TEMA 12

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TEMA 12: AGUAS SUBTERRANEAS. 
 
Importancia de las aguas subterráneas: 
Representan el mayor depósito de agua dulce que resulta fácilmente asequible a los 
seres humanos. El agua subterránea es importante como agente erosivo. La acción 
disolvente va actuando lentamente sobre las rocas solubles como la caliza, permitiendo 
la formación de depresiones superficiales denominadas dolinas, la creación de cavernas 
subterráneas. Es un compensador del flujo de escorrentía, parte del agua que fluye no 
procede de la lluvia y de la fusión de la nieve, la precipitación se infiltra, se desplaza 
bajo tierra hasta las corrientes cruzadas, es una forma de almacenamiento que mantiene 
las corrientes fluviales durante los periodos estivales. 
 
Distribución de las aguas subterráneas: 
Cuando llueve parte de ese agua se infiltra en el terreno, parte se evapora y parte fluye 
superficialmente. La cantidad de cada tipo varía en función del tiempo y el espacio. 
Los factores que influyen son la pendiente, la naturaleza del material, la intensidad de la 
lluvia y el tipo y la cantidad de vegetación. Densas lluvias en pendientes abruptas con 
capas impermeables, agua de escorrentía. A la inversa se infiltra en el suelo. 
Parte de lo infiltrado es retenido por atracción molecular como una capa superficial 
sobre las partículas sólidas es el cinturón de humedad del suelo, surcado por raíces, los 
vacíos que quedarán en el lugar de las raíces desintegradas, madrigueras y túneles de 
lombrices, aumentan la infiltración del agua. El agua percola hasta una zona donde 
todos los espacios libres están llenos de agua, es la zona de saturación, el agua del 
interior es agua subterránea, el límite superior es el nivel freático, hacia arriba desde el 
nivel freático se encuentra la franja capilar, donde el agua es mantenida por la tensión 
superficial. El área de encima del nivel freático que abarca la franja capilar y el cinturón 
de humedad es la zona de aireación, esta agua no puede ser bombeada por los pozos 
porque esta demasiado aferrada a la roca y las partículas sólidas. Por debajo del nivel 
freático hay presión grande y el agua entra en los pozos. 
 
El nivel freático: 
- Variaciones en el nivel freático: Tiene profundidad variable y su configuración varía 
según la estación y de un año a otro. Su elevación puede estudiarse donde los pozos son 
numerosos dado que el nivel de los pozos coincide con el nivel freático. Raramente es 
horizontal, solo en zonas con suelo que es una réplica suavizada de la topografía 
superficial. El las zonas pantanosas el nivel freático coincide con la superficie. Lagos y 
ocupamientos de agua ocupan áreas bajas y el nivel freático esta por encima de la 
superficie del terreno. La irregularidad superficial del nivel freático esta influida porque 
se desplaza muy despacio y a velocidades variables por ello el agua tiende a apilarse 
debajo de las áreas altas entre valles de continentes fluviales. En época de mucha sequía 
el nivel freático puede descender lo suficiente como para secar los pozos poco 
profundos, otras causas de la falta de uniformidad son las variaciones de precipitación y 
la permeabilidad de un lugar a otro. 
- Interacción entre las aguas subterráneas y las aguas corrientes: Su interacción se 
produce de 3 formas: reciben agua de la aportación de aguas subterráneas a través del 
cauce de la corriente, son corrientes afluentes, para ello la elevación del nivel freático 
debe ser mayor que el nivel de la superficie de la corriente. Pueden perder agua hacia el 
sistema de aguas subterráneas por la salida de aguas a través del lecho de la corriente 
influente, la elevación del nivel freático es inferior a la superficie de la corriente. O una 
combinación de ambos, la corriente recibe agua en unas zonas y la pierde en otras. 
Las corrientes influentes pueden estar conectadas al sistema de aguas subterráneas por 
una zona saturada continua o estar desconectadas de este sistema por una zona no 
saturada. Corriente desconectada, el nivel freático tiene un abultamiento por debajo de 
la corriente si la velocidad del movimiento del agua a través del cauce y la zona de 
aireación es mayor que la velocidad a la que las aguas subterráneas se apartan del 
abultamiento. 
 
Factores que influyen en el almacenamiento y la circulación de las aguas subterráneas: 
- Porosidad: Controla la cantidad de agua almacenada. Porosidad se define como el 
porcentaje de volumen total de roca o de sedimento formado por poros. Los huecos que 
quedan entre las partículas sedimentadas, diaclasas. Los poros son las cavidades 
formadas por disolución de la roca. 
Hay variaciones de porosidad que puede ir de un 10 a un 50% del volumen de 
sedimento total. El espacio depende del tamaño y la forma de los granos, el 
empaquetado, la selección y la cantidad de material cementante. Si se mezclan 
sedimentos de varios tamaños la porosidad se reduce, las partículas más finas llenan las 
aperturas entre los granos gruesos. 
- Permeabilidad, acuicluidos y acuíferos: Los poros deben estar conectados para 
permitir el flujo del agua y deben ser lo bastante grandes para permitirlo. La 
permeabilidad de un material es su capacidad para transmitir un fluido. El agua 
subterránea se mueve serpenteando a través de pequeñas aperturas interconectadas, si 
los espacios son menores el movimiento será mas lento. Categorías de agua subterránea: 
1- la porción que drenará bajo la influencia de la gravedad (rendimiento especifico), 2- 
la parte que es retenida a modo de película sobre las superficies de las partículas y las 
rocas y en diminutas aperturas (retención específica). Lo eficaz indica cuanta agua es 
asequible para su uso, lo específico indica cuanta agua permanece unida al material. Los 
estratos impermeables que obstaculizan el movimiento del agua son los acuicluidos 
(arcilla), las partículas grandes, espacios porosos mayores (arena o grava) el agua se 
mueve fácilmente. Los estratos de roca que transmiten libremente el agua son los 
acuíferos. La porosidad no siempre es una guía de la cantidad de agua subterránea que 
puede producirse y la permeabilidad es importante para determinar la velocidad del 
movimiento del agua subterránea y la cantidad de agua que podría bombearse desde un 
pozo. 
 
Circulación de las aguas subterráneas: 
Ríos subterráneos, no son frecuentes, el movimiento de la mayor parte del agua 
subterránea es lenta, velocidades de unos pocos de centímetros al día. La energía que 
hace mover el agua subterránea es la gravedad, el agua se mueve desde áreas donde el 
nivel freático es elevado a zonas donde este es bajo, el agua tiende hacia un cauce de 
corriente, lago o manantial. Algunas trayectorias retornan hacia arriba en contra de la 
gravedad y entran por el fondo del cauce. Se explica que a mayor profundidad en la 
zona de saturación, mayor será la presión del agua, los recovecos seguidos por el agua 
en la zona saturada, es un compromiso entre el empuje de la gravedad y lo tendrá del 
agua al desplazarse hacia áreas de presión reducida. A cualquier altura el agua está bajo 
una presión mayor bajo una colina que baja un cauce y tiende a migrar hacia los puntos 
de menor presión. La velocidad del flujo de las aguas subterráneas es proporcional a la 
pendiente del nivel freático más inclinada, más rápido es el movimiento del agua, mayor 
es la diferencia de presión entre dos puntos. La pendiente del nivel freático es conocida 
como gradiente hidráulico y se expresa: 
 
La velocidad del flujo varía con la permeabilidad del sedimento, fluyen con mayor 
rapidez en los sedimentos más permeables, se denomina a este factor conductividad 
hidráulica. Tiene en cuenta la permeabilidad del acuífero y la viscosidad del fluido. 
Para determinar el caudal: 
 
 
 
K es el coeficiente que representa la conductividad hidráulica y A el área transversal del 
agujero es la ley de Darcy. 
 
Manantialeso fuentes: 
El origen de los manantiales es el agua procedente de la zona de saturación y el origen 
de esta agua son las precipitaciones. Cuando el nivel freático interfecta la superficie 
terrestre, se produce un flujo natural de salida del agua subterránea, que se denomina 
manantial o fuente, se forman cuando un acuicluido detienen la circulación descendente 
del agua subterránea y la obliga a moverse lateralmente y donde aflora un extracto 
permeable aparece un manantial. Otra situación es que un acuicluido se sitúa por encima 
del nivel freático principal, según se filtra agua es interceptada por el acuicluido creando 
una zona local de saturación y un nivel freático colgado. 
 
Fuentes termales y géiseres: 
Agua de una fuente termal entre 6 y 9 grados más que la temperatura media anual del 
aire para las localidades donde aparece. Cuando el agua subterránea circula a grandes 
profundidades, se calienta si se eleva a la superficie, el agua puede emerger como una 
fuente termal, la fuente de calor de la mayoría de las fuentes termales es el enfriamiento 
de las rocas ígneas. 
Los géiseres son fuentes termales intermitentes en los cuales las columnas de agua son 
expulsadas con gran fuerza a diversos intervalos, alcanzando a menudo 30-60 metros en 
el aire. Después del chorro de agua se lanza una columna de vapor normalmente con un 
rugido aterrador. Existen donde hay extensos cámaras subterráneas dentro de rocas 
ígneas calientes, cuando el agua subterránea fría entra en las cámaras se calienta en el 
fondo de las cámaras el agua está a gran presión debido al peso del agua suprayacente, 
esta presión evita que el agua hierva a 100ºC. El calentamiento hace que el agua se 
expanda, algo del agua se ve forzada a salir a la superficie. Esta pérdida reduce la 
presión por lo tanto se reduce el punto de ebullición. Una porción del agua que hay en 
profundidad se convierte en vapor y el geiser entra en erupción. Después se repite el 
ciclo. 
Cuando aguas subterráneas de fuentes y géiseres sale a la superficie el material en 
disolución suele precipitar produciendo una acumulación de roca sedimentaria química. 
El material depositado refleja la composición química de la roca a través de la cual el 
agua circula. Sílice—deposita geiserita ; carbonato cálcico—travertino o toba calcárea. 
 
Pozos: 
Método común de extracción de agua subterranea, es un agujero taladrado en la zona de 
saturación. Sirven de pequeños depósitos a los cuales migra el agua subterránea y de los 
cuales pueden bombearse a la superficie. El nivel freático puede fluctuar a lo largo del 
año, para asegurar un abastecimiento continuo de agua, un pozo debe penetrar bajo el 
nivel freático. Cuando se extrae agua el nivel freático de alrededor del pozo se reduce, 
se produce un descenso de nivel, disminuye al aumentar la distancia desde el pozo, el 
resultado es una depresión en el nivel freático de forma cónica, el cono de presión, el 
cual aumenta el gradiente hidráulico cerca del pozo, el agua subterránea fluirá más 
deprisa hacia la apertura. Cuando los materiales subsuperficiales son heterogéneos, la 
cantidad de agua que un pozo es capaz de proporcionar puede variar mucho en 
distancias cortas. Se perforan dos pozos próximos al mismo nivel y solo uno produce 
agua, se debe a la presencia de un nivel freático colgado o rocas metamórficas e ígneas 
masivas no muy permeables excepto cuando son cortadas por diaclasas y fracturas que 
intersectan entre sí, cuando un pozo perforado en una roca de este tipo no se encuentra 
con una red adecuada de fracturas será improductivo. 
 
Pozos artesianos: 
En algunos pozos el agua asciende derramando a veces por la superficie, son 
denominados pozos autoconcedentes o artesianos. 
El término artesiano se aplica a cualquier situación en la cual el agua subterránea bajo 
presión asciende por encima del nivel freático. 
Deben cumplir dos condiciones: primero que el agua debe estar confinada en un 
acuífero inclinado, de modo que un extremo puede recibir agua y segundo que debe 
tener acuicluidos encima y debajo del acuífero para evitar que el agua escape, cuando se 
pincha esta capa la presión creada por el peso del agua situada encima obliga al agua a 
elevarse hasta un nivel denominado piezométrico. Si no hay fricción el agua del pozo se 
elevará al nivel del agua situada encima del acuífero. La fricción reduce la altura de la 
superficie piezométrica. A mayor distancia desde el área de recarga mayor será la 
fricción y menos la elevación del agua. 
Pozo artesiano no surgente: la superficie piezométrica está por debajo del nivel del 
suelo cuando la superficie está por encima del terreno y el pozo se perfora en el acuífero 
se crea un pozo artesiano surgente. 
Existen fuentes artesianas, el agua subterránea alcanza la superficie elevándose a través 
de una fractura natural, en lugar de hacerlo a través de un agujero artificial. Estos 
sistemas actúan como conductos transmitiendo el agua a grandes distancias desde áreas 
remotas de carga hasta los puntos de descarga. 
 
Problemas relacionados con la extracción del agua subterranea. 
- Tratamiento del agua subterránea como un recurso no renovable: La altura del nivel 
freático refleja un equilibro entre la velocidad de infiltración y la velocidad de descarga 
y extracción. Un desequilibrio elevará o reducirá el nivel freático. Desequilibrios a largo 
plazo pueden inducir una caída significativa del nivel freático si hay una reducción de la 
recarga debido a una sequía o aumento de la descarga. Siendo tratada como un recurso 
no renovable. 
- Subsidencia: La subsidencia superficial puede ser consecuencia de procesos naturales. 
Puede hundirse cuando el agua se bombea desde los pozos más rápidamente de lo que 
puedan reemplazarlo los procesos de recarga natural. Efecto pronunciado en áreas con 
estratos potentes de sedimentos no consolidados superpuestos, se extrae agua, la presión 
desciende y el peso de la sobrecarga se transfiere al sedimento. La mayor presión 
compacta herméticamente los granos de sedimento y el terreno se hunde. 
- Contaminación salina: En áreas de costas las aguas subterráneas están siendo 
amenazadas por intrusión de agua de mar. El agua dulce es menos densa, flota sobre ella 
y forma un cuerpo venticular grande que puede extenderse a profundidades 
considerables por debajo del nivel del mar. Si el nivel freático se encuentra a 1 metro 
por encima del nivel del mar, la base del volumen de agua dulce se extenderá hasta una 
profundidad de unos 40 metros por debajo del nivel del mar. La profundidad del agua 
dulce por debajo del mar es 40 veces mayor que la elevación del nivel freático, cuando 
el bombeo excesivo hace descender el nivel freático, el fondo de la zona de agua dulce 
se elevara unas 40 veces esa cantidad, si continua la extracción de agua dulce hasta 
exceder la carga, la elevación de agua salada será suficientemente como para ser 
extraído de los pozos contaminando el agua dulce. En las zonas costeras los problemas 
creados por bombeo excesivo están agravados por un descenso del ritmo de recarga. 
Corregirlo con una red de pozos de recarga, permiten el bombeo de las aguas de nuevo 
al sistema de aguas subterráneas, mediante la construcción de grandes cuencas que 
recogen el drenaje de superficie y permiten que se infiltre en el terreno. 
 
Contaminación del agua subterránea: 
Origen: las aguas fecales, pos las fosas sépticas, sistemas de alcantarillado, restos y 
desechos de granjas. 
Si las aguas residuales entran en el sistema de aguas subterráneas pueden purificarse 
mediante procesos naturales. Las bacterias peligrosas pueden ser filtradas 
mecánicamente por el sedimento a través del cual percola el agua, destruidas por 
oxidación química o asimilados por otros microorganismos. 
Para que se produzca purificación el acuífero debe ser de la composición correcta, 
acuíferos muy permeables con rocascristalinas, grava gruesa o caliza karstificada, 
tienen grandes aperturas y el agua pasa sin ser purificada a mucha distancia. Si el 
acuífero tiene arenisca puede purificarse en pocos metros. 
La perforación de un pozo puede inducir problemas de contaminación de aguas 
subterráneas, el pozo bombea agua, el cono de depresión incrementará la pendiente del 
nivel freático pudiendo incluso invertirse, esto podría inducir contaminación de los 
pozos que produzcan agua no contaminada antes del bombeo intenso. 
La velocidad aumenta con la inclinación y por tanto tiene menos tiempo para purificarse 
antes de ser bombeada. Sustancias como la sal de la carretera, fertilizantes, pesticidas… 
algunos son peligrosos, inflamables y contaminantes. En los vertederos los 
contaminantes se extienden sobre el terreno y con la lluvia se lixivian y pasan al nivel 
freático y lo contaminan. El movimiento de las aguas subterráneas es lento y la 
contaminación puede pasar desapercibida durante mucho tiempo. La mayoría de la 
contaminación se descubre después de haber sido afectada el agua potable, el volumen 
de agua afectada puede ser muy grande y aún eliminando la fuente de contaminación no 
se resuelve el problema. Una vez eliminado el origen del problema se deja que el agua 
se limpie sola o se bombea, se mata y se deja que el acuífero se recargue de forma 
natural o se bombea de nuevo el agua limpia al acuífero. 
 
El trabajo geológico del agua subterránea: 
El agua subterránea disuelve la roca y así se forman cavernas y dolinas. La caliza 
insoluble en agua pura pero se disuelve fácilmente en agua con ácido carbónico, se 
forma porque el agua se la lluvia disuelve fácilmente el dióxido de carbono del aire y el 
procedente de la descomposición de las plantas, cuando el agua subterránea entra en 
contacto con la caliza el ácido carbónico reacciona con la calcita de las rocas para 
formar bicarbonato cálcico, un material soluble que es transportado en disolución. 
- Cavernas: Son de caliza. La mayoría de las cavernas se crean en el nivel freático 
debajo de el en la zona de saturación. El agua subterránea ácida sigue las líneas de 
debilidad de la roca como diaclasas y planos de estratificación. El proceso de disolución 
crea cavidades que aumenten de tamaño de manera gradual hasta convertirse en 
cavernas. El material disuelto por el agua subterránea acaba siendo descargado en las 
corrientes y transportado al océano. En muchas cuevas se han producido niveles 
correspondiendo la actividad actual a la menos elevación. A medida que las corrientes 
profundizan sus valles el nivel freático disminuye al hacerlo la elevación del río por 
consiguiente las corrientes superficiales están realizando una rápida erosión descendente 
los niveles de agua subterránea circundante caen rápidamente y los conductos de las 
cuevas son abandonados por el agua mientras tienen una sección transversal todavía 
relativamente pequeña, cuando el encajamiento es lento o despreciable hay tiempo para 
la formación de grandes conductos. Las formaciones petricas no son rasgos erosivos 
como la caverna sino deposicionales creados por el goteo interminable de agua a lo 
largo de grandes lapsos de tiempo, el carbonato cálcico produce travertino o rocas de 
precipitación por goteo. El depósito de las rocas por goteo no es posible hasta que las 
cavernas estén por encima del nivel freático en la zona de aireación en cuanto la cámara 
se llena de aire empieza la fase decorativa. Las rocas de precipitación en grutas se 
denominan espeleotemas de las cuales las más familiares son las estalactitas, 
escurrimientos en forma de carámbanos que cuelgan del techo allí donde el agua se 
filtra por las grietas. 
El deposito se produce en forma de anillo alrededor del borde de la gota de agua, una 
gota sigue a otra y se crea un tubo hueco de caliza, el agua se mueve a través del tubo 
permaneciendo suspendida transitoriamente al final del mismo apartando un diminuto 
anillo de calcita y cayendo al suelo. La escalerita se denomina paja de sosa, el tubo se 
obstruye o aumenta su suministro de agua, el agua se ve obligada a fluir y a depositarse 
a lo largo del lado externo del tubo, continua la precipitación y adopta la forma cónica 
más común. Si se forman en el suelo y son concedentes son estalagmitas formadas por 
el agua que cae del techo. No tienen un tubo central y son de aspecto más masivo y 
redondeado que las estalactitas. Si se junta una estalactita con una estalagmita se forma 
una columna. 
- Topografía kárstica: Paisaje que se ha formado por la capacidad disolvente del agua 
subterránea. Nunca en zonas áridas por su extrema sequedad si lo hay son restos de una 
época lluviosa. Lo típico es un terreno irregular interrumpido por muchas depresiones 
que son dolinas que se forman de 2 formas, de manera gradual por el paso de los año sin 
alteración física de la roca, el agua ha ido disolviendo la caliza, las fracturas del suelo 
crecen y este se hunde en las aperturas ensanchadas de las que se ve desalojado por el 
agua subterránea. Son depresiones superficiales y de pendiente suave. Otra forma es de 
manera abrupta y sin advertencia, el techo de la gruta se desploma por su propio peso, 
de esta forma son profundas y empinadas, son un riesgo geológico. Las zonas kársticas 
no tienen drenaje superficial, el agua rápidamente pasa a fluir de manera subterránea y 
si hay corriente superficial es corta. Algunas dolinas se obstruyen con arcilla y derrubios 
creando pequeños lagos. 
Mogotes: paisaje formado por un laberinto de colinas empinadas aisladas que se elevan 
de manera abrupta. 
La topografía kárstica es típica de zonas tropicales y subtropicales con capas de caliza 
por la abundante agua y la descomposición de la vegetación.