REPORTE DE INVESTIGACION del Instituto de Geografía

-a nF

gsperanza F'RANCO RAMÍREZ, ,Juan R. FAGTJNDO CASTILLO,

y Jesús M. p A~T ÓN MOIITT,J o~

Resultados de los estudios hir'lroqu!micos

renli zados en el Pan de Gu~,jai. bÓn , en (>1 periodo

25 de enero a 17 de febrero de 1986

Noviembre

Geogratia

ACADEMIA DE CIENCIAS DE CUBA

Rsperanza FRANCO RA.MÍREZ, Juan R. FAGUNDO CASTILLO,

. y ,Jesús M. PA~TÓN HORT•;,Jo~

R~~u1tados de los es tudi .os hirlroqu~mioos

r.enlizados en el Pan de Gun.iai.bÓn , en ~1 periodo

25 de enero a 17 de :fehr~ro de 1986

No. 11 Noviembre de 1987

::''aiaUJ.tados de +os · estu~io~s hi~ro~~fm·i,&~'s reali'zados ett . e], 'P~ · cie· GU¡.ajaibÓn en el per.:fodo 25 de enero a .17. de .febréto de 1986*

·Esperanza FRANCO RAMOOZ**, Juan R. FAGUNDO CASTILLO***,

y JésÚs M. PAJÓN MORÉJ.ÓN***

RESUMEN. Se presentan los resultados de las inve s tigaciones hidroquÍmicas efectuadas en el Macizo Pan de Guajaibon en ei

. 1perÍOdo 25 de enro a 17 de febrero de 1986 duran te loa trabajos :conjuntos entre

1

la Universidad de ·silesia, la Academia de Cien­.! cias de Cuba y el Centro Nacional de Investigaciones Cient:Ífi-! cas,. con el objetivo de caracteriz~r cu~titativamente,el ~esa­r:rollo de los procesos de denudacion quimica y evolucion carsica

· en condiciones tropicales.

En este e Bt udiO se arrnliza de fo rma s i st emática el ~omporta­miento quÍmico-fisico de las aguas de tres puntos de muestreo: Resurgencia Canilla, Surgenciá Ancón y Resurgencia Ancón II, que drenan agu 0 del macizo cars ico. L a· evolución de estas aguas es estudi ada~ l o . largo d9 ~n pe; f~l y se exponen los resultados , de las determinaciones quinu.co-fisJ_cas realizadas en l ::i s cuencas de los ríos San Marcos y Del Medio, aledañas a esta región. ·

INTRODUCCIÓN

A partir del añc> 1984 comenzaron a desarrollarse en el área del

Pan de GuajaibÓn, Sierra del Rosario, investigaciones cientÜi- .

cas encaminadas a analizar cuantitativament e los proces os de de­nudación y evolución del Karst en condiciones tropicales, como

parte de un programa de colaboración conjunta cubano-polaca en~ tre la Universidad de Silesia, el Instituto de Geografía de la

' Academia de Ciencias de Cuba y el Centro Nacional de Investiga-

c-iones Científicas, en el ma rco del Proyecto Internacional para la Génesis y Evolución del Karst (PIGEK) que auspicia le. Comi­

sión Internacional d e Qufmica-FÍs ica e Hidrolo gía del Karst de

la Unión Internacional de Es peleolo gía (UI~).

*Manuscrito aprobado en julio de 1986. '**Instituto de Geogra fía, Academia de Ciencias de Cuba.

***Centro Nacional de Inves tigaciones Científicas.

1'\ (' . ' . · )';~ m pro~a de .investigación comprendió como mínimo dcr~ : ~•..:. ' .-: . - 1,~ ~

peñas géi'>~:ice.s :Cen períodos seco y húmedo) y un muestreo : ' . ' ~ . .., (

mensual d~te- el año; le.s de período seco han coincidido con e:ítpedicioaes ·~onjurite.s de una duración aproximada de 1 mes

'(1984; 19Ef5;':· 1986). En el pr.esente artículo se expon~n los re­

sulta.dos obt~idos; en esta Última campaña (25 de ·enero a 17 de

febrero de 1986).

El objetivo fundamental, de este estudio, es el de presentar los resulte.do.B de .las invéstigaciofies fÍsico-qu:imicas de .campo,

y dar a conocer la complejidad de los procesos de interacción 1 ., _ . '

agua-roca qde ocurren en· la región, referidos al periodo de ac-

tividades del año 1986.

Los primeros resultados obtenidos en el área han sido repor­

tados con anterioridad por diferei1~es autores: PU,lina et al.; 1984; :F~undo et al~• 1986; y Rodríguez et a.1.; · 1986 los que sé han referfd() ~t Cara.eterización Geoqu:fmica¡ Contenido d._: co2 e~ la atmósfera exterior, en las cuevas y en las aguas; Variación · ·

diurna de la conductividad, pH y temperatura; Características

hidrolÓeicas e hidroquÍ~icas y detenninaciÓn cuantitativa de la

denudnCiÓn química en el Macizo Pa.:tl de GuajaibÓn.

MATERIALES y M~Toros

Durarité la expediéión fueron realizadas en el campo mediciones de caudal~ . t~pér~tura, pH, conductividad, oxigeno disuelto y

análisis qÜlmfoo de co2, HCOj, co3, Cl-, so¡, dureza, Ca+, Mg+

y Na++ K+ (eirte Último por ·.diferencia de aniones y cationes). '

.: t

Los anh~1s se desarrollaron "in situ", mediante las técni.,. .-.. ~

cas reporladal!J por Markowicz y Pulina ( 1979); siendo los datos

procesados mediante el programa AGMAR basado en un modelo geo­quÍmico d.e interacción de aguas naturales, altamente minerali­

zadas y el medio geológico (Fagundo y Valdés, 1985)'.

Las détenninacio~es electroqu:imicas, se realizaron con equi-;

pos portátiles de campo: un pH-metro y un conduct:&netro de.la

2

pólaéa MERA ELWRO; y un equipo de ·. elect:poQ.o selectivo

fAbricaciÓn alemana para la detenniÍ1.aciÓn de· o2 •

RESULTAOOS Y DISCUSIÓN

En la Fig. 1 se presentan los puntos de contrOl: Resurgencia

",;:' éa.nilla, Surgencia Ancón y Resurgencia Ancón II1 donde se efectúan

de forma s}.stemática las det.erminaciones qu.Ímico-ffsicas; las

Fi:gs. 2A~ B y C muestran los res.ul tadoS' para el estudio cuanti­

tativo de la denudación qu{mica.

Como se aprecia en las Figs. 3A, B, C ;tas variaciones del pH . y la conductividad fueron muy pequeña en los tres puntos de mues­

treo (Tabla 1).

Se muestra en las mismas figuras a partir de diagramas de

Sti!f que la composición química relativa de estas aguas también

varió poco. Por lo general son aguas bicarbonatadas cálcicas ·y

bicarbonatadas-cálcico-s~dicas en menor medida.

Los efecto1

s de la variación climática se reflejaron rnás en

las aguas de las resurgencias Canilla y Ancón II que en la Sur­

gencia Ancón. Esto se debió a que la Última es exclusivamente

de tipo autóctono; mientras que en los otros dos sitios existen, a¿emás, aportes alÓctonos al macizo cársico (Tabla 2).

En la Fig. 4 se presentan los result a dos de la evolución

quÍmico-ffsic~ de las aguas de los arroyos. Ancón y Fernando. En

el primero, qué se origina en una exsurgencia autóctona tiene un

breve recorrido epigeo, sus aguas son capta das pare ialmen te por

un ponor y tras un e orto trayecto hi;;ogeo reaparecen en la deno­minada Resurgencia Ancón II; el Arroyo Fernando que proviE;ne de

un manantial situado en las faldas del macizo del Pan de Guajai-

.. bÓn posee también una ruta similar al anterior, confluyendo con

este subterrerneamente en la misma área de la Resurgencia Canilla;

ambos arroyos .s.e integran en esta región y drenan sus aguas ha­cia el R:fo San Marcos (Fig. 1).

3

t Las aguas de estos arroyos son del tipo bicarbonatadas-

cá:lcicas y su milleralizaciÓn es del mismo orden ('.Fig. 5); la di:;

f.erencia fundamental radica en el contenido de co2• Las. aguas procedentes del macizo carbonatado tienen muy bajos valores de e&te gas (entre O y 1,1 mg/l), mientras que la del Arroyo Fer­nando posee: valores relativamente más altos (entre 7,7 y 10,3 mg/l).

La Fig. 6 presenta los resultados de las propiedades qu{mico­fÍsico de las aguas muestreadas durante el transcurso d·e la expe­dición, en la región comprendida ent r e las al turas de Mil Cumbres y las proximidades del poblado de La Palma. Las mismas atravie­san secuencias de distinta na turaleza geológica y estructural. Los depósitos presentes en esta área contienen bloques y frag­mentos de calizas, areniscas, diabasas y serpentinitas.

En la Fig. 7 se pone de manifiesto que las aguas asociadas a las secuencias carbonatadas (número 60, 72 y 73) son del tipo bicarbonatadas-cársicas; las relacionadas con las rocas serpen­tinÍticas (nÚmero 66, 67, 68 y 70) son del tipo bicarbonatadas­magnesianas. Producto de la interrelación de estas aguas se originan otras con mayor o menor aporte de los iones ca+ y Mg+, en dependencia del grado de mezcla (nÚmero 65, 69, 75 y 79).

CONCLUSIONES

1. En el período estudiado se observó poca variación en la com­posición quÍmica relativa de la T, el pH y la conductividad de las aguas de los puntos de control sistemático seleccio­nados en el Macizo Pan de GuajaibÓn. Esto se debe, fundamen­talmente, a los pocos cambios de las condiciones climáticas ocurridas en este período.

2. Las aguas representativas de las surgencias autóctonas pre­sentaron menor fluctuación de la conductividad y el pH que las aguas procedentes de resurgencias con aportes mixtos alÓc­tonos y autóctonos.

._, ~_;;:}·,;:,:::r: :>tr~:_ · _' ·< ;.':-~? {·'. · :·>}·':_·~--<;~:-:-~ _"~--:~·':'=;'\ ,,-: .. .. ·. · -,.. · : _ ~ .• \,· · ~ • trt.., .. ~f.· ~c--~s~ciadatt'a · 1os_ ' inacfzoa · · car'bofrat~dos ,·· __ - __

íri_~te ~ic~rb~nat~das-bálc:ÍC~s' miénti-é.s q-~e ::ta.~ asó-pia­

-'~:~1.as rocas .s erpent inÍ t icas son: del- tipo b icarb~na tadas . . ~

·~;magnesianas. · ·~·:

Ji:Producto de la :interrelación de estas aguas se originan en

~--~1 área otras aguas que poseen en su composición quimica un

;'Jna-yor o menor contenido de los iones Ca++ y Mg++, en depen­

del grado de mezcla •

. REFERBNCIAS

,,egundo, J. R., y J. J. Valdés (en prensa): Nuevo algoritmo pa­,, ra el cálculo de parámetros e f.ndices químico-físicos y geo­·,·.··-· q:uÍmicos en aguas natural es altament e mineralizadas. Rev. ''"'' · · CENIC ¡_{: --... ~·

~~a.gundo, J. R., J. J. Val<lés , J. E. Rodríguez, J. M. Pa~ón, , A. v .. de la Cruz ¡j¡ ¡¡¡J.. (1986): - Es ·tudio preliminar ' sobre. el .•.:_ . . proceso de deniidHciÓn cársica ~n el polígono Experimental Cu­>. bano--Polac o del Pan de Guaj aibon. Rev. Vol. Hid., 70-71 "~'' ' (12)-: 11-15.. - - -

VlVh:i:tkowicz, M., y ·M. Pulina ( 1979): Ilosciowa polmicroanaliza '' · chemizna Wod W~ Obszarach Krass Wegianowego. Universitet

Sias kg, Katowice, Polonia-;--i'b7' p • . ~ . ' - , . , Pulina, M., J.- R. Fagundot J. J. Valdes, J. E. Rodriguez, A.

Kozik, _tl al. (1984):. The dinamic of the conteml°rary Karstic rocesses in~ •tropicar-area of Cuoa. Univ. S eslog, Sos­

rowiQe, O P•

~dffguez, J. E., J. R. Fi¡gundo, F. C_utie, C. Cruz1

y E. Fr~nco en prensa): Hidrologia cársica del Macizo del Pan de Guajai-,.

· bÓn, .P. del Rfo, durante el afio hidrológico Noviembre de 1984-. óctub:r;e de 1985. Rev. Cien. Tierra Espacio. · .·

.ABSTRAC~. The resul ts of the hydrochemical r esearches cai'ried out on the Pan .de GuajaibÓn mas Gif f rom January 25 to Februm:·y

' '17, 1986 ·are present. This is part of the joint vmrko betwecn the Universi ty of Silesia., the· Academy of Sciences of Cub a of á.nd the Cuban National Centre of Sientific Research with the aim

~, t'o show the development quantitative character:istics. of tl].e che-­mical· denudation process and karstic evolve in tropical condi-

li(ttons. · ~ .,_. .

·t;· tri this study the chemical-physica l perform of waters from ' three sompling points is system~Ucá1ly analizéd: Resurgence ·Canilla, Surgence Ancón and Ancon II ~esurgence, which drain wa­_ter fróm karstic massif. The evolve of these waters e.long a

. pro file is. studied, end the chemical-physical determinations ; carried out on tñe ba,s ins o f ·San Marcos and Del Medio ri vers, ' , -~hat are near to this region,. are exposed.

5

Tabla l.J. Coef'icientes de Variación de1 pH y 1a conductividad~) (SPC) para 1os diCerentes puntos de muestreo.

Parámetros

pH

SPC

Canilla N cv

19 0,05

19 0,02

Co~Cioiente de ~ariaciÓn (Cv)

Surg. Ancón Resurg. N cv N

18 0,04 18

18 0,02 18

Tabla 2. ,. Coeficiente de Variación de la temperatura (T) los diferentes puntos de muestreo.

Coeficientes de Variación (cv)

Parámetros Cani11a Sur~. Ancon Resur~.

N Cv N Cv N

T 17 o,o4 16 0,02 15

6

. ,. Ancon I

; cv i

1

º·º~ o o~

t ¡

para

Ancon I .

e

o,o

Puntos de mu e streo en el I~calizaci~n de lns área de estudio.

600m

• Puntos de Muestreo

..... 425/Curvos de nivel

,-~- ,,,. Curso subterráneo '

. -- . · · - ·· .- -0 25

co- Hco3 co3 CL- so¡ ca• M9+ + + + 2 No+K caeo, M '

No. Ola Hora TW pH u1,.t:J mg/l mv/I mQ/'I mvll mo'I mvll mg/I mv/I mo/I mv/I mg/I mv/1 mg/I mv/I mO/I mg/I

1 , '

01-2e 11:150 21·8 7. 1 290 15.15 3 -00 183;0 o o 0·4C 14.2 o.se 41·3 2.5C 50.0 0.150 e.o 1.25 1.50 119.a

i 2 01-29 11:00 21·6 7,5 295 6·2 182·9 ;

3 Ci-30 12:00 21 .2 7.0 279 3.15 172 . 9

4 01·31 17:40 21·8 7.2 291 - 180·4

5 02-1 113:17 21·8 7.2 290 2.2 119.s

6 02·2 16'.4( 21·8 8 ·1 290 3.3 179·8·

7 02- 3 12 : 3( 22.0 8·0 287 1.!5 1

177-9 ¡

a 02·4 13'0! 20.1 8·1 290 1-1 119.el -

9 02·5 14:4c is.o e.o 290 3.3 119.e

1 10 02-6 10:50 21.2 a.o 290 1.1 179.e ;

1 11 02-7 111:20 - 7.9 300 186·C -

~ -- --- ----~.

' 12 02-8 10!5!1 - 8·0 298 - 184.7 l ~

13 02- 9 13:3c 22.2 e.o 29!1 2.2 3.00 183.0 o o 0.49 17. 4 o.as 32.S é .3d 51.2 0.44 !l. 3 1.17 150 182.9 - r---"'.' . - -- !--

14 02-10 11:10 22.2 a.el 300 2.4 IH·OI -l!I 02-11 10:00 22;2 7.9! 295 - '

182.9 , : - !

16 02-12 12:20 21.8 1.a 285 - 176.7j

17 02-12 115:20 22.0 7.8 2815 - 176.7

18 02-13 10:50 22.0 7.8 29( 2.2 .. 179 .8

19 02-14 9,¡7 22.0 7.65 305 2.2 3.20 195.2 o o 0.45 16.0 o.os 3.4 2.52 50.4 0·36 4.3 0 .95 14'4 189.l -···- . ~ .. - 1 1 .. ~,,.,....

--~-·-

Fig. 2A. Caracter:isticas f'Í.sico-quin¡icas de 1.as agu_as de 1.a Resurgencia Canill.a (enerc-~ebrero-1~86).

o

Na. Di11 Hora TW

+ ~ - --·-~----~

c215 co2 ' Hco; co; cL- so4 ca+ Mo+ Na+I< cocoi M 1 ~ 1-~..-:-~~--r~-+~-..-~-+----,~--if---.~-t-~-.-~-t-~+---'t---

u 1 / c.l mQ/I mv/I mo/I mv/I mo/1 mv/I 1119/I mv/i mQ/I mv/I mo/I mv/I mg/I mv/I mg/I mg/I

38 Ol"29 12' 4( 22.0 7.0 340 12 .3 3.!l!I 216.6 o

39 01· 29 13"-00 22.2 7. 7 3311 -

40 01-~ 123!1 22.3 7.1 318 11.0

41 01-31 17 :!0 - 7. 2 328 -

'42 02-1 1!1:40 21.!5 7.2 !311 11.7

'43 02·2 111:40 22.11 7.8 33!1 3.3

4!5 02-4 12<08 21.!I 7.4' 330 ll.11

415 02-s 1<1:oc 20 .2 1 . ..c 3M 11.11

47 02-e 10:!0 20.e 1.11 330 <1.4

48 02-7 14:11( - 1. 11 3!10 -

49 02-8 11 :10 - 7.& 340 -

110 02-9 14:110 - 7.!I 3411 •.• 3.711 228.8 o

111 02-ic 17:!15 22.7 7.& ' 3311 10.6

112 02-11 lo:2c 23.2 1.2 348 -

' 113 02•12. 12:!0 23.0 7,3

r 54 02- 12 11:20 22.8 7.4

340 -

350 u.o

' 55 02-M 14:0< 22 .8 1.4/S 3158 K>:s 3 .eo 21t.e o

o 0;40 14.2 1.12 !53.2 3.18 83.6 0.40 4.9 1·49 179 210.e

207.7

97. 1

1203.3

207.T

'l<!T. 7

2.041.e

204·8

209.!5

204.8

217.0

2IO·ll

o o.4c 14.2 o .e.e 40.3 3.24 84.8 o.40 4.8 1.311 112 21&.9

207.7

213.t

210.1

217.0

o 0.41 14.8 º·~ .23.0 3.24 64·8 0.36 4.3 · 0.19 110 210.r

Fig. 2C ° Caracterfsticas ffsico-quÍmica s de las a guas d e la Resurgencia AncÓn (Ancón II) (enero-fe brero-1986). ·

9

8·5

8

pH 7·5

7

6·5

6.

22·5

22

21·5

21

T 205

20,

19·5

19

32

"*" 300 .... .' '" -Ca HC03

280 Mo-;t- SO¡-

260

c25 240 ~· 220 14-02-86 C=305

20

26 30 3 7 9 11 13 17 19 21 23 25

Fig. JA. · var:iaciÓn del pH, temperatura, conductividad y nl

quimismo ¡de las aguas º" la Hesurgnnc.i a Canilla.

27 T

11

9

S,5

8

1¡,

pH 7

6,5

• 6

5,5 28-01-86 C= 340

5

23

22;5

22

21,5

T 21 No•.,_K' *I C( ca2 • Hco;

Mg2• sot

20,5

20

19,5 9-02-86 . C=345

19

360

340

320

300

Cze 2éo

260

240

220 14-02-86 e= 355

200

28 30 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 • 23 25 27 t

Fig. JC. Variación de pH, temperatura, conductividad y el q1dmismo de las aguas de la Resurgencia Ancón (Ancón II).

- - ---. - -- --··· -· - · ---- -

•Nd+i([~ 1 C25 co2 Hoo; c03 CI- so4 co• Mtl M

'*'· Di4t Hoto TW pH 2 1

ueAtm mol• mv/I mg/I mv/I mg/I n/I mg/I mv/I mo/I mv/l mg/I mvA mg/I mv/I -./l ...,., : • 37 02-1~ 11:38 22.8 1.9 330 1.1 3.9!5 222.7 o O· 0 .4'5 1e.o 0.!52 25.0 3.20 64.0 0.40 4.1 1.02 llO 204.8

!51 02·14 12:00 22.0 8.1!5 325 o 3.!50 o o 0.43 0.42 3 .12 0.28 0.9!5 no IOUI

57 ~-14 12: 1!5 .21. o 8.0!5 33!5 1.1 3.!5!5 o o 0.41 0.36 3.12 0.28 O.li 170 aor.1, !51 02-14 13:22 22.4 7.4!5 3!50 7.7 3.60 o o 0.4!5 0 .46 3.ZO 0.32 0.99 179 217 .0

89 Ot-14 13:40 22.4 - 3eo

1:3 3:0.J ~9.8¡ o 1 o

- - - - - - 2t7.01

. 55 02"'.'14 14:00 22.e 7.4e 35!5 0.41 14.9 0.48 23.0 3.24 64.& 0.39 4.'5 0.89 180 UO.l i ·--··· - -- · _._ .. .. --- ----· ·- -~· --~-·--- .. - ·-"'---··· ·- -- -· ··-- --·-- - -·- --· ------··-- .. . __ ___

·-

Fig. 4. Caracterfsticas f':lsico-qufmicas de las aguas del perfil de los arroyos Ancón-Fernando (f'ebrero 1986): 37, Surgencia Ancón - 200 mts antes del campamento; 58, Manantial Fernando; 59, Arroyo Fernando -100 mts después del manantial de Fernando; 55, Res urgencia Ancón (Ancón II) -que integran los arrovos An cón y Fernando.

No+K·. *· . l .. c.1-. Ca2• · HCOj

Mgi· so2~ . . .. . . · ... '4 : ;

. _;.- ·· ·. _,

37

14-02-86 e= 330

56

14-02-eG e= 325

57

14 - 02-86 e= 335

58

14-02-96 C=350

55

14-02-86 e= 355

Fig. 5. Composici~n qufmica, mediant~ 1os diagramas de Stif'f', de las aguas de1 perfil de los Arroyos AncÓn­Fernando.

15

C25 co· HCC>; co; c1· so- co• Mt• Nl+K ~ M 2 ..

llo D(a Hortl fw Pll .. ~ Wtf/I -1· mt/I mv/I 11111/I ... ,. MO/I iav/I mg/I rav/I 11111/1 .. 1. rag/I •v/I ~ 1q/I

60 Ol-29 tl,100 23.0 7.2 390 - 3.90 237.9 o o 0 .48 17.0 0.12 u ll.14 62.8 0.28 ll.4 1.08 .. IZ4t.8

e1 Ol-29 17•20 :l<t.4 1.7 325 - 20l.ll

'2 Ot-29 15•00 2Q.t 7.7 3211 - 3.:50 20L3 o o 0 .37 13.1 0.90 43.2 2 .94 llllJI O.lle e.7 1.07 m 1201.11

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Fig. 6~· Caracte:i:'Ísticas fisico- qu{mic as de 1as aguas en Mil Cumbres•La Palma (enero-febrero-1986): 60, Aguada de los Mameyes; 61, .RÍó · San Marcos, 62, Río San Marcos; 63, Rio Mamey; 64, Sumidero del Arroyo Mamey; 65, Afl uente de l Hio San Marcos; 66, Arroyo# 1 en serpenti,nitas ; 67, Arroyo # 2 en serpentinitas; 68, Arroyo # 1 t'.}ibutario del filo San Marcos; 6') , Arroyo # 2 tributario del Rio San Marcos; 70, Arroyo # 2 tributario del Río San Marcos (en serJ,?entini tas); 71, Manantial R:fo San Marcos; 72, Afluente del Rio San Marcos (cerca de Punto Mame;yal); 7 3, Manantial M:i.l Cumbres; 74, Arroyo Mi l Cumbres; 75, Rio San Marcos; 76, RÍo San Marcos; 11, Arroyo# 2 tributario de Río del Medio; 18, Arroyo # 1 tributario de RÍO del Medio; 79, Ria del Medio; 80, Manantial La Curra; 81, RÍo del Medioº

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12-02 -•• e• :no Fig. 7. Composición qufmica, mediante diagramf\S :le Stiff, .de las ag,~as de la región Mil Cumbres-

La Palma.

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