La descarga de agua subterránea submarina (SGD) es un proceso hidrológico que ocurre comúnmente en áreas costeras. Se describe como una afluencia submarina de agua subterránea dulce y salobre de la tierra al mar. La descarga de agua subterránea submarina está controlada por varios mecanismos de fuerza, que provocan un gradiente hidráulico entre la tierra y el mar. [1]Considerando los diferentes escenarios regionales, la descarga ocurre como (1) un flujo focalizado a lo largo de fracturas en áreas kársticas y rocosas, (2) un flujo disperso en sedimentos blandos, o (3) una recirculación de agua de mar dentro de sedimentos marinos. La descarga de agua subterránea submarina juega un papel importante en los procesos biogeoquímicos costeros y los ciclos hidrológicos, como la formación de floraciones de plancton en alta mar, los ciclos hidrológicos y la liberación de nutrientes, oligoelementos y gases. [2] [3] [4] [5] Afecta a los ecosistemas costeros y las comunidades locales la han utilizado como recurso de agua dulce durante milenios. [6]
Forzar mecanismos
En las zonas costeras, los flujos de agua subterránea y de mar son impulsados por una variedad de factores. Ambos tipos de agua pueden circular en los sedimentos marinos debido al bombeo de las mareas, las olas, las corrientes de fondo o los procesos de transporte impulsados por la densidad. Las aguas dulces meteorológicas pueden descargarse a lo largo de acuíferos confinados y no confinados hacia el mar o puede tener lugar el proceso de oposición del agua de mar que se introduce en los acuíferos cargados de agua subterránea. [1] El flujo de agua dulce y de mar está controlado principalmente por los gradientes hidráulicos entre la tierra y el mar y las diferencias en las densidades entre ambas aguas y las permeabilidades de los sedimentos.
Según Drabbe y Badon-Ghijben (1888) [7] y Herzberg (1901) [8], el espesor de una lente de agua dulce por debajo del nivel del mar (z) se corresponde con el espesor del nivel de agua dulce sobre el nivel del mar (h) como:
z = ρf / ((ρs-ρf)) * h
Z es el espesor entre la interfaz agua salada-agua dulce y el nivel del mar, h es el espesor entre la parte superior de la lente de agua dulce y el nivel del mar, ρf es la densidad del agua dulce y ρs es la densidad del agua salada. Incluyendo las densidades de agua dulce (ρf = 1.00 g • cm-3) y agua de mar (ρs = 1.025 g • cm-3), la ecuación (2) se simplifica a:
z = 40 * h
Junto con la Ley de Darcy , se puede calcular la longitud de una cuña de sal desde la costa hasta el interior del país:
L = ((ρs-ρf) Kf m) / (ρf Q)
Siendo Kf la conductividad hidráulica, m el espesor del acuífero y Q la tasa de descarga. [9] Suponiendo un sistema acuífero isotrópico, la longitud de una cuña de sal depende únicamente de la conductividad hidráulica, el espesor del acuífero y está inversamente relacionada con la tasa de descarga. Estos supuestos solo son válidos en condiciones hidrostáticas en el sistema acuífero. En general, la interfaz entre el agua dulce y salina forma una zona de transición debido a la difusión / dispersión o la anisotropía local. [10]
Métodos
El primer estudio sobre la descarga de aguas subterráneas submarinas fue realizado por Sonrel (1868), quien especuló sobre el riesgo de manantiales submarinos para los marineros. Sin embargo, hasta mediados de la década de 1990, la comunidad científica no reconoció el SGD porque era difícil detectar y medir la descarga de agua dulce. El primer método elaborado para estudiar la SGD fue realizado por Moore (1996), quien utilizó radio-226 como trazador de aguas subterráneas. Desde entonces se desarrollaron varios métodos e instrumentos para intentar detectar y cuantificar las tasas de descarga.
Radio-226
El primer estudio que detectó y cuantificó la descarga de agua subterránea submarina a nivel regional fue realizado por Moore (1996) en South Atlantic Bight frente a South Carolina . Midió concentraciones mejoradas de radio-226 dentro de la columna de agua cerca de la costa y hasta unos 100 kilómetros (62 millas) de la costa. El radio-226 es un producto de la desintegración del torio-230 , que se produce dentro de los sedimentos y es suministrado por los ríos. Sin embargo, estas fuentes no pudieron explicar las altas concentraciones presentes en el área de estudio. Moore (1996) planteó la hipótesis de que el agua subterránea submarina, enriquecida en radio-226, era responsable de las altas concentraciones. Esta hipótesis se ha probado en numerosas ocasiones en sitios de todo el mundo y se ha confirmado en cada sitio. [11]
Medidor de filtración
Lee (1977) [12] diseñó un medidor de filtración, que consta de una cámara que está conectada a un puerto de muestreo y una bolsa de plástico. La cámara se inserta en el sedimento y el agua que se descarga a través de los sedimentos se atrapa dentro de la bolsa de plástico. El cambio en el volumen de agua que queda atrapado en la bolsa de plástico con el tiempo representa el flujo de agua dulce.
Perfiles de agua de poro
Según Schlüter et al. (2004) [13] Los perfiles de agua de poros de cloruro se pueden utilizar para investigar la descarga de aguas subterráneas submarinas. El cloruro se puede utilizar como marcador conservador, ya que está enriquecido en agua de mar y se agota en el agua subterránea. Tres formas diferentes de perfiles de agua de poros de cloruro reflejan tres modos de transporte diferentes dentro de los sedimentos marinos. Un perfil de cloruro que muestra concentraciones constantes con la profundidad indica que no hay agua subterránea submarina. Un perfil de cloruro con una disminución lineal indica una mezcla difusa entre el agua subterránea y el agua de mar y un perfil de cloruro de forma cóncava representa una mezcla advectiva de agua subterránea submarina desde abajo.
Ver también
- Agujero sinuoso , puntos de salida submarinos de agua dulce para corales y sedimentos cubiertos de sedimentos llenos de viejos canales de ríos
Referencias
- ↑ a b William C. Burnett, Bokuniewicz, Henry, Huettel, Markus, Moore, Willard S., Taniguchi, Makoto. "Entradas de agua subterránea y agua intersticial a la zona costera", Biogeoquímica , Volumen 66, 2003, Página 3-33.
- ^ Claudette Spiteri, Caroline P. Slomp, Matthew A. Charette, Kagan Tuncay, Christof Meile. "Dinámica de flujo y nutrientes en un estuario subterráneo (Waquoit Bay, MA, EE. UU.): Datos de campo y modelado de transporte reactivo", Geochimica et Cosmochimica Acta , Volumen 72, Número 14, 15 de julio de 2008, Páginas 3398–3412.
- ^ Caroline P. Slomp, Philippe Van Cappellen. "Insumos de nutrientes al océano costero a través de la descarga de aguas subterráneas submarinas: controles e impacto potencial", Journal of Hydrology , volumen 295, números 1 a 4, 10 de agosto de 2004, páginas 64 a 86.
- ^ Moore, Willard S. (1996). "Grandes aportaciones de agua subterránea a las aguas costeras reveladas por los enriquecimientos de 226Ra". Naturaleza . 380 : 612–614. doi : 10.1038 / 380612a0 .
- ^ Matthew A. Charette, Edward R. Sholkovitz. "Ciclos de elementos traza en un estuario subterráneo: Parte 2. Geoquímica del agua de los poros", Geochimica et Cosmochimica Acta , Volumen 70, Número 4, 15 de febrero de 2006, Páginas 811–826.
- ^ Moosdorf, N .; Oehler, T. (1 de agosto de 2017). "Uso social de la descarga de agua subterránea submarina fresca: un recurso de agua pasado por alto" . Reseñas de Ciencias de la Tierra . 171 : 338–348. doi : 10.1016 / j.earscirev.2017.06.006 . ISSN 0012-8252 .
- ↑ Drabbe, J., Badon-Ghijben W., 1888. Nota in verband met de voorgenomen putboring nabij Amsterdam (Notas sobre los resultados probables de la perforación de pozos propuesta cerca de Amsterdam). Tijdschrift van het Koninklinjk Instituut van Ingenieurs. La Haya 1888/9: 8–22
- ^ Herzberg, B. 1901. Die Wasserversorgung einiger Nordseebader. Gasbeleuchtung und Wasserversorgung 44: 815–819, 842–844
- ^ Domenico, EP y Schwartz, FW; 1998. Hidrogeología física y química. 2ª ed. Nueva York. John Wiley & Sons Inc .: 506
- ^ Stuyfzand, PJ; 1993. Hidroquímica e hidrología de la zona de dunas costeras de los Países Bajos occidentales. Tesis de doctorado, Vrije Universiteit Amsterdam: 367.
- ^ Moore, Willard (2010). "El efecto de la descarga de agua subterránea submarina en el océano" . Revisión anual de ciencias marinas . 2 : 345–374. doi : 10.1146 / annurev-marine-120308-081019 . PMID 21141658 .
- ^ David Robert Lee. "Un dispositivo para medir el flujo de filtración en estuarios y lagos", Limnología y Oceanografía , Volumen 22, 1977, págs. 140–147
- ^ Schlüter, M .; Sauter, EJ; Andersen, CE; Dahlgaard, H .; Dando, PR (2004). "Distribución espacial y presupuesto de descarga de aguas subterráneas submarinas en la bahía de Eckernforde (Mar Báltico Occidental)". Limnología y Oceanografía . 49 : 157-167. doi : 10.4319 / lo.2004.49.1.0157 .