ISÓTOPOS: LAS “HUELLAS” OCULTAS DEL AGUA SUBTERRÁNEA
Por: Abel Viteri
Ingeniero de Proyectos
09-Noviembre-2024
¿De dónde viene el agua que consumimos? ¿Es posible rastrear su historia? Así como un detective sigue pistas para resolver un crimen, para los hidrogeólogos estas «huellas» son los isótopos, herramientas importantes que han revolucionado el estudio de los acuíferos.
El análisis isotópico permite comprender el origen, la edad, las rutas de flujo y los procesos de recarga del agua subterránea. Tanto los isótopos estables como los radiactivos actúan como las «huellas digitales» del agua, revelando información detallada sobre su recorrido y comportamiento en el subsuelo.
¿Qué son los isótopos?
Los isótopos son átomos de un mismo elemento que tienen el mismo número de protones, pero diferente número de neutrones, lo que provoca una ligera diferencia en su masa atómica.
Hay dos tipos principales de isótopos; por un lado, están los Isótopos estables que, en el tiempo no se desintegran. Ejemplos importantes en hidrogeología incluyen:
- Oxígeno-18 (¹⁸O) y Deuterio (²H): Utilizados para rastrear el origen y la historia del agua.
- Carbono-13 (¹³C): Útil para estudiar la interacción del agua con rocas y el contenido de carbono en acuíferos.
Por otro lado, están los Isótopos radiactivos, los cuáles se descomponen emitiendo partículas subatómicas y a lo largo del tiempo terminan convirtiéndose en otros elementos. Su tasa de desintegración es fija por lo que utiliza como un «reloj» natural. Algunos ejemplos incluyen:
- Tritio (³H): Con una vida media de 12.32 años, es ideal para datar aguas subterráneas jóvenes (menos de 50 años).
- Carbono-14 (¹⁴C): Se utiliza para datar aguas subterráneas más antiguas, hasta 50,000 años.
Isótopos del Hidrógeno. Fuente: Revista Digital Universitaria (RDU)
Aplicaciones de los isótopos en aguas subterráneas
- Determinación del origen del agua
Los isótopos estables como el oxígeno-18 (¹⁸O) y el deuterio (²H) permiten identificar el origen geográfico del agua subterránea. El agua de diferentes regiones tiene una composición isotópica distinta debido a factores como la temperatura de evaporación y condensación. Por ejemplo, las aguas que provienen de la precipitación en zonas altas tienden a tener menos isótopos pesados (¹⁸O y ²H), mientras que las aguas de regiones más cálidas tienden a estar más enriquecidas en estos isótopos.
- Edad del agua subterránea
La datación del agua subterránea es crucial para evaluar la sostenibilidad de los acuíferos y determinar sus tasas de recarga. El tritio (³H), que proviene tanto de la desintegración natural como de pruebas nucleares atmosféricas realizadas en la década de 1950 y 1960, se usa para determinar la edad de aguas subterráneas jóvenes. El carbono-14 (¹⁴C) se usa para datar aguas más antiguas, generalmente entre 1,000 y 50,000 años.
- Procesos de recarga y mezcla
El análisis isotópico también se emplea para identificar los procesos de recarga en los acuíferos. La comparación de la firma isotópica del agua subterránea con la del agua superficial o lluvia permite evaluar la fuente de la recarga y los procesos de mezcla. Esto es particularmente útil en acuíferos que reciben agua de múltiples fuentes o donde se sospecha la interacción entre aguas subterráneas y superficiales.
- Interacción agua-roca
Los isótopos de carbono-13 (¹³C) y azufre-34 (³⁴S) son herramientas poderosas para entender cómo el agua interactúa con los minerales y la materia orgánica en el subsuelo. Estos isótopos pueden señalar procesos de disolución de carbonatos, precipitación de minerales y reacciones de oxidación-reducción, lo que permite a los científicos evaluar la calidad del agua y las condiciones geoquímicas del acuífero.
- Identificación de contaminación
Los isótopos también se utilizan para rastrear la contaminación en los acuíferos. Por ejemplo, los isótopos de nitrógeno y oxígeno en el nitrato (NO₃⁻) pueden identificar si la contaminación proviene de fuentes agrícolas, industriales o urbanas. Además, el análisis de isótopos radiactivos puede señalar la presencia de contaminantes generados por actividades humanas.
Presencia de isótopos en condiciones naturales. Fuente: iagua.ed
Importancia de los isótopos en la gestión del agua subterránea
El uso de isótopos en el estudio de aguas subterráneas tiene un impacto significativo en la gestión de recursos hídricos, al proporcionar datos precisos sobre el origen y la edad del agua. Esta información permite a los gestores tomar decisiones informadas para la explotación sostenible de los acuíferos e investigar cómo el cambio climático afecta los patrones de recarga y flujo. En Ecuador, instituciones como el Fondo para la protección del Agua (FONAG), realiza análisis isotópicos para estudiar las rutas de flujo de agua en Áreas de Conservación Hídrica
Portada publicación FONAG. Fuente: FONAG, 2019
“La aplicación de los Isótopos en el estudio de aguas subterráneas debe ser un método complementario ante dudas en los modelos hidrogeológicos, no se debe utilizar como recurso inicial para generar un modelo”
En regiones con alta demanda de agua subterránea, como zonas agrícolas o grandes áreas metropolitanas, el análisis isotópico resulta crucial para identificar acuíferos que están siendo sobreexplotados. Además, estas técnicas son útiles para diseñar estrategias de protección contra la contaminación, permitiendo detectar la entrada de contaminantes antes de que se propaguen.
Los isótopos se han convertido en una herramienta esencial de la hidrogeología moderna. Su capacidad para rastrear procesos clave, como el origen, la recarga y la interacción agua-mineral, ha transformado nuestra comprensión y manejo de los acuíferos. En un contexto de creciente escasez de agua potable, las técnicas isotópicas destacan como un enfoque fundamental para garantizar la sostenibilidad de los recursos hídricos subterráneos a largo plazo.
Referencias:
Hidrología Subterránea, Autores E. Custodio M. R. Llamas, Tomo 1, Ediciones Omega S. A.
Marques, J. M., & Carreira, P. M. (2020). Environmental isotopes in hydrogeology: Their application to groundwater flow systems.
Geyh, M. A. (2000). Isotopic techniques for groundwater studies. In Hydrogeology Journal (pp. 87-101). Springer.
Douglas, T., & Peterman, Z. (2000). Groundwater contamination studies using Sr isotopes: Implications for water management. Environmental Geoscience, 7(2), 141-157.
Sobre el autor:
Abel Viteri
Project Manager/Ing. De proyectos, Ingeniero Geólogo.