica subjetiva de interés en agua
potable
•Aguas con >300 ppm Cl- saladas, > 400 ppm de sulfato son
saladas y amargas y con CO2 libre son picantes
Características físicas y fisicoquímicas
Características fisicoquímicas y químicas
pH
Rs ,TSD Alcalinidad
•pH= -log (H+)
•Generalmente:
de 6.5 a 8
Agua marina pH 8
•Varia con la Tª
•Rs : peso de
materiales al
evaporar 1l agua
•TDS: peso de las
sustancias
disueltas agua
•150-1500 ppm
Aguas dulces
hasta 300000
Salmueras
35000 ppm
Agua mar
•Capacidad de un agua para
neutralizar ácidos
• unidades ppm de CaCO3 o meq/l
•Miden el efecto de los iones:
CO3H- y CO32-, OH-, SiO4H3-, PO43BO3H2-, F-, etc (en aguas
subterráneas los últimos poca
influencia).
•Hay alcalinidad carbonatada y total
Ácidez
•Capacidad agua
para neutralizar
bases
•Raro que aguas
naturales tengan
Características físicas y fisicoquímicas
Características fisicoquímicas y químicas
Dureza total, permanente Alcalinidad
y temporal o carbonatada
•Capacidad de un agua para consumir jabón o
producir incrustaciones (ppm) . Contenido en iones
alcalino térreos, especialmente Ca++ y Mg++
•Dureza total: Ca2+ + Mg2+
•Dureza permanente: Ca2+ + Mg2+ (después
ebullición). Se pp carbonatos
•Dureza temporal: total Ca y Mg asociados a CO3H- y
CO32•Por definición: Dt= Dc+Dp
•Capacidad de un agua para neutralizar
ácidos
• unidades ppm de CaCO3 o meq/l
•Miden el efecto de los iones:
CO3H- y CO32-, OH-, SiO4H3-, PO43BO3H2-, F-, etc (en aguas subterráneas los
últimos poca influencia).
•Hay dos determinaciones TAC pH 4.5
TA pH 8.3
•TAC generalmente 100-300 ppm (a veces de
50-500)
•Mar: puede llegar a 1000 ppm
OTROS PARÁMETROS: DBQ (capacidad agua para consumir oxidantes en proc. Químicos)
Valores: 1 a 5 ppm de O2 (hasta 15 ppm en aguas no contaminadas)
DBO: Cantidad de O2 necesaria para eliminar MO del agua mediante procesos
biológicos aerobios
Valores: aguas subterráneas < 1ppm de O2. (+ elevados: contaminación)
Sin embargo,
¿Qué factor altera en mayor medida la calidad de un
agua?
FACTORES DE CONTROL DE LA CALIDAD NATURAL DE LAS AGUAS
INTERVENCIÓN ANTRÓPICA
Origen de la contaminación de la calidad natural de las aguas Antrópica
TIPOS
•Natural: Generalmente dispersas y no provocan concentraciones altas
•Industria: Tipos en función de industria
•Antrópica: Concentradas en determinados lugares, DISPERSAS y peligrosas
•Vertidos urbanos: La actividad doméstica produce principalmente residuos
orgánicos, pero el alcantarillado arrastra además todo tipo de sustancias:
emisiones de los automóviles (hidrocarburos, plomo, otros metales, etc.),
sales, ácidos, etc.
•Agricultura y ganadería: Los trabajos agrícolas producen vertidos de pesticidas,
fertilizantes y restos orgánicos de animales y plantas que contaminan de una
forma difusa pero muy notable las aguas.
•Navegación: Produce diferentes tipos de contaminación, especialmente con hidrocarburos.
Los vertidos de petróleo, accidentales o no, provocan importantes daños ecológicos.
FACTORES DE CONTROL DE LA CALIDAD NATURAL DE LAS AGUAS
Requerimientos calidad agua en función usos:
• El agua potable de consumo público. REAL DECRETO 140/2003, de 7 de
febrero, por el que se establecen los criterios sanitarios de la calidad del
agua de consumo humano (anexo I : parametros microbiológicos, químicos
radioactivos) animales
FACTORES DE CONTROL DE LA CALIDAD NATURAL DE LAS AGUAS
INTERVENCIÓN ANTRÓPICA
Alteraciones en el agua por contaminación antrópica
ANIÓN
INDICA
CATIÓN
INDICA
•Alteraciones físicas: color, olor, sabor, Tª, materiales en suspensión,
clorurosradioactividad, espumas, etc
salinidad
sodio
indica salinidad
nitratos
contaminación agrícola
nitritos
actividad bacteriólogica
•Alteraciones químicas:
pH,
OD,
DBO,
N
total,
P total, cationes,con
aniones,
comp.
calcio y magnesio
relacionados
la dureza
prevención de las caries, aunque
Orgánicos, radioactivos
del agua
es una práctica muy discutida
fluoruros
amonio
contaminación
con
•Alteraciones biológicas:
bacterias coliformes (desechos
fecales)
acción
anaerobia
virus, (desechos
fecalesbacteriológica
y restos orgánicos)
fertilizantes
y heces
animales y plantas y microrganismos
diversos
(aguas negras,
etc.)(eutrofización)
sulfuros
metales pesados
cianuros
fosfatos
efectos muy nocivos; se
bioacumulan
en la cadena
contaminación
de origen
industrial
trófica
detergentes y fertilizantes
FACTORES DE CONTROL DE LA CALIDAD NATURAL DE LAS AGUAS
INTERVENCIÓN ANTRÓPICA
Clasificación sustancias contaminantes
Bacterias virus protozoos
Desechos Indicador:
orgánicos (humanos,
nº bacterias
coliformes
animales)
Indicador:
Ácidos,
sales, metales
DBO, OD
NitratosTóxicos
y fosfatos
Producen eutrofización
Moleculas orgánicas (petróleo,
gasolina, plásticos….)
Agua caliente procedente
De centrales térmicas,
Industrias
Elevan Tª ---<O2 (<desarrollo vida)
FACTORES DE CONTROL DE LA CALIDAD NATURAL DE LAS AGUAS
INTERVENCIÓN ANTRÓPICA
Problemas específicos asociados a acuíferos subterráneos/aguas subterráneas
Agotamiento
Cuando se produce explotación intensiva, sequía u otras causas que van disminuyendo el nivel
del agua contenida en el acuífero se derivan problemas ecológicos.
Ej. Tablas de Daimiel,
Si acuíferos zona de costa: intrusión marina
Contaminación directa.
Tipos:
•Lixiviados de vertederos de residuos urbanos y fugas de aguas residuales
que se infiltran en el terreno.
Puntuales (afectan
a zonas
muy localizadas)
•Lixiviados
de vertederos
industriales, derrubios de minas, depósitos
de residuos radiactivos o tóxicos mal aislados, gasolineras con fugas en sus
•Uso
excesivo
fertilizantesetc.
y pesticidas en la agricultura o en las prácticas
depósitos
dede
combustible,
forestales.
Difusos (contaminación
dispersa
en zonas amplias,
en las que
no fácil identificar
ppal)
•Pozos sépticos
y acumulaciones
de purines
procedentes
de las foco
granjas.
•Explotación excesiva de los acuíferos que facilita el que las aguas salinas
invadan la zona de aguas dulces, por desplazamiento de la interfase entre
los dos tipos de aguas.