La interacción agua-roca en ambientes hidrológicos asociados a fluidos geotermales : Aplicaciones en calidad de aguas de abastecimiento
Los sistemas geotermales vinculados a ambientes volcánicos representan zonas de descarga superficial de fluidos acuosos y gases a elevadas temperaturas. El área de estudio comprende al Campo Geotermal Domuyo, el cual constituye un sistema geotermal en sentido estricto, e involucra la circulación con...
Guardado en:
| Autor principal: | |
|---|---|
| Otros Autores: | |
| Formato: | Tesis Tesis de doctorado |
| Lenguaje: | Español |
| Publicado: |
2023
|
| Materias: | |
| Acceso en línea: | http://sedici.unlp.edu.ar/handle/10915/154463 https://doi.org/10.35537/10915/154463 |
| Aporte de: |
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Universidad Nacional de La Plata |
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Ciencias Naturales Sistema geotermal Hidrología Procesos hidrogeoquímicos Recurso hídrico Villalba, Esteban La interacción agua-roca en ambientes hidrológicos asociados a fluidos geotermales : Aplicaciones en calidad de aguas de abastecimiento |
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Ciencias Naturales Sistema geotermal Hidrología Procesos hidrogeoquímicos Recurso hídrico |
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Los sistemas geotermales vinculados a ambientes volcánicos representan zonas de descarga superficial de fluidos acuosos y gases a elevadas temperaturas. El área de estudio comprende al Campo Geotermal Domuyo, el cual constituye un sistema geotermal en sentido estricto, e involucra la circulación convectiva profunda de aguas meteóricas producto de la acción de un cuerpo magmático profundo. Este campo geotermal se ubica en el extremo norte de la provincia de Neuquén, en donde los principales cuerpos de agua están representados por cursos de escorrentía superficial encauzados y humedales de tipo “mallín”. Además, presenta descargas de agua geotermal en las zonas conocidas como Rincón de Las Papas, Ailinco, El Humazo, Las Olletas, Aguas Calientes, Los Géiseres y Los Tachos. Estos ambientes hidrológicos ubicados en las proximidades de los sistemas geotermales pueden verse afectados por los posibles aportes de los fluidos hidrotermales, lo que condicionaría la calidad del recurso hídrico y limitaría su uso de manera drástica. Es por lo expuesto que el objetivo general del presente Trabajo de Tesis Doctoral fue realizar un estudio detallado de la interacción agua – roca en el Campo Geotermal Domuyo, haciendo énfasis en la movilización de elementos químicos que puedan afectar la calidad del recurso hídrico para abastecimiento. Motiva llevar a cabo este tipo de estudios dado que son escasos los antecedentes a nivel global, a pesar de su significancia en materia de salud pública.
A través del estudio de la geomorfología del área se determinó que el modelado del paisaje está fuertemente asociado al volcanismo, a los procesos de remoción en masa y a la acción fluvial. Además, de manera relegada a las zonas de descarga geotermal, se encuentran geoformas de origen glacial y masas heladas, lo que favorece la recarga del acuífero geotermal profundo y a su vez, constituye una fuente de aporte a los cursos de agua superficial y a los mallines. Los procesos gravitacionales, por su parte, toman notoriedad ya que conforman el principal sustrato permeable en el que se desarrollan los mallines, lo que resulta de significancia en cuanto a la percolación/infiltración de agua de recarga. Estos últimos fueron diferenciados según su ubicación entre los que se encuentran en cabeceras y en cuenca baja. Los primeros se caracterizan por tener un desarrollo más reducido sobre altas pendientes, y los segundos tienen mayor extensión y presentan pendientes más tendidas. Además se identificaron masas heladas en las altas cumbres, así como geoformas asociadas al ambiente glacial, en forma distal a las zonas de descarga geotermales. A partir de esto último se pudo establecer una relación entre el deshielo y recarga de agua subterránea, así como aportar caudal de los cursos de agua superficial.
Por otra parte, el estudio de las litologías presentes permitió reconocer precipitados hidrotermales, y rocas parentales alteradas por geotermalismo. Los precipitados están formados por minerales carbonáticos (travertinos) y sílice no cristalina (sínters), los cuales están originados por desgasificación, enfriamiento y sobresaturación al descargar en superficie el agua geotermal. En las alteraciones reconocidas se han registrado minerales con rasgos de disolución, neoformación, óxido-reducción, decoloración e hidratación. Esto último sugiere procesos de argilización, sericitización, silicificación y propilitización.
El clima de la región se ve condicionado por la altitud y se clasificó como de tipo montañoso. El análisis de la serie temporal de registros de datos hidrometeorológicos evidenció una tendencia general hacia una disminución de precipitaciones y un aumento de temperatura. Asimismo se determinó que los ciclos hidrológicos están caracterizados por un semestre cálido y seco y otro frío y húmedo. Durante este último se presentan los mayores excesos de precipitaciones. Se observó también una correspondencia significativa entre los eventos de tormenta, evidenciado por valores extremos de precipitaciones en muy corto periodo temporal, y elevados caudales medidos en las estaciones de aforo.
Por otro lado, las distintas aguas estudiadas se agruparon según sus características en cursos de agua superficial aguas arriba de las descargas geotermales (nacientes) y aguas abajo (desembocadura), mallines ubicados en cabeceras y en cuenca baja, y descargas geotermales propiamente dichas. Se observaron variaciones importantes de los valores de temperatura, conductividad eléctrica y composición entre los distintos grupos de muestras de agua. Las descargas geotermales se caracterizan por sus elevadas temperaturas (hasta 92,4° C) y conductividades eléctricas (hasta 9610,0 μS/cm), y marcadas facies Na-Cl. Esta composición es producto del enriquecimiento de las aguas en gases magmáticos y de la interacción con la roca huésped a altas temperaturas. Asimismo, la disolución de los gases tales como el SO2 y el HCl, de origen magmático en el agua subterránea hidrotermal, genera la incorporación de SO42- y Cl-. Se infirió que los iones Ca2+, Mg2+ y CO32- + HCO3- en las descargas geotermales están asociados a las rocas ígneas subyacentes, como resultado de la interacción agua –roca. Particularmente para el CO32- y HCO3-, también se interpreta su presencia como producto de la disolución del CO2(g). La composición isotópica de las descargas geotermales muestra que tienen un origen meteórico, con un enriquecimiento en 18O que evidencia su impronta geotermal. Las concentraciones de elementos traza son en su mayoría varios órdenes de magnitud superiores a las otras aguas estudiadas, y superan los límites admisibles para su uso como recurso hídrico potable. Los elementos de mayor significancia por sus altos valores analíticos fueron As, Li, Rb, Sr y V, de los cuales el As, Fe y Mn superaron los máximos recomendados por las regulaciones vigentes, desde 1000 veces (As) al doble (Mn).
En los cursos de agua superficial y mallines en cabeceras, los contenidos dominantes de Ca2+, HCO3- y SO42- se deberían a la interacción con sedimentitas carbonáticas y yesos, así como procesos de oxidación de H2S. A su vez, en los mallines ocurre disolución de silicatos que promueve la incorporación de Ca2+, Mg2+ y HCO3-. En los mallines y los cursos de agua superficial, tanto el Na+ como el HCO3- serían producto de la disolución de albita. En algunas muestras de cursos de agua superficial se observó un exceso de Ca2+, lo cual sería generado por procesos de intercambio catiónico, debido a que la dominancia de Na+ desplazaría al Ca2+ de la superficie de adsorción de minerales con propiedades adsorbentes como arcillas y zeolitas. También se han identificado posibles procesos de retención de elementos traza en el sustrato que aloja a los mallines, por mecanismos de adsorción en arcillas o sorción y/o absorción por parte de la vegetación.
Los elementos trazas determinados en los cursos de aguas superficiales suelen reflejar incrementos en las muestras tomadas aguas abajo de las descargas geotermales, como es el caso del As, Pb, Li, Rb, Sr y V, de los cuales dentro de los que presentan límites normalizados para su uso potable, el As reviste concentraciones de hasta dos órdenes de magnitud respecto a dichas normas. La composición isotópica de los mallines mostró una impronta asociada a un origen meteórico. Los contenidos de elementos traza se incrementan de los mallines de cabeceras a cuenca baja, representada fundamentalmente por el As, Ni, Mn, Rb, Sr y V. Los valores de trazas detectados aguas abajo de las descargas geotermales condicionan la calidad de agua de abastecimiento dado que varios de ellos superan los límites admisibles.
Los resultados obtenidos permiten reconocer, además de los procesos de interacción agua – roca, mezclas de aguas geotermales con la de los cursos superficiales aguas abajo de las mismas y con los mallines en cuenca baja, con aportes estimados en 41% y 29%, respectivamente. De esta manera, se infirió que los procesos naturales que tienen lugar en el área de estudio provocan la contaminación geogénica del recurso hídrico, y como consecuencia se incrementa la salinidad o la concentración de elementos altamente nocivos como el As.
Los resultados presentados en esta Tesis Doctoral constituyen el primer estudio integral de las condiciones hidrológicas del área, referentes a la interacción agua – roca y su relación con la calidad de aguas de abastecimiento. Los análisis plasmados permitirán advertir sobre la calidad de las aguas en el Campo Geotermal Domuyo, así como servir de guía en la implementación y/o mejoramiento del manejo del recurso hídrico incluso a nivel regional en áreas con presencia de fluidos hidrotermales. |
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Carretero, Silvina Claudia |
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Carretero, Silvina Claudia Villalba, Esteban |
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Este campo geotermal se ubica en el extremo norte de la provincia de Neuquén, en donde los principales cuerpos de agua están representados por cursos de escorrentía superficial encauzados y humedales de tipo “mallín”. Además, presenta descargas de agua geotermal en las zonas conocidas como Rincón de Las Papas, Ailinco, El Humazo, Las Olletas, Aguas Calientes, Los Géiseres y Los Tachos. Estos ambientes hidrológicos ubicados en las proximidades de los sistemas geotermales pueden verse afectados por los posibles aportes de los fluidos hidrotermales, lo que condicionaría la calidad del recurso hídrico y limitaría su uso de manera drástica. Es por lo expuesto que el objetivo general del presente Trabajo de Tesis Doctoral fue realizar un estudio detallado de la interacción agua – roca en el Campo Geotermal Domuyo, haciendo énfasis en la movilización de elementos químicos que puedan afectar la calidad del recurso hídrico para abastecimiento. Motiva llevar a cabo este tipo de estudios dado que son escasos los antecedentes a nivel global, a pesar de su significancia en materia de salud pública. A través del estudio de la geomorfología del área se determinó que el modelado del paisaje está fuertemente asociado al volcanismo, a los procesos de remoción en masa y a la acción fluvial. Además, de manera relegada a las zonas de descarga geotermal, se encuentran geoformas de origen glacial y masas heladas, lo que favorece la recarga del acuífero geotermal profundo y a su vez, constituye una fuente de aporte a los cursos de agua superficial y a los mallines. Los procesos gravitacionales, por su parte, toman notoriedad ya que conforman el principal sustrato permeable en el que se desarrollan los mallines, lo que resulta de significancia en cuanto a la percolación/infiltración de agua de recarga. Estos últimos fueron diferenciados según su ubicación entre los que se encuentran en cabeceras y en cuenca baja. Los primeros se caracterizan por tener un desarrollo más reducido sobre altas pendientes, y los segundos tienen mayor extensión y presentan pendientes más tendidas. Además se identificaron masas heladas en las altas cumbres, así como geoformas asociadas al ambiente glacial, en forma distal a las zonas de descarga geotermales. A partir de esto último se pudo establecer una relación entre el deshielo y recarga de agua subterránea, así como aportar caudal de los cursos de agua superficial. Por otra parte, el estudio de las litologías presentes permitió reconocer precipitados hidrotermales, y rocas parentales alteradas por geotermalismo. Los precipitados están formados por minerales carbonáticos (travertinos) y sílice no cristalina (sínters), los cuales están originados por desgasificación, enfriamiento y sobresaturación al descargar en superficie el agua geotermal. En las alteraciones reconocidas se han registrado minerales con rasgos de disolución, neoformación, óxido-reducción, decoloración e hidratación. Esto último sugiere procesos de argilización, sericitización, silicificación y propilitización. El clima de la región se ve condicionado por la altitud y se clasificó como de tipo montañoso. El análisis de la serie temporal de registros de datos hidrometeorológicos evidenció una tendencia general hacia una disminución de precipitaciones y un aumento de temperatura. Asimismo se determinó que los ciclos hidrológicos están caracterizados por un semestre cálido y seco y otro frío y húmedo. Durante este último se presentan los mayores excesos de precipitaciones. Se observó también una correspondencia significativa entre los eventos de tormenta, evidenciado por valores extremos de precipitaciones en muy corto periodo temporal, y elevados caudales medidos en las estaciones de aforo. Por otro lado, las distintas aguas estudiadas se agruparon según sus características en cursos de agua superficial aguas arriba de las descargas geotermales (nacientes) y aguas abajo (desembocadura), mallines ubicados en cabeceras y en cuenca baja, y descargas geotermales propiamente dichas. Se observaron variaciones importantes de los valores de temperatura, conductividad eléctrica y composición entre los distintos grupos de muestras de agua. Las descargas geotermales se caracterizan por sus elevadas temperaturas (hasta 92,4° C) y conductividades eléctricas (hasta 9610,0 μS/cm), y marcadas facies Na-Cl. Esta composición es producto del enriquecimiento de las aguas en gases magmáticos y de la interacción con la roca huésped a altas temperaturas. Asimismo, la disolución de los gases tales como el SO2 y el HCl, de origen magmático en el agua subterránea hidrotermal, genera la incorporación de SO42- y Cl-. Se infirió que los iones Ca2+, Mg2+ y CO32- + HCO3- en las descargas geotermales están asociados a las rocas ígneas subyacentes, como resultado de la interacción agua –roca. Particularmente para el CO32- y HCO3-, también se interpreta su presencia como producto de la disolución del CO2(g). La composición isotópica de las descargas geotermales muestra que tienen un origen meteórico, con un enriquecimiento en 18O que evidencia su impronta geotermal. Las concentraciones de elementos traza son en su mayoría varios órdenes de magnitud superiores a las otras aguas estudiadas, y superan los límites admisibles para su uso como recurso hídrico potable. Los elementos de mayor significancia por sus altos valores analíticos fueron As, Li, Rb, Sr y V, de los cuales el As, Fe y Mn superaron los máximos recomendados por las regulaciones vigentes, desde 1000 veces (As) al doble (Mn). En los cursos de agua superficial y mallines en cabeceras, los contenidos dominantes de Ca2+, HCO3- y SO42- se deberían a la interacción con sedimentitas carbonáticas y yesos, así como procesos de oxidación de H2S. A su vez, en los mallines ocurre disolución de silicatos que promueve la incorporación de Ca2+, Mg2+ y HCO3-. En los mallines y los cursos de agua superficial, tanto el Na+ como el HCO3- serían producto de la disolución de albita. En algunas muestras de cursos de agua superficial se observó un exceso de Ca2+, lo cual sería generado por procesos de intercambio catiónico, debido a que la dominancia de Na+ desplazaría al Ca2+ de la superficie de adsorción de minerales con propiedades adsorbentes como arcillas y zeolitas. También se han identificado posibles procesos de retención de elementos traza en el sustrato que aloja a los mallines, por mecanismos de adsorción en arcillas o sorción y/o absorción por parte de la vegetación. Los elementos trazas determinados en los cursos de aguas superficiales suelen reflejar incrementos en las muestras tomadas aguas abajo de las descargas geotermales, como es el caso del As, Pb, Li, Rb, Sr y V, de los cuales dentro de los que presentan límites normalizados para su uso potable, el As reviste concentraciones de hasta dos órdenes de magnitud respecto a dichas normas. La composición isotópica de los mallines mostró una impronta asociada a un origen meteórico. Los contenidos de elementos traza se incrementan de los mallines de cabeceras a cuenca baja, representada fundamentalmente por el As, Ni, Mn, Rb, Sr y V. Los valores de trazas detectados aguas abajo de las descargas geotermales condicionan la calidad de agua de abastecimiento dado que varios de ellos superan los límites admisibles. Los resultados obtenidos permiten reconocer, además de los procesos de interacción agua – roca, mezclas de aguas geotermales con la de los cursos superficiales aguas abajo de las mismas y con los mallines en cuenca baja, con aportes estimados en 41% y 29%, respectivamente. De esta manera, se infirió que los procesos naturales que tienen lugar en el área de estudio provocan la contaminación geogénica del recurso hídrico, y como consecuencia se incrementa la salinidad o la concentración de elementos altamente nocivos como el As. Los resultados presentados en esta Tesis Doctoral constituyen el primer estudio integral de las condiciones hidrológicas del área, referentes a la interacción agua – roca y su relación con la calidad de aguas de abastecimiento. Los análisis plasmados permitirán advertir sobre la calidad de las aguas en el Campo Geotermal Domuyo, así como servir de guía en la implementación y/o mejoramiento del manejo del recurso hídrico incluso a nivel regional en áreas con presencia de fluidos hidrotermales. Facultad de Ciencias Naturales y Museo Tesis Tesis de doctorado http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-NC-ND 4.0) application/pdf |