¿Qué es un acuífero?

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Un acuífero es un cuerpo de roca saturada a través del cual el agua puede moverse fácilmente. Los acuíferos deben ser permeables y porosos e incluir tipos de roca tales como arenisca, conglomerado, piedra caliza fracturada y arena y grava no consolidadas. Las rocas volcánicas fracturadas, como los basaltos columnares, también son buenos acuíferos. Las zonas de escombros entre los flujos volcánicos son generalmente porosas y permeables y son excelentes acuíferos. Para que un pozo sea productivo, debe perforarse en un acuífero. Rocas como el granito y el esquisto son generalmente acuíferos pobres porque tienen una porosidad muy baja. Sin embargo, si estas rocas están muy fracturadas, son buenos acuíferos. Un pozo es un agujero perforado en el suelo para penetrar en un acuífero. Normalmente tal agua debe ser bombeada a la superficie. Si el agua se bombea desde un pozo más rápido de lo que se repone, El nivel freático se baja y el pozo puede secarse. Cuando se bombea agua desde un pozo, el nivel freático generalmente se baja a un cono de depresión en el pozo. El agua subterránea normalmente fluye por la pendiente de la capa freática hacia el pozo.

CONTENDO

    ¿Es un acuífero un río subterráneo?

    No. Casi todos los acuíferos no son ríos. Como el agua se mueve lentamente a través de los espacios de los poros en la roca o el sedimento de un acuífero, las únicas formas de vida que podrían disfrutar flotando en un "río" serían las bacterias o los virus, que son lo suficientemente pequeños como para pasar a través de los espacios porosos. Los verdaderos ríos subterráneos se encuentran solo en formaciones rocosas cavernosas donde la roca que rodea grietas o fracturas se ha disuelto para dejar canales abiertos a través de los cuales el agua puede moverse muy rápidamente, como un río.

    El agua subterránea tiene que atravesar los espacios de poros de la roca y los sedimentos para moverse a través de un acuífero (la porosidad de estos acuíferos los hace buenos filtros para la purificación natural. Debido a que requiere esfuerzo para forzar el agua a través de pequeños poros, el agua subterránea pierde energía a medida que fluye, Esto conduce a una disminución de la altura del cabezal hidráulico en la dirección del flujo. Los espacios de poros más grandes generalmente tienen mayor permeabilidad, producen menos pérdida de energía y, por lo tanto, permiten que el agua se mueva más rápidamente. Por esta razón, el agua subterránea puede moverse rápidamente a grandes distancias en acuíferos cuyos los espacios porosos son grandes (como el acuífero inferior del río Portneuf) o donde la porosidad proviene de fracturas interconectadas. El agua subterránea se mueve muy rápidamente en acuíferos de roca fracturada como los basaltos de la llanura oriental del río Snake.La propagación de contaminantes puede ser difícil o imposible de prevenir.

    ¿Cómo es un acuífero?

    Cada acuífero es único, aunque algunos son más genéricos que otros. Los límites de un acuífero generalmente se gradúan en otros acuíferos, de modo que un acuífero puede ser parte de un sistema acuífero. La parte superior de un acuífero no confinado es el nivel freático. Un acuífero confinado tiene al menos un aquitard en su parte superior y, si está apilado con otros, un aquitard en su base.

    La Figura 1 muestra un ejemplo de un sistema de acuíferos en el valle inferior del río Portneuf. El diagrama representa una vista en perspectiva recortada de este sistema de acuíferos múltiples y se exagera en gran medida en su escala vertical para mostrar algunos de los detalles. Varios acuíferos diferentes ocurren en este valle. En el valle del norte (debajo de Chubbuck y el norte de Pocatello), varios acuíferos confinados se apilan unos sobre otros y se separan por acuarios hechos de arcilla; los acuíferos explotados por los pozos municipales de Chubbuck se encuentran en los basaltos fracturados de la llanura oriental del río Snake. En el valle del sur (Portneuf Gap a Red Hill), la superficie superior del acuífero no confinado es el nivel freático.

    ¿Cómo funciona un acuífero?

    Un acuífero está lleno de agua en movimiento y la cantidad de agua almacenada en el acuífero puede variar de una temporada a otra y de un año a otro. El agua subterránea puede fluir a través de un acuífero a una velocidad de 50 pies por año o 50 pulgadas por siglo, dependiendo de la permeabilidad. Pero sin importar qué tan rápido o lento, el agua eventualmente descargará o dejará un acuífero y debe ser reemplazada por agua nueva para reponer o recargar el acuífero. Por lo tanto, cada acuífero tiene una zona o zonas de recarga y una zona o zonas de descarga.

    La Figura 2 es una caricatura simple que muestra tres tipos diferentes de acuíferos: confinados, no confinados y posados. Las zonas de recarga generalmente están en altitudes más altas, pero pueden ocurrir dondequiera que el agua ingrese a un acuífero, como la lluvia, el deshielo, la fuga de ríos y reservorios, o el riego. Las zonas de descarga pueden ocurrir en cualquier lugar; en el diagrama, la descarga ocurre no solo en manantiales cerca del arroyo y en humedales a baja altitud, y también de pozos y manantiales de gran altitud.

    La cantidad de agua almacenada en un acuífero se refleja en la elevación de su nivel freático. Si la tasa de recarga es menor que la tasa de descarga natural más la producción de pozo, el nivel freático disminuirá y el almacenamiento del acuífero disminuirá. El nivel freático de un acuífero posado suele ser muy sensible a la cantidad de recarga estacional, por lo que un acuífero posado normalmente puede secarse en los veranos o durante los años de sequía.

    ¿Por qué el agua subterránea es tan limpia?

    Los acuíferos son filtros naturales que atrapan los sedimentos y otras partículas (como las bacterias) y proporcionan una purificación natural del agua subterránea que fluye a través de ellos.

    Como un filtro de café, los espacios de poros en la roca o sedimento de un acuífero purifican el agua subterránea de las partículas (los 'granos de café') pero no de las sustancias disueltas (el 'café'). Además, como cualquier filtro, si los tamaños de los poros son demasiado grandes, las partículas como las bacterias pueden pasar. Esto puede ser un problema en acuíferos en rocas fracturadas (como la llanura del río Snake o áreas fuera de los valles llenos de sedimentos del sureste de Idaho).

    Las partículas de arcilla y otras superficies minerales en un acuífero también pueden atrapar sustancias disueltas o al menos ralentizarlas para que no se muevan tan rápido como el agua que se filtra a través del acuífero.

    La filtración natural en los suelos es muy importante en áreas de recarga y en áreas irrigadas sobre acuíferos no confinados, donde el agua aplicada en la superficie puede filtrarse a través del suelo hasta el nivel freático. Por ejemplo, en el valle inferior del río Portneuf ( Figura 1 ), una capa protectora de limo en el valle sur proporciona protección natural al acuífero contra sistemas sépticos, aplicación de pesticidas y derrames químicos accidentales.

    A pesar de la purificación natural, las concentraciones de algunos elementos en el agua subterránea pueden ser altas en los casos en que las rocas y los minerales de un acuífero contribuyen con altas concentraciones de ciertos elementos. En algunos casos, como la tinción de hierro, los impactos en la salud debidos a las altas concentraciones de hierro disuelto no son un problema tanto como la calidad estética del suministro de agua potable. En otros casos, donde elementos como el fluoruro, el uranio o el arsénico aparecen naturalmente en altas concentraciones, la salud humana puede verse afectada.

    ¿Cómo se contamina un acuífero?

    Como se muestra en la Figura 3 , un acuífero puede estar contaminado por muchas cosas que hacemos en y cerca de la superficie de la tierra. Los contaminantes llegan a la capa freática por cualquier camino natural o artificial a lo largo del cual el agua puede fluir desde la superficie hasta el acuífero.

    La eliminación deliberada de desechos en fuentes puntuales como rellenos sanitarios, fosas sépticas, pozos de inyección y pozos de drenaje pluvial puede tener un impacto en la calidad del agua subterránea en un acuífero.

    En general, cualquier actividad que cree un camino que acelere la velocidad a la que el agua puede moverse de la superficie al nivel freático tiene un impacto.

    En la figura 3 Las aguas residuales que se filtran por la cubierta de un pozo mal construido evitan la purificación natural que proporciona el suelo. La adición excesiva de fertilizantes, agroquímicos y productos químicos para deshielo del camino en áreas amplias, junto con la recarga mejorada de los cultivos, campos de golf y otras tierras de regadío y a lo largo de zanjas, son motivos comunes de contaminación proveniente de fuentes no puntuales. La remoción de suelo en excavaciones y minería reduce el potencial de purificación y también mejora la recarga; En algunos casos, como los pozos de grava Highway Pond al sur de Pocatello, el nivel freático está expuesto y se vuelve directamente vulnerable a la entrada de contaminantes.

    Tipos de Acuíferos

    acuífero confinado (artesiano)

    Un acuífero confinado (artesiano) es un acuífero limitado tanto en el fondo como en la parte superior por un estrato impermeable (aquiclude) y lleno de agua que generalmente está bajo presión (artesiana). Al perforar un agujero en el suelo hasta llegar al acuífero confinado, se verá cómo el nivel del agua en el agujero se eleva por encima de la parte superior del acuífero y quizás incluso por encima de la superficie terrestre. En este último caso, el agua saldrá del orificio sobre la superficie de la tierra. En la parte aguas arriba, el acuífero confinado se convierte gradualmente en un acuífero no confinado (ver más abajo) que forma la zona de recarga donde el agua de lluvia llega a la capa freática.
    El oasis de Al HasaAlrededor de Al Hofuf, cerca de Dahran, en Arabia Saudita, está sustentado por un enorme acuífero artesiano y hay una multitud de grietas naturales a través de las cuales se vierte el agua subterránea. El agua de manantial es caliente ya que proviene de una gran profundidad. El acuífero transporta agua dulce hasta el mar y la isla de Bahrein. El acuífero se alimenta de la infiltración de agua de lluvia que cae en la meseta montañosa central de la península. Aunque la precipitación anual es baja (solo 400 mm), la escorrentía de las colinas puede ser considerable y se acumula en las depresiones locales. Aquí, parte del agua tiene tiempo de infiltrarse y filtrarse hasta el subsuelo antes de que se evapore. Las depresiones tienen suficiente vegetación natural para servir como pastizales para grandes manadas de camellos.

    acuífero no limitado

    Un acuífero no limitado (libre, freático) es un acuífero subyacente por un estrato impermeable, pero la parte superior del acuífero consiste en capas de suelo que son lo suficientemente permeables para proporcionar un paso fácil del agua, al menos en sentido vertical. Tal acuífero tiene un nivel freático o superficie freática libre.
    Al perforar un agujero en el suelo hasta que se llene de agua y dejar que el agua descanse, se puede observar el nivel del agua en el agujero e indica el nivel de la capa freática en el acuífero fuera del agujero. Muchos abanicos aluviales y llanuras fluviales tienen acuíferos no confinados en la parte superior de los depósitos de sedimentos.
    La cuenca del Indoen Pakistán proporciona ejemplos de acuíferos extensos y profundos no confinados. Cuando la calidad del agua del acuífero es aceptable, el acuífero se bombea intensamente desde pozos, principalmente con fines de riego. Al sur de la presa cerca de Sukkur, la calidad del agua subterránea empeora debido a la salinidad.

    acuífero semi-confinado

    Un acuífero semiconfinado es un acuífero subyacente por un estrato impermeable y limitado en la parte superior por capas de suelo de permeabilidad relativamente baja (conductividad hidráulica), especialmente en sentido horizontal. Estas capas forman la capa semiconfinada (la aquitard) en la que se encuentra una capa freática libre.
    El flujo de agua en la capa superior es principalmente vertical, mientras que el flujo horizontal es insignificante. Los acuíferos semi-confinados se encuentran a menudo en las planicies costeras y delta del río.
    Al perforar un orificio en la capa semiconfina hasta alcanzar el acuífero adecuado y colocar un tubo ajustado en el orificio (este es un piezómetro), se puede observar que el nivel de agua en el tubo (el nivel piezométrico) está arriba. en, o por debajo del nivel de la capa freática en la capa semi-confinada. Cuando el nivel piezométrico está por encima del nivel del nivel freático, el acuífero tiene una sobrepresión y el agua subterránea fluirá hacia arriba desde el acuífero hacia la capa semiconfinada. Cuando, a la inversa, el nivel piezométrico está por debajo del nivel del nivel freático, el acuífero tiene una presión insuficiente y habrá un flujo descendente de agua (percolación profunda, drenaje natural) hacia el acuífero.

    El delta del Nilo en Egipto es un ejemplo de un acuífero semiconfinado con una capa superior, semiconfina, de suelo arcilloso denso con una conductividad hidráulica relativamente baja que recubre sedimentos texturados de curso grueso con una conductividad hidráulica relativamente alta. En la parte superior del delta, hacia su vértice cerca de El Cairo, el acuífero está bajo presión y la capa superior del suelo drena naturalmente al acuífero. Esta es la zona de recarga del acuífero. Más al norte, la situación se invierte: el agua subterránea se filtra desde el acuífero hasta la capa superficial y la capa freática es poco profunda. Si no hay un sistema de drenaje, el agua de la filtración se evaporará y dejará sales. (Ver también: " Salinidad del suelo " y " Drenaje de la tierra "."). La zona de descarga del acuífero se extiende hacia el mar Mediterráneo.

    Velocidad de flujo

    Aunque los acuíferos pueden transportar grandes cantidades de agua, la velocidad del flujo es lenta.
    Por ejemplo, suponiendo un acuífero con una conductividad hidráulica muy alta de 100 m / día y un gradiente hidráulico relativamente grande de 1% (es decir, pérdida de carga hidráulica de 1 m en una distancia de 100 m), la velocidad de flujo (aparente) es solo 1 m / día, que es muy pequeño en comparación con la velocidad del agua en ríos y canales. Con esta velocidad, un acuífero de 100 m de profundidad transporta 100 m 3 / día por m de ancho o 100000 m 3 / día por km de ancho.
    La mayoría de los acuíferos tienen una velocidad de flujo que es mucho menor que 1 m / día.

    ¿Qué sedimentos hacen un buen acuífero?

    Los sedimentos que forman los acuíferos deben ser permeables y porosos, permitiendo que el agua se mueva a través de ellos. El agua de un acuífero es generalmente extremadamente limpia, ya que los finos sedimentos atrapan partículas y bacterias, actuando como un filtro natural. Los sedimentos que tienden a hacer los mejores acuíferos incluyen arenisca, piedra caliza, grava y, en algunos casos, roca volcánica fracturada.

    Arenisca

    Aunque la arena es muy porosa, una vez que se compacta y se cementa en la roca, pierde gran parte de su espacio poroso. No obstante, el agua subterránea todavía puede transmitirse a través de las uniones y fracturas. La arenisca puede ser muy grande, ya que los lechos de arenisca pueden extenderse en áreas extensas. Muchos de los acuíferos de arenisca en los Estados Unidos están incrustados en lutitas y limolitas. Como resultado, se considera que el agua en estos acuíferos está en condiciones confinadas porque la roca circundante es impermeable.

    Caliza

    La piedra caliza es el tipo más común de acuífero de carbonato de roca. Muchos de ellos comienzan como depósitos en antiguos ambientes marinos, donde los sedimentos se litifican y compactan. Las grietas y juntas en la piedra caliza se hacen generalmente a medida que la roca se disuelve lentamente en agua ligeramente ácida, dejando que fluyan las aguas subterráneas. A veces se forman cavernas que contienen agua y se extienden por miles de pies. A menudo, las grietas y juntas en piedra caliza forman una red de conexión, lo que mejora aún más el flujo de agua.

    Grava

    La grava es un buen acuífero porque es extremadamente permeable y porosa. Las grandes piezas de sedimento crean espacios de poros significativos por los que el agua puede viajar. A menudo, la grava debe estar rodeada por un tipo de suelo menos permeable, como arcilla rica o roca impenetrable. Cuando los cementos de grava, sin embargo, se conglomeran y pierden su permeabilidad.

    Rocas volcánicas fracturadas

    En algunos casos, las rocas volcánicas fracturadas, como los basaltos columnares, son buenos acuíferos. Las zonas de escombros rodean a los volcanes y consisten en partículas grandes que, como la grava, son muy porosas y permeables. La variación entre los sedimentos de roca volcánica se debe en gran medida al tipo específico de sedimento y la forma en que se expulsó. Las rocas piroclásticas tienen una alta permeabilidad y grandes poros. Los flujos basálticos son generalmente fluidos y tienen grandes espacios porosos que permiten que el agua pase a través de ellos.

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