Ciències de la Terra i del Medi Ambient. La Hidrosfera (4) Aigua Subterrània.

Transcripción

1 Ciències de la Terra i del Medi Ambient La Hidrosfera (4) Aigua Subterrània. 1. Les aigües continentals subterrànies. 2. Roques: Porositat i permeabilitat El carst. 3. Aqüífers definicions i tipus 3.1. Aqüífers lliures i captius. 4. Flux d aigües subterrànies Rius influents i rius efluents. HIDROSFERA AIGUA SUBTERRANIA_1.wp8-1

2 1. Les aigües continentals subterrànies. Ciències Terra i Medi Ambient La Hidrosfera (4) Aqüífers: Aigua Subterrània. A permeable B impermeable Part de l aigua continental s infiltra i forma part de l aigua retinguda en els sòls i de l aigua subterrània, aigua que encara que representa un petit percentatge de la hidrosfera (inferior a l 1%), actua com a reserva d aigua (tant pel funcionament dels ecosistemes com d aigua potable). 2. Roques: Porositat i permeabilitat. La permeabilitat és la capacitat d'una roca per a permetre el pas de fluids a través seu. La porositat és la capacitat d'emmagatzemar aigua en els porus de la roca. La porositat ve donada pel percentatge d espais buits en el volum total de la roca, es pot calcular com el percentatge d espais buits (porus) respecte del volum total de la roca i expressa la capacitat d aquesta per contenir aigua. Porositat (%) = 100 x (Volum dels espais buits / Volum de la roca) La porositat pot ser primària, donada pels espais buits que té la roca en origen, o secundària, formada per processos posteriors a la formació de la roca (com és la meteorització, per fracturació, per dissolució...) HIDROSFERA AIGUA SUBTERRANIA_1.wp8-2

3 Roca Porositat Aigua continguda en 1m 3 de roca saturada Porositat efectiva Aigua drenable en 1 m 3 de roca saturada Sorres i graves R R Sorres fines R R Gressos R R Calcària fissurada R R Argiles R R Esquists R 1-20 R Granit fissurat 1-50 R 1-20 R Una porositat elevada no sempre afavoreix la circulació lliure de l aigua, per això parlarem de permeabilitat. Una roca porosa serà poc permeable si els seus porus no estan connectats (porositat connectada), o si els porus no són accessibles als fluids lliures (porositat accessible) o si els porus són massa prims i retenen l aigua per forces de capil laritat. Una porositat elevada no sempre afavoreix la circulació de l aigua, per exemple les argiles que amb un 50% de porositat són poc permeables ja que els espais són capil lars i retenen l aigua o les pumites (roques volcàniques) que són gairebé impermeables encara que també tenen una porositat del 50%, però amb molt baixa connectivitat. La permeabilitat és la capacitat d una roca de deixar passar al seu través aigua (i aire o altres fluids). Quantitativament la permeabilitat és la velocitat (volum/unitat de temps) de pas de l aigua a través d una unitat de superfície de sòl o roca saturat d humitat Roques permeables són les que deixen passar lliurement l aigua, roques poc permeables les que deixen passar l aigua però molt lentament, i roques impermeables les que no deixen passar l aigua. TIPUS DE ROCA POROSITAT % PERMEABILITAT Conductivitat hidràulica (m/dia) Granit 0 a Granit meteoritzat 2 a 10 8, a 1,66 Marbre / calcària 0,4 fins a 14 Calcàries detrítiques 20 3, Sediments lacustres 15 a 35 0,1 a 100 Sorres deltaiques 14 a 40 0,1 a 200 Al luvions de riu 5 a a 500 La porositat i la permeabilitat depenen dels tipus de sediment o roca i també del grau de compactació i d alteració. Per exemple els sediments poc compactats presentaran gran quantitats d espais intersticials per on podrà infiltrar-se i fluir l aigua, les roques fissurades amb diàclasis i escletxes connectades entre sí deixaran fluir millor l aigua que les roques sense alterar. HIDROSFERA AIGUA SUBTERRANIA_1.wp8-3

4 2.1. El carst. La carstificació (formació del carst) és la dissolució de les roques calcàries per l aigua. L aigua de pluja és lleugerament àcida ja que conté CO 2 en dissolució, i aquesta aigua carbonatada dissol les roques calcàries insolubles en aigua pura, transformant el carbonat de calci insoluble en bicarbonat soluble. Gran part dels aqüífers de Catalunya tenen aquest tipus de morfologia. Quan l aigua troba una roca calcària fissurada pot dissoldre part d aquesta roca i d aquesta manera augmentar l espai a través del qual l aigua pot circular. H 2 O + CO 2 W HCO 3- + H + CaCO 3 + argiles + HCO 3- + H + W Ca(HCO 3 ) 2 + restes d argila 3. Aqüífers definicions i tipus Les aigües subterrànies són, per tant, les que es troben sota la superfície del terreny i constitueixen una gran reserva d'aigua continental. Procedeixen majoritàriament de I'aigua de les precipitacions, que s'infiltra en el subsòl. Les aigües subterrànies amaren les roques i formen corrents d'aigua que circulen pel subsòl. Poden sorgir a la superfície i alimentar d'aquesta manera rius i llacs. L'aigua baixa per la força de la gravetat entre els porus i les escletxes de les roques fins a arribar a una roca no porosa, anomenada zona impermeable. Quan I'aigua assoleix la zona impermeable s'acumula i va omplint els porus i escletxes de les roques que són per damunt. Així es constitueix un aqüífer. D aquesta aigua que ocupa la porositat del subsòl una part es troba en forma de pel lícula adherida a les partícules de la roca (l aigua que mulla les partícules), una altra part es troba retinguda per capil laritat en els porus més fins, i una altra part és lliure i és aquesta aigua lliure la que pot circular i acumular-se formant els aqüífers. El nivell fins al qual arriba I'aigua s'anomena zona de saturació. La zona superior, en la qual els porus de les roques no estan saturats d'aigua, s'anomena zona d'aireig. El nivell freàtic és la superfície de contacte entre la zona de saturació i la zona d'aireig. Un aqüífer és una formació rocosa permeable que permet el pas de l aigua i la seva acumulació, i que està delimitada en la base per un nivell impermeable que impedeix que l aigua continuï infiltrant-se cap a nivells inferiors. HIDROSFERA AIGUA SUBTERRANIA_1.wp8-4

5 3.1. Aqüífers lliures i captius. Un aqüífer lliure està en contacte directe amb l atmosfera a través dels espais buits del terreny fina a la superfície. Quan un aqüífer lliure està separat del nivell freàtic general per una capa impermeable es diu que és un aqüífer colgat. Quan l aqüífer està separat de l atmosfera per nivells poc permeables, té roques impermeables per damunt i per sota, parlem d aqüífer captiu o confinat. A1 Lliure; A2 Colgat; A3 Confinat L aigua que s infiltra en el terreny constitueix la recàrrega i la superfície a través de la que es dóna aquesta infiltració és l àrea o zona de recàrrega de l aqüífer. En el cas dels aqüífers lliures l aigua està sotmesa a la pressió atmosfèrica i el nivell freàtic i el nivell piezomètric (nivell on la pressió hidrostàtica de l aigua és igual a la pressió atmosfèrica) coincideixen. En els aqüífers captius l aigua pot estar sotmesa a una pressió superior a la pressió atmosfèrica, de forma que quan es perfora un pou que arribi fins a l aqüífer en ell pujarà l aigua fins al punt en que la pressió hidrostàtica s iguala amb l atmosfèrica, fins que assoleix el nivell piezomètric; fins i tot podrà brollar a la superfície com en el cas dels pous artesians. Un pou artesià és un pou excavat en un nivell inferior al nivell piezomètric i en el que la pressió hidrostàtica impulsa l aigua cap a la superfície per la qual cosa no cal bombejar-la Un altre tipus d aqüífers són els que s han format a partir de l aigua despresa en les reaccions magmàtiques, o formades durant la compactació dels sediments, i que ocupen espais buits o impregnen roques permeables a una certa profunditat i sense contacte amb l exterior, en aquest cas es parla d aigua fòssil. (Són aqüífers que en no tenir recàrrega no es poden explotar) 4. Flux d aigües subterrànies. Encara que, generalment de forma molt lenta (tenen un període de renovació molt gran) les aigües subterrànies circulen pel subsòl degut a la gravetat i a la pressió, produint un flux hidràulic subterrani. De vegades té lloc un escolament d aquestes aigües, quan brolla i retorna a la superfície incorporant-se als corrents superficials. La prospecció d aigües subterrànies permet elaborar mapes de superfícies piezomètriques, on es representa la zona saturada d aigua dels aqüífers lliures (nivell freàtic) i el nivell piezomètric dels aqüífers captius (el nivell que assoliria l aigua si eliminéssim la roca impermeable). HIDROSFERA AIGUA SUBTERRANIA_1.wp8-5

6 Per representar aquests mapes es fan servir isopiezes o línies que uneixen punts on la zona saturada d aigua es troba a la mateixa cota per sobre del nivell del mar. Seria com el relleu topogràfic de les roques saturades d aigua. Les línies de flux van de les cotes altes a les baixes i determinen la direcció del flux hidràulic subterrani. S ha d anar en compte per no confondre la cota de la isopieza (donada sobre el nivell del mar) amb la profunditat a la que es troba el nivell freàtic. Per exemple: si en un punt de cota 100 m (alçada 100 sobre el nivell del mar) trobem aigua a 25 metres de profunditat la isopieza marcarà 75 m (el nivell freàtic està a 75 m sobre el nivell del mar) 4.1. Rius influents i rius efluents. L aigua subterrània pot tornar a sortir a l exterior formant deus o alimentant rius i llacs, també por ocórrer que l aigua de rius i llacs s infiltri en el terreny i passi a les reserves d aigua subterrània. Parlem de Riu influent (o riu perdedor) quan és el riu qui alimenta les aigües subterrànies, el nivell freàtic es troba per sota del nivell de l aigua del riu. Parlem de Riu efluent (o riu guanyador) quan el riu s alimenta de l aqüífer, el nivell freàtic està per sobre del nivell del riu i les aigües subterrànies descarreguen en el riu. HIDROSFERA AIGUA SUBTERRANIA_1.wp8-6