HIDROLOGIA ISOTOPICA

Víctor Andrés Machado Bervel

TEOBALDIS MERCADO MADERA

PhD. Ciencias Hídricas

Universidad De Córdoba

Facultad De Ingenierías

Ingeniería Ambiental

INTRODUCCION

El agua es un recurso natural limitado y probablemente entre los de mayor

consumo en el mundo. En este sentido es necesario buscar la sostenibilidad y una

mejor calidad de los recursos hídricos, determinando acciones y alternativas que

permitan que se lleve a cabo una exploración y una explotación de los recursos

de manera adecuada siempre buscando la viabilidad y la sostenibilidad de estos.

para esto es indispensable buscar técnicas que permitan una mejor gestión de los

recursos. Una de las técnicas más empleadas es la hidrología isotópica, técnica

nuclear basada en el análisis químico de isotopos radioactivos y estables para

estudiar los movimientos del agua en el ciclo hidrológico.

OBJETIVOS

General

- Reconocer la hidrología isotópica como una técnica apropiada para el

estudio y gestión de los recursos hídricos.

Específicos

- Identificar los diferentes problemas hidrológicos con respecto a la

gestión de recursos hídricos.

- Mostrar cómo se realiza un estudio a partir de hidrología isotópica y las

aplicaciones que esta tiene junto con otros campos de estudio.

METODOLOGIA

Del total de los recursos hídricos de la Tierra, sólo el 2,5% es agua dulce – el resto

es salada. La mayor parte del agua dulce se encuentra en los hielos polares o

como humedad del suelo, o bien a profundidades inaccesibles en acuíferos

subterráneos, con lo cual queda menos del 1% disponible para su utilización.

El desarrollo humano sostenible depende de la disponibilidad de agua. Se calcula

que más de un tercio de la producción mundial de alimentos se basa en el riego,

del cual una proporción importante puede depender de recursos de aguas

subterráneas no sostenibles. A pesar de los progresos alcanzados en los dos

últimos decenios para mejorar el acceso al agua potable, alrededor de 1 100

millones de personas todavía carecen de este recurso. Las zonas de escasez y

penuria de agua son cada vez más numerosas, particularmente en África

septentrional y Asia occidental. En los próximos dos decenios se espera un

aumento del 40% en la demanda total de agua. Para 2025 dos tercios de la

población mundial podrían estar viviendo en países con escasez de agua

moderada o grave.

El reto es cómo gestionar este recurso finito, en la actualidad y en el futuro. Por el

hecho de que los recursos de agua dulce con gran frecuencia son compartidos por

más de un país dentro de una región, se necesitarán acciones a niveles nacional e

internacional para mejorar el acceso en las regiones que carecen de agua y

mejorar el uso eficiente en aquellas regiones que tienen agua actualmente, de

modo que esos recursos puedan mantenerse para las futuras generaciones.

La clave para la gestión sostenible de los recursos hídricos consiste en poseer los

conocimientos necesarios para tomar las decisiones apropiadas. La hidrología

isotópica es una técnica nuclear que utiliza tanto isótopos estables como

radiactivos para seguir los movimientos del agua en el ciclo hidrológico. Los

isótopos pueden utilizarse para investigar las fuentes de aguas subterráneas y

determinar su origen, su forma de recarga, si existe riesgo de intrusión o

contaminación por agua salada, y si es posible utilizarlas de manera sostenible.

ISOTOPOS EN LAS INVESTIGACIONES HIDROLÓGICAS

En las fases de evaporación y condensación, la concentración de isótopos de

oxígeno e hidrógeno en una molécula de agua sufre pequeños cambios. Como

resultado de ello, en diferentes etapas del ciclo hidrológico el agua queda

marcada, de manera natural, con huellas isotópicas que varían en función del

historial de una masa de agua en particular y de su recorrido por el ciclo

hidrológico. Se denominan isótopos a los átomos de un elemento que son

químicamente idénticos y físicamente diferentes. Las ciencias nucleares pueden

distinguir entre ellos valiéndose de la espectrometría de masas para “pesarlos”.

Tanto el hidrógeno como el oxígeno, que son los elementos constitutivos del agua,

contienen principalmente isótopos ligeros. Cuando el agua de los océanos se

evapora, los isótopos más pesados se condensan primero y caen en forma de

lluvia antes que los más ligeros. Es en los océanos donde se genera la mayor

parte del vapor de agua en la atmósfera. Por consiguiente, mientras más alejada

de la costa sea la precipitación, menor será la cantidad de isótopos pesados que

contenga.

En cada etapa del ciclo hidrológico, se registra un pequeño cambio consistente en

una diferencia en la concentración de isótopos de oxígeno e hidrógeno en el agua

que es tan singular como una huella dactilar. Los isótopos de los contaminantes,

como trazas metálicas o compuestos químicos disueltos en agua, también ofrecen

pistas sobre sus orígenes.

Como se sabe, los isotopos se presentan en diferentes concentraciones en aguas

de distinto origen. Las cantidades y las relaciones de varios tipos de isotopos

describen, o trazan, las características del origen del agua. Por ejemplo, los

isotopos ambientales indican la procedencia de las aguas subsuperficiales, la

presencia de una recarga reciente por la lluvia o por las aguas superficiales. La

edad de las aguas subterráneas y las interconexiones entre las aguas

superficiales y las subterráneas o entre dos acuíferos. Por consiguiente, ayudan a

la hidrología a conocer los sistemas hídricos, que generalmente son bastante

complejos y que, en el caso de los sistemas hídricos subterráneos, solo pueden

observarse directamente en muy pocas localidades.

El cuadro resultante permite a los hidrólogos trazar mapas de las fuentes de agua

subterránea; por su parte, los climatólogos pueden reunir datos más fiables sobre

la evolución climática y determinar la repercusión de sucesos futuros cuando se

producen los cambios climáticos. Los isótopos ofrecen la posibilidad de abarcar

períodos prolongados de fenómenos meteorológicos de miles de años de

duración.

COMPOSICIÓN ISOTÓPICA EN AGUAS SUBTERRÁNEAS

Cuando las precipitaciones se infiltran y alimentan las aguas subterráneas, la

mezcla en la zona no saturada del acuífero suaviza la variación isotópica, de modo

que el agua adquiere una composición que se corresponde con la composición

isotópica media de la infiltración en el área, aunque se pueden producir algunas

diferencias debido al hecho de que no toda la precipitación anual se infiltra en

igual proporción. Por ejemplo, a la temperatura de un determinado sitio

continental, las precipitaciones del verano o el invierno se reevaporan parcial o

totalmente desde el suelo antes de que tenga lugar la infiltración. En el acuífero, la

composición isotópica del agua no sufre un cambio ulterior a menos que se

produzcan intercambio con el oxígeno de las rocas. Estos procesos de intercambio

son por lo general muy pequeños a la temperatura normal del acuífero y sólo

notable en el caso de las aguas termales (Craig, 1963 ).

La composición isotópica de las aguas subterráneas, se relaciona entonces con la

de las precipitaciones en la región de recarga del acuífero en el tiempo en que

ésta ocurre. El agua subterránea puede tener un origen antiguo, del orden de

varios miles o decenas de miles de años y las condiciones climáticas de la región

en el tiempo de la recarga puede ser diferente a la actual.

Las aguas subterráneas pueden ser recargadas solamente por aportes

procedentes de aguas superficiales, tales como agua de ríos o lagos o por

infiltración vertical de aguas estancadas. En este caso las aguas subterráneas

reflejan la composición isotópica media de los ríos o los lagos en lugar de la

composición de las precipitaciones locales. Las ríos pueden colectar aguas que se

originan de precipitaciones ocurridas en diferentes áreas, por ejemplo en regiones

montañosa su contenido isotópico debe ser más bajo que las precipitaciones en

zonas llanas debido al efecto de altitud.

En el caso de lagos o embalses las aguas pueden encontrarse considerablemente

enriquecidas en isótopos pesados debido a la evaporación. Este enriquecimiento

puede estar limitado por el intercambio con la humedad atmosférica, de modo que

la magnitud del mismo es mayor cuando la evaporación es más intensa, tal como

ocurre en los lagos cerrados de las regiones áridas.

LABORATORIOS DE HIDROLOGÍA ISOTOPICA

Las técnicas nucleares en que se emplean isotopos se han convertido en

instrumentos preciosos que suelen combinarse con otros métodos de

investigación para el estudio de los recursos hídricos. La sensibilidad de los

instrumentos y equipos modernos, como los contadores de centello líquido,

permiten detectar con precisión cantidades intimas de isotopos radioactivos

ambientales en el agua. Esas técnicas figuran cada vez más entre los

instrumentos de investigación que emplean los científicos de los países en

desarrollo donde se han establecido laboratorios de hidrología isotópica ambiental

durante los últimos 20 años.

El objetivo primordial de los laboratorios de hidrología isotópica ambiental de los

países en desarrollo es brindar apoyo analítico adecuado para la aplicación de

técnicas isotópicas a los problemas hidrológicos de importancia practica. Además,

pueden prestar apoyo a las investigaciones en campos afines, como la exploración

geotérmica, la geología, la geoquímica y los estudios sobre el medio ambiente.

Debería apoyarse en mayor medida una esfera de trabajo tan amplia.

Actualmente, algunos laboratorios pertenecen a instituciones nacionales que

participan directamente en la evaluación y gestión de los recursos hídricos,

mientras que otros pertenecen a institutos de investigaciones que forman parte de

las comisiones nacionales de energía atómica (AEC) o de las universidades.

El personal que trabaja en estos laboratorios es un personal que ha recibido

formación hidrogeológica, hidrológica o en ingeniería hidráulica. También tiene

experiencia práctica en la perforación y los ensayos de pozos, la medición de

niveles piezómetros y descargas, la toma de muestras de aguas superficiales y

subterráneas para análisis químicos, la cartografía y otros campos.

No obstante el éxito de la creación y funcionamiento de un laboratorio de

hidrología isotópica ambiental dependerá, en última instancia, de las personas que

intervengan en el proceso. Con una personal científico motivado, calificado y

decidido, el laboratorio podrá convertirse en un importante centro de esfuerzos

nacionales para resolver problemas prácticos y proteger valiosos recursos

naturales.

ESTUDIO DE CASO: VALLE CENTRAL, COSTA RICA – ACUIFERO BARVA.

Las técnicas isotópicas, por si solas y en combinación con técnicas

convencionales, son fundamentales para determinaciones y evaluaciones de las

aguas subterráneas que no serían posibles de otra manera. Estas incluyen la

determinación de las zonas de recarga, la identificación del origen de ciertos

contaminantes y el seguimiento de moléculas de agua para determinar

velocidades de transporte y recarga.

Los acuíferos que subyacen el Valle tienen gran importancia para la población, ya

que proporcionan agua a más de un 60% de los habitantes de la Gran Área

Metropolitana (GAM), lo cual equivale a cerca de un millón de personas.

Desafortunadamente, estos cuerpos subterráneos de agua son sumamente

vulnerables a la contaminación debido a la gran porosidad y permeabilidad de las

rocas y los suelos que los cubren y a la alta precipitación de la zona

Es por esto que, desde hace varios años, se han venido realizando proyectos para

determinar el impacto de las actividades humanas sobre las aguas subterráneas.

El Proyecto Acuífero Barba forma parte de un programa regional de investigación

en acuíferos en América Latina, financiado por el Organismo Internacional de

Energía Atómica (OIEA) y por la UNA. Para lograr los objetivos se ha utilizado una

combinación de técnicas isotópicas y técnicas tradicionales en la determinación de

áreas de recarga, flujos y origen de ciertos contaminantes en el acuífero.

Primeramente se definió el modelo conceptual de este cuerpo de agua y se

estableció una red de monitoreo de aguas de lluvia en las que se analizaron los

isótopos ambientales (O18 y deuterio), que al compararse con la identidad

isotópica de las aguas del subsuelo permitieron determinar las principales áreas

de recarga. Las técnicas isotópicas, además, han permitido obtener una especie

de “huella digital” de los nitratos en las muestras de agua y así dar seguimiento a

este contaminante hasta su origen. Esto ha permitido identificar a los principales

culpables de este tipo de contaminación: a) la descarga constante hacia el suelo

de sustancias nitrogenadas desde los tanques sépticos, extensamente utilizados

en zonas urbanas y rurales y b) los fertilizantes nitrogenados aplicados en las

plantaciones de café.

El vínculo identificado por el Laboratorio de Hidrología Ambiental entre el

desarrollo urbano desordenado, la agricultura y la contaminación del agua

subterránea es ahora de conocimiento público. Los resultados de este y otros

proyectos apoyados por el OIEA están siendo tomados en cuenta para promover y

justificar la puesta en práctica de regulaciones relacionadas con la disposición de

desechos humanos e industriales, el uso de agroquímicos y la planificación

urbana.

CONCLUSION

La utilización sostenible de los recursos hídricos es una responsabilidad mundial.

A través del ciclo hidrológico, toda el agua de la Tierra es afectada por la actividad

humana. Ante la amenaza cada vez mayor de una creciente escasez de agua, las

decisiones sobre los lugares de extracción, el volumen que se ha de utilizar y la

manera en que se ha de gestionar, deben basarse en información fidedigna si

queremos proteger estos preciosos recursos hídricos para las futuras

generaciones. La hidrología isotópica es una importante herramienta que se utiliza

en todo el mundo para proporcionar información necesaria para adoptar las

decisiones correctas ahora y para el futuro.

BIBLIOGRAFIA

• Laboratorios de hidrología isotópica ambiental en los países en desarrollo.

BOLETÍN DEL OIEA, 4/1991 (por Roberto Gonfiantini y Willibald Stichler).

• Artículo: “Gestión de los recursos hídricos mediante la hidrología isotópica”

(julio 5, 2013).

• Laboratorio de Hidrología Ambiental (LHA) de la Universidad Nacional

(UNA).