La hidrología es la disciplina que se ocupa del estudio de la distribución espacio-temporal y las propiedades de las aguas subterráneas y continentales. Dentro de esta, la hidrogeología se especializa en el origen, formación, difusión, movimiento, régimen, reservas e interacción de las aguas subterráneas con los suelos y rocas.
El Ciclo Hidrológico
El ciclo del agua, también conocido como ciclo hidrológico, es un proceso continuo de circulación del agua en la Tierra. Este ciclo comprende varios procesos clave:
- Precipitación: El agua, previamente evaporada, se condensa en la atmósfera y cae a la superficie terrestre en forma de lluvia, nieve, granizo, etc. Esto ocurre cuando las nubes, transportadas por movimientos atmosféricos, pierden su capacidad de retener agua debido a la gravedad.
- Infiltración: Parte del agua de lluvia se filtra en el suelo, penetrando hasta la zona saturada y convirtiéndose en agua subterránea. Esta agua se mueve lentamente desde áreas de alta presión y elevación hacia zonas de baja presión y elevación, fluyendo a través de acuíferos hacia zonas de descarga como manantiales, ríos, lagos, mares u océanos.
- Transpiración: Las plantas absorben agua del suelo y la liberan a la atmósfera en forma de vapor de agua. Aproximadamente el 10% de la precipitación retorna a la atmósfera a través de este proceso.
- Escorrentía superficial: El agua de lluvia que no se infiltra fluye sobre la superficie del terreno, dirigiéndose hacia ríos, lagos y, finalmente, a los océanos.
- Evaporación: El agua de océanos, lagos y otras masas de agua se transforma en vapor de agua debido al calor solar, ascendiendo a la atmósfera. La evaporación oceánica es la principal fuente de vapor de agua atmosférico.
- Condensación: El vapor de agua en la atmósfera se enfría y se transforma nuevamente en líquido, formando las nubes.
Acuíferos: Almacenamiento y Circulación del Agua Subterránea
Un acuífero es un estrato o formación geológica permeable que permite la circulación y el almacenamiento de agua subterránea a través de sus poros o grietas.
Estructura de un Acuífero
Un acuífero típicamente consta de:
- Zona de saturación: Ubicada sobre una capa impermeable, donde los poros de la roca están completamente llenos de agua. El límite superior de esta zona es el nivel freático, que fluctúa según las condiciones climáticas (desciende en épocas secas y asciende en épocas húmedas).
- Zona de aireación (o vadosa): Se encuentra entre el nivel freático y la superficie. En esta zona, no todos los poros están llenos de agua.
Cuando un acuífero se encuentra entre dos capas impermeables, se denomina acuífero cautivo o confinado. El agua en estos acuíferos está bajo una presión mayor que la atmosférica. Si se perfora la capa superior, el agua puede ascender como un surtidor (pozo artesiano).
Tipos de Acuíferos
Según su Estructura
- Acuíferos libres (no confinados): El nivel freático está en contacto directo con la atmósfera.
- Acuíferos confinados (cautivos): El agua subterránea está confinada entre dos capas impermeables.
La figura a continuación ilustra los tipos de acuíferos:
Donde:
- (a) Río o lago: fuente de recarga.
- (b) Suelo poroso no saturado.
- (c) Suelo poroso saturado.
- (d) Estrato impermeable (ej. arcilla).
- (e) Acuífero no confinado.
- (f) Manantial.
- (g) Pozo que capta agua del acuífero no confinado.
- (h) Pozo artesiano (capta agua del acuífero confinado).
Según su Textura
- Acuíferos porosos: El agua se encuentra en poros interconectados (ej. arenas y gravas aluviales). Presentan alta permeabilidad.
- Acuíferos fisurales: El agua circula por fisuras y diaclasas interconectadas (ej. acuíferos kársticos). El flujo es heterogéneo, con direcciones preferenciales.
Según su Comportamiento Hidrodinámico
- Acuíferos: Buenos almacenes y transmisores de agua (ej. arenas porosas, calizas fisurales).
- Acuitardos: Buenos almacenes, pero malos transmisores (ej. limos).
- Acuícludos: Buenos almacenes, pero nulos transmisores (ej. arcillas).
- Acuífugos: Nulos como almacenes y transmisores (ej. granitos o cuarcitas no fisuradas).
Según su Comportamiento Hidráulico
- Acuífero libre (no confinado o freático): En contacto directo con la zona no saturada del suelo. La presión del agua en la zona superior es igual a la atmosférica.
- Acuífero confinado (cautivo): El agua está encerrada entre dos capas impermeables y a una presión mayor que la atmosférica. Recibe recarga alóctona (el área de recarga está alejada).
- Acuífero semiconfinado: El estrato superior tiene una permeabilidad menor que el acuífero, pero permite cierta recarga y descarga.
Acuíferos Costeros
Los acuíferos costeros presentan una interacción entre agua dulce (menor densidad) y agua salada (mayor densidad). El agua salada se introduce en el continente formando una cuña salina. La recarga proviene de precipitaciones y flujos subterráneos, mientras que la descarga se produce por evapotranspiración y flujo subsuperficial hacia el mar.
Contaminación de las Aguas Subterráneas
Aunque la circulación subterránea tiende a depurar el agua, la actividad humana (fosas sépticas, agricultura, etc.) y factores naturales (alta salinidad, erosión de rocas) pueden contaminar los acuíferos.
Diagrama de Piper
El diagrama de Piper es una herramienta para el estudio e interpretación de datos hidroquímicos. Permite:
- Visualizar la evolución geoquímica de las aguas subterráneas.
- Detectar procesos de intercambio catiónico.
- Identificar mezclas entre diferentes tipos de agua.
- Detectar procesos de dilución o precipitación.
- Validar hipótesis sobre la localización de zonas de recarga.
Diagrama de Piper.
Piezometría
La piezometría es la rama de la hidrología que estudia los métodos para determinar la cantidad de agua subterránea existente sobre una capa impermeable.
Ejemplo de diagrama de Piper.