Metamorfosis de las del sistema hidrográfico Santa María-Río Verde, México

David Vinicio Carrera Villacrés

Jazmin Ramírez García

Universidad de las Fuerzas Armadas-ESPE. Departamento de Ciencias de la Tierra y la Construcción. Ecuador

San Juan-Argentina, 2013

1. INTRODUCCIÓN

Los recursos agronómicos de las regiones áridas y semiáridas son los menos explotados en México, a pesar que se consideran con un alto potencial, y debido a las demandas de la población creciente su estudio contribuirá al desarrollo de estas regiones que representa el 60% del país.

En la zona de estudio por su pasado geológico se tienen grandes reservas de sales que a través del desconocimiento de los procesos de metamorfosis que ocurren en las aguas pueden generar graves problemas a los suelos al incorporarlos a la agricultura.

El objetivo del presente trabajo fue conocer la meteorización geoquímica por evaporación de las aguas, y sus efectos sobre los cultivos del sistema hidrográfico Santa María-Río Verde.

En irrigación es necesario estudiar la composición química de las aguas para determinar el tipo de salinidad dominante, sobre todo si éstas tienen contacto con antiguos fondos marinos, evaporitas, que transportan sales depositadas hace millones de años desde los estratos profundos hacia la superficie, lo cual puede afectar suelos y cultivos.

2. OBJETIVOS

Desarrollo de la Plataforma Valles-San Luis en el Cretácico. Aproximadamente entre 140 y 60 millones de años.

4. MATERIALES Y MÉTODOS

El estudio se realizó en los estados de Querétaro y San Luis Potosí. Este trabajo fue una investigación no experimental, el estudio fue prospectivo, en donde toda la información se recogió de acuerdo a los criterios del investigador y para los fines específicos de la investigación, después de la planeación de la misma (Méndez et al., 1986).

DETERMINACIÓN MÉTODO REFERENCIA 1. pH Potenciómetro marca

Beckman NMX-AA-008-SCFI-2000

2. Conductividad eléctrica Conductímetro puente de Wheatstone con celdas de vidrio de rango 1-5

NOM-AA-93-1984

3. Residuo seco evaporado o sólidos totales solubles

Gravimetría utilizando estufa Hot-Plate modelo Type 2200 Thermoline

NOM-AA-34-1981 Procedimiento B

4. Residuo seco calcinado Gravimetría utilizando mufla Lindberg

NOM-AA-34-1981

5. Sodio y potasio Flamometría con flamómetro 648 IL λ=589 nm utilizando soluciones Standard 140 meq l-1 para Na+ y 5.0 meq L-1 para K+

APHA, 1995 3500-Na+ y K+, D

6. Calcio mas magnesio Volumétrico titulación con EDTA (Merck, Titristol, Art. 9992 0.01 N

APHA, 1995 3500 Ca2+, D

7. Carbonatos Volumétrico titulación con acido sulfúrico (Merck, Titristol Art. 9984) 0.01 N, indicador fenolftaleína

APHA, 1995 2320 B

8. Bicarbonatos Volumétricos titulación con ácido sulfúrico (Merck, Titristol Art. 9984) 0.01N

APHA, 1995 2320 B

9. Cloruros Mohr. Titulación con nitrato de plata (Merck, Nitrato de Plata en solución, Art. OC248386)0.01 N. Indicador cromato de potasio al 5%

APHA, 1995 4500-C-IB

10. Sulfatos Turbidimetría Espectrofotómetro 35 Perkin Elmer λ=420 nm

APHA, 1995 4500-SO4

2- E

11. Ortofosfatos Volumétrico titulación con Colorimetría

APHA, 1995 Rodier, 1978

12. Boro Azometina-H Page (1982) 13. Presión osmótica 14. Nitratos

Osmómetro Nitración del ácido salicílico

Wescor, 1985 Robarge et al. (1983)

Métodos para análisis de aguas

Métodos para la evolución geoquímica de las aguas de Río Verde

Hardie y Eugster (1970) y Moya et al. (1990) proponen un modelo para estudiar el origen de la composición química del agua de manantiales y lagos, basado en la concentración por evaporación en equilibrio con la atmósfera. En el presente trabajo se siguió ese modelo y se comprobó con un experimento de reconcentración de sales del manantial de Media Luna por evaporación a 1000 mL, 750 mL, 500 mL y 250 mL.

Después se realizaron las determinaciones físicos y químicas que se describen en el análisis de aguas para cada muestra evaporada. Finalmente se hizo las interpretaciones de su evolución química de acuerdo a Garrels y Mackenzie (1967), Hardie y Eugster (1970) y Eugster y Hardie (1978).

5. RESULTADOS

80.0

60.0

40.0

20.0

0.0

20.0

40.0

60.0

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70 72

Ani

ones

C

once

ntra

ción

(mm

olcL

-1)

C

atio

nes

Número de sitios de muestreo

distribucion de sales de todos los muestreos de aguas doctorado

Ca Mg Na K CO HCO Cl SO

Río

Exto

tax

Río Ayutla Río Jalpan

Río Santa María

Río Verde

Pozo

sRan

cho

La S

oled

ad

Man

antia

l Med

ia L

una

Pozos y manantiales

Río

Bagr

es y

Ca

laba

zas

Man

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les

en C

iuda

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dez

Cent

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tivo

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o Río

Pini

huan

Los P

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es

Man

antia

lSa

n Se

basti

an

Puen

teVe

rast

egui

2+ 2+ + + 2- - - 2-

33 4

Composición iónica de las aguas del sistema hidrográfico Santa María-Río Verde

Precipitación de la calcita

-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

Log

(Ca)

Log (alc)

Muestreo de aguas

Equilibrio de la calcita

Vía carbonatada

Vía cálcica

Cuando el agua se evapora los componentes disueltos se concentran y precipitan una secuencia de minerales en el orden de las solubilidades crecientes, debido a la baja solubilidad el primero en depositarse es la calcita (CaCO3).Ca2++CO3

2-→CaCO3

Durante la precipitación de la calcita el producto de la actividad iónica se mantiene constante e igual al producto de solubilidad de la calcita.[Ca2+]x[CO3

2-]=KcalcitaA bajas salinidades las concentraciones varían como las actividades, el producto de las concentraciones del Ca2+ y del CO3

2- se mantienen aproximadamente constantes.[Ca2+]x[CO3

2-]=Constante

Precipitación de la magnesita

La concentración de la solución del CO3

2- puede volverse inferior a la concentración del Ca2+, lo que desvía la solución de la vía alcalina hacia una vía sulfatada. En caso de precipitación de carbonato de magnesio (magnesita), el consumo de CO3

2- por este mineral también puede permitir que la concentración del CO3

2- se vuelva inferior a la del Ca2+ y desviar así la solución hacia una vía sulfatada.Mg2++CO3

2-→ MgCO3-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

Log

(Ca)

Log (alc)

Muestreo de aguas

Equilibrio de la calcita

Precipitación de la calcita

Precipitación de la magnesita

Vía carbonatada

Precipitación del yesoEn la vía neutra el siguiente mineral que casi siempre se precipita es el yeso (CaSO4

.2H2O).Ca2++SO4

2-+2H2O→CaSO4.2H2O

Aquí también rige el mismo mecanismo que para la calcita. El producto de actividades debe quedar constante e igual al producto de solubilidad del yeso.[Ca2+]x[SO4

2-]x[H2O]2→CaSO4.2H2O

La primera aproximación, es que el producto de las concentraciones del Ca2+ y del SO4

2- se debe mantener constante.[Ca2+]x[SO4

2-]=Constante

Si al principio de la precipitación del yeso hay más SO4

2- que Ca2+, entonces la solución se concentrará en SO4

2- y se empobrecerá en Ca2+, obteniéndose salmueras sulfatadas de tipo general Na/SO4-Cl. Si al contrario hay más Ca2+ que SO4

2- cuando empieza a precipitar el yeso, es el Ca2+ que se concentrará hasta producir salmueras cálcicas de tipo Na-Ca/Cl.

-0.5

-0.3

-0.1

0.1

0.3

0.5

0.7

0.9

1.1

1.3

1.5

-1.4 -1.2 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

Lo

g (C

a)

Log (SO4)

Muestreo de aguas

Equimolar, Ca=SO4

Manantial Media Luna

Vía sulfatada

Vía cálcica

Determinación cualitativa de las vías evolutivas

La alcalinidad mide la reserva alcalina de la solución disponible para neutralizar ácidos fuertes:[alc] = [CO3

2-] + [HCO3-] + [OH-] + [boratos]

+ [silicatos] - [H+]

La alcalinidad es la diferencia entre la suma de los cationes de bases fuertes y la suma de aniones de ácidos fuertes.

[alc]>[Ca2+] y [alc]>[Ca2+]+[Mg2+]→vía carbonatada[alc]>[Ca2+] y [alc]<[Ca2+]+[Mg2+]→vía sulfatada alcalina o directa[alc]<[Ca2+] y [alc]+[SO4

2-]>[Ca2+]→vía sulfatada neutra[alc]<[Ca2+] y [alc]+[SO4

2-]<[Ca2+]→vía cálcica

-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

Log

(Ca)

Log (alc+SO4)

Muestreo de aguas

Equilibrio, Ca=alc+SO4

Vía cálcica

Evolución o meteorización de las agua del Manantial de Media Luna por evaporación

Ion Balance Diagram

0

5

10

15

20

25

meq/k

g

Ca

Mg

SO4

Cl

HCO3

Legend

I Ca

I Mg

I Na

I K

I SO4

I Cl

I HCO3

I CO3

Media Luna 250 mL de evaporación

0

5

10

15

20

25

meq/k

g

Ca

Mg

SO4

Cl

HCO3

Legend

I Ca

I Mg

I Na

I K

I SO4

I Cl

I HCO3

I CO3

Media Luna 500 mL de evaporación

0

5

10

15

20

25

30

meq/k

g

Ca

Mg

SO4

Cl

HCO3

Legend

I Ca

I Mg

I Na

I K

I SO4

I Cl

I HCO3

I CO3

Media Luna 750 mL de evaporación

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

meq/k

g

Ca

Mg

Na

SO4

Cl

Legend

I Ca

I Mg

I Na

I K

I SO4

I Cl

I HCO3

I CO3

1000 mL 250 mL de evaporación

500 mL de evaporación

750 mL de evaporación

Comprobación de las vías evolutivas por evaporación

Análisis multivariado de componentes principales del sistema hidrográfico Santa María – Río Verde

El primer componente principal explica el 61% de la varianza total, el segundo el 20% y el tercero el 8%. Los atributos más significantes son la conductividad eléctrica (CE) y la concentración de magnesio para el primer factor, la concentración de calcio y la relación de adsorción de sodio ajustada (RASaj) para el segundo y el pH para el tercero.

Variables químicas con más peso en el primer componente principal

Río Extorax (4) CE, SO42-

Río Ayutla (6) K+

Río Jalpan (8) Cl-

Río Bagres y Calabazas (2) N/A Río Santa María (5) Na+, K+, RAS aj Centro recreativo El Albanico (5) Mg2+, HCO3

-

Río Verde (12) Na+, RAS aj Las Palomas (5) Na+, RAS aj

6. CONCLUSIONES

Por su pasado geológico marino la salinidad primaria predominante en el sistema hidrográfico Santa María-Río Verde es sulfatada cálcica, así se tiene la impresión que existen condiciones favorables para los suelos y cultivos.

No obstante, se descubrió una bolsa de acumulación clorhídrica sódica y con seguridad existen más, por lo tanto es necesario realizar un estudio exhaustivo de aguas y suelos antes de incorporarlos a la agricultura. Además, la salinidad primaria cambia por efecto de las aguas urbano-industriales y la evolución por evaporación del sistema, lo demostró el modelo de meteorización y el experimento de reconcentración. El sistema toma la vía evolutiva sulfatada neutra, es decir, las concentraciones de Na+, Mg2+ y SO4

2- incrementan considerablemente. Por lo tanto, los suelos y cultivos están afectados.