Procesos hidrogeoquímicos en la zona de mezcla agua dulce-agua salada en el litoral del extremo meridional del macizo carbonatado de Garraf (Tarragona)

IV SIMPOSIO DE HIOROGEOLOGÍA PROCESOS HIDROGEOQUIMICOS EN LA ZONA DE MEZCLA AGUA DULCE-AGUA SALADA EN EL LITORAL DEL EXTREMO MERIDIONAL DEL MACIZO CARBONATADO DE GARRAF (TARRAGONA) PASCUAL DIAZ, J. Mm,uel CUSTODIO GIMENA, Emilio Curso Intemacional de Hidrología Subtemfuca y Dpla, de Iugenierfo del 'I'crre110. Escuela. Técnica Superior de I11genieros de Carnfoos, CruJc"Úes .Y Puertos de Bn.rc,-/011c1 RESUMEN El •tclor Sur del acuífero ,arbonafodo corlcro de Cia.·rraf. njcclad.o por """ nofaMr contaminotión por muela de. egua. d11lct V agu.a. ma.rfo�, u v.na /ormadór,, idOnt!a. para tl e,f11Jtbo dt lotJ meca.ni3mo3 ,fr duolución v/o pr«lpüa«ón de carbona.to, g de los pro�•o• de tra.n•f•rcncia. de m&a. v <O'l-'< ufnl""'"''nlc do lo, or,grnc• de lo, incremento, o duminuc1on,,. de la �rntcabiliclad �•c11ruforia. y de po•ible• proce•o• d� dolomitiiación en. lo .:ona. tltmc?cla.. Se d��criben loa pnn.dpio., (eórr.co.• que rig n. lo-1 1nt=c.anumfl,1 de di,olución-prcctpitac,ón y d.olomitl:adón en ,uu.ífcTO, ca.rbonafodos v •• dúculrn lo• ru'II-Undo., hidrog""911(mico, ligado• a la interacción agua mezcla-roca carbonatada. ob.teip,do, a. lo lir.rgo Je "" nño d.e inne,tigacíón tn do, prLn.tos d, c,,ntrol. En la. zona de rne,,do ofodiadn •• producen P"orno, <lo duolucion de caldlG durante ti ·oemno, c,,ntrolado, prmci}ldlmrn!c por aporte ,Je GU1 v en menor grodo por incremenl<> de /4 fa,er:a. iónictt al pr,;ducir,e la. mezda.. Se don ta.mbiin, la, condiúon,, ndccu<t.dac< para que ,,, produ:can proc.,o, de dolomllúocion de la calica. l. INTRODUCCION El interés despertado últimamente por la invest,igl\□Ón de lc;,s protesos hidrogeoc¡uúnicos que se producen en la zona de mezcla agua dulce-agua salada de los anúfero8 cosieros se rell!'ja en recientes publicaciones d.e distinto• autores en diferentes areM del mw1do. PLllMMER (1975), RANSHAW y BACK {1979), BACK e� al.(1979), MAGARITZ et al.(1980), BACK y RANSHAW {1983), HERMAN y BACK (1984), MAG-AR.ITZ y LUZTER (lflR!i), MERCADO (1985), TULIPANO y .FIDELIBUS (1984), CUSTODIO et al.(t986 a-), entTe otros, hRU d._ulo buenos ejemplos que permiten el estRl¡lecimiento de bases teóricas y prácticas. Según HANSIIAW y BACK (1979), la zona d� mezcla agua dulce-agua saJ,.cla es la part.e máli activa, desde el p11nto de vista dinámi<-o, <le los sistemas geoquímicos carbonat.ados. En esta zona se producen los cambios lisico-químicos que ienen lugar al me7,diu-se agn"s con un contenido iónico muy distinto entre sí. Según los mismos autores (HANSRAW y BACK, 1980 b), d.e la mezcla de dos a.guas con salinidades diferentes y ambas saturnrlas con uno o lllM minerales carbonáticos resulta una solución generalruenle subsatw:adR con los carhonatos y por lo tanto con capacidad de disolución. Se ha demost:rado en el laboratorio (THRA lLKlLL. L968; RUNNELLS, 1969) y observado en la naturaleza (BA(;K et al .. 1979; HER.MAN y BAC:K, 1984) que determinadas mezclas rJlSU]tan generalmente subsaturada.s en cnlciia y dolomita. E■tos efectos se deben en parte a cambios en los coeficientes de actividad iónica 1.m fonción clel grado de mescla. Por ejemplo, RUNNELS ( 1969) tlemo�tró a partir de dRtos e:,q1erimentales que al mesclar disoluciones con salinidades notablemente diierentes, las concentraciones de Ca++ y 477 CQfevolucionan line,umenLe en funri611 dd porcentaje rle mezcla; sin emhargo los coPficient.es de ;,.ctividad respectivos son meno;es R los espera.,los de una evolución lineal ent.re las dos cliso.luciones extremas de la mezda. Así pue�, s.i "m" es la molru.idad, "1'" el coeficiente de actividad y "K:' la constante de equilibrio de la calcil.ci, resulta que: y por lo tanto que existe subsaturación. Según cakulos teóricos realizados por PLUMMETI (19i5), el grado de snhs:i.turación de las aguas mezcla �ntre agua dulce y marfaaes fnnción de IA pre.sión pa.rcial de CO,, temp raturn. fuerza iónica, grado de satur¡,.ción repecto a la Cl\ldtn y pll de 1113 agua., origiJ1arias de la mezcla. La mayor subsaturación se produce con porcentajes de agua de mar relativamente bajos (del orden del 10 y 20 % de agua salada). El grado de suhs;,.turaciói;i aume.nl;,. n<],tah!emente R mayor pr�ión parcial de C:O, en la., agu>\.'! origin"1es. A m nor pll la suhsatumción taml>ién es mayor. WIGLEY y PLUMMER (1976) AJll\(len qne la redistób11cion de par� iónicos tales como M gHC03, MgOH+ y Ceso., pueden inflwr eu uu descenso tlel flli de l1< mezcla respecto de los pR de ll\S aguAS orig.inales extTemM y coutrihw.r a 11\ subsatu:ración. Si en la zon;,. de mezcl" ex.iste cfünlución de miner;.Jes carbonál.icos, produciéndose nna Lra.nsforencia de masa desde la roca 111 l\g,111 y ade11uis ist.e ílujo subt�rráneo, se dan las condiciones par!\ qne se produzca un aumento de la permeal>ilida,l secundaria. A pesAr de que en la evolución de la 1,ona de. mezdtt •e pueden <l;.r desequilihrjos en ambos sentidos -subsaturación y sohres;,.t11r;,.cir.ína la larg" el f>,.Jance global es de disolución {TRAILKILL, 1968; PLOMMER, WJGLEY y PARKHURST, 19i8), Esto se debe a q11e por motivos cinéiicos de los equilihrios q1únúc.os en consideración, •e d.isnelve mucha más calcit;,. en cortos períodos de subsa.turación q11e l!\ t¡ne se pu.,Ja precipitar en periodos mucho más largos de sobresaturación (BAC:K et al.,19i9). Como con.secuencia, HANSHAW y BACK (1980 b) y BAOK y llANSHAW (1982) rlantean la hipótesis alternl\tiva a la creencia generalizada de que todos los prueokarsts resulten de fenómenos producidos pnr agnas meteóriO\li superficiales o sulm1perficiale:i. Aitl, IM zonM ele alta porosjdad y permeabilidad secundaria en a�•1líeros carbonRtllclos costeros son el resultado de los procesos de disolución en la zona de mezcla que hau ido acompañando " las oscilaciones del nivel del m1<r durante el pleistoceno. Segiin PLUMl\.fER (19i5), en las agn;,.s mezcl;,. suhsatur!\dM respecto a la cale.ita ex.is.te un potencial termodinámico par!\ la doloruitización de la caliza por reeruplazamiento, siempre y cuAntlo la mezcla esté sohresatnracla :re,,pecto a la dulumita. LR sobresl\tmari6n respectu a ¡,. dolomita crece cuanto menor sea la presión parcial de CO¡, siendo también ÍUJ1ción del pJ-I y la temperatura. HANSHAW et al. ( 1971) proponeu que la dololllitización se produce en aguas salobres por mezcla, <:nM<lo la relación mola] magnesio/ caldo es mayor a la unidl\d, aunque t¡uubien apuntan que muchM de IM dolomitM moden1a.s estrut asociadRs;,. agnas nllturales con relación mola! M9/Cc mayor 1\ 3. HANSRAW y BACK (19i9) y SRATKAY y MAGARITZ (198i) !\Íirm!\n que para producirse la dolomitización debe existir durante ruiici�nt,e tiempo, en la.s condiciones adecul\dM, un contin110 a.porte de Mg++ al medio y un elevado contenido de COf para sn_perar la barrera de deshidratación del magnesio. Para la reacción: es posible establ�cer que: K,,/ K;. == aMy++/ac.,++ donde K,1 y J(, son las constantes ,le equilibrio para la dolomita y calcita respectivamente y a la ;,.ctividacl. Para el equilibrio isotémtlco entre !;,. calcita, dolomita y agua, la relación 478 u, o ' e, ' º o /V 58"" • /'-----------� "º"' __,., ¡-.... Z3m� C: C _j__......,_-.,.,....,., .... ..,.='!Bellv�j o "' _;, --- "' =- " "'" E e, "' " o"' ....., "" C""' o" -= -· '- "' �::: e;; ' 6 M[StS ( 19861 12 58,n� 4o m r _., '-:B,llve, 23m = o--+-----�----, "' E o " "' o --"' º"' •-' u _, o "'o 3 6 MESES ( 1985) "º'"--� Z5m / 12 --....._,.._Bellve, '-' o-'---------- 3 6 MESES ( 1986 l 12 _, -- =- "' ÉCD u, o _..__...., "' " _, :=, c...r, e -+-----�---- o o o �' _,"' --- "' =- "' e o ·-' -= e, 3 MESES ( 1986 l 12 � ci --+---'1------�..: ra., 'Bel/\/e.l "' N -N _, --- o =-o "' "' e� 2� U)" L.W = U:,c:, <: • 6 MESES ( 1986 l =o_¡._ ________ _ 3 6 MESES ( 1986 l 12 12 FIGURA 2. Evolución de los principftle• iónes en di•oluci6n en el piezómetro "Calafell, S-01 y Bellvei, S-04", a las profundidades indicadas. 482 "! .,, ": .,, "; " sa� .,, �·'" " o Z:Sm =;, 3 G MESES (1985) 9 12 c.....) = o N ""_, '- =:, __.__, �� a, o... "' a, t-· 3 G MESES (19851 12 FIGURA 3. Evoludón del pH y ternperatnrft "º los piezómetros "Calnfoll, S-01 ", n las profundidades indicada& y "Bellvei, S-04". ": º0 �Bel!ve, -2�m. . � S8m e;: 4om · º->-- .., e¡ u": � � +--,-,---., --,---, 3 G MESES ( 1985) 12 Bell,¡'-l ,-,---.-- 1 MFSrS 119%1 9 1:: FIGURA 4. EvoluciOn rlP los inrlir.P!- <h� s1:ü11rAci,)u ,-ys�• �n los piezf)tnet:ros .. Cnlnfr.11. S-01", a las pro{undidades indicndfts y "Bellvei, S-04". 484 SOLER, X. (1984,. Dinámica de la circulacioñ y control estructural en el acuífero káretko del macizo de G1urlÚ sec,tr.rSW). '.l«nikuill'. THRAILIGLL, J. (1968), Chemical and hyd.rologic fadors in the excavations of limestone caves. GeologicaJ Sociei:, oí Am�rica Bull. Vol.79. pp.18-46. TULIP ANO, L. y FIDELIB US, H.V. ( 1984). Geochemical chBracteristic.s oí Apulian coas tal springs water (Southem ltaly) .related o ruixing processes of ground water• with sea water having clifferent .residence ti.me into the aqo.ifer. 5th fut. ConL on Water Resources Planning and Man. Atbens. pp.2.65-2.67. VBRNON, R.O. (1969). Tl1e geology ami byilrology associated with. a wne oí high permeahilit.y (boulder zone) in Florida. Soc. Mining Enginners. Preprint 69-AG-12. 24 pp. WIGLEY, T.M.L. y PLUMMER, L.N. (1976). Mixing of cftfbonate water,. Geodiinúa d Cam1ochinúca Acla. Vol.40. pp.989�95. 492