Actualmente la mayoría del agua

Simposio Isótopos y Aguas Subterráneas
Interacción entre las lagunas freáticas de Doñana (SO España) y el acuífero según los isótopos ambientales
Edurne Lozano(1), Felipe Delgado(1), Marisol Manzano(1,2) y Emilio Custodio(1,3)
(1) Dpto. Ingeniería del Terreno. Universidad Politécnica de Cataluña, Barcelona.
(2) Institut Jaume Almera. Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Barcelona.
(3)Temporalmente, Instituto Geológico y Minero de España, Madrid.
Resumen
Se han estudiado las relaciones entre las aguas subterráneas y superficiales del entorno de las lagunas peridunares de
Doñana mediante datos hidrogeoquímicos y de isótopos ambientales (18O, 2H y 3H). Los resultados preliminares
indican que la mayor parte de las aguas subterráneas (hasta 45 m de profundidad) proceden de la recarga de la lluvia
local sin experimentar procesos significativos de evaporación durante la infiltración, mientras que un buen número de
aguas subterráneas son mezcla en distinta proporción de las aguas anteriores y de aguas enriquecidas isotópicamente
por evaporación en las lagunas. Los cambios isotópicos que ocurren en las lagunas se conservan en el acuífero aguas
abajo de las mismas, lo que permite utilizarlos como trazadores del flujo en el acuífero.
Palabras clave: Doñana, agua subterránea, laguna freática, isótopos ambientales.
1.– Introducción
El área de estudio está localizada en la zona costera del Parque Nacional de Doñana (PND), al SO de España. Las
lagunas estudiadas (Ojillo, Navazo del Toro, Charco del Toro, Zahillo, Taraje, Dulce, Santa Olalla, Las Pajas, Sopetón
y charca de Manuela) son freáticas y no tienen descarga superficial. Están situadas a lo largo del borde interno del
cordón dunar paralelo a la costa (Fig. 1.A).
B)
A)
MIOCENO
MA- Margas azules
PLIO - QUATERNARIO
(ACUÍFERO DE DOÑANA)
UM- Unidad de Marismas.
Arcilla
UE- Unidad eólica. Arena
UA- Unidad aluvial.
Arena, limo y grava
UD- Unidad deltaica. Arena y limo
C)
Fig. 1. A)- Mapa de situación de las lagunas estudiadas y piezometría representativa. B)- Geología del sistema
acuífero de Doñana. C)- Corte geológico de la zona de estudio.
A comienzo de la década de 1980 se iniciaron los estudios de los sistemas lagunares (Montes et al., 1982; Pérez-Cabrera
y Toja, 1989; Serrano y Toja, 1995), caracterizándose química y biológicamente e identificando la existencia de
conexión hidráulica entre las lagunas a través del flujo subterráneo. Estudios hidrogeológicos llevados a cabo en la
década de 1990 establecieron un modelo de flujo que será tomado como punto de partida en este estudio (Vela et al.,
1987; Sacks et al., 1992). El objetivo del trabajo es realizar una primera aproximación a los procesos físicos y químicos
que tienen lugar en las lagunas y ver su influencia en la química de las aguas subterráneas del acuífero libre del entorno.
Para ello durante dos años y medio (1998-2000) se han realizado muestreos y análisis químicos e isotópicos de aguas
superficiales (lagunas) y subterráneas a distintas profundidades y se ha medido la evolución piezométrica de los puntos
muestreados.
2.- Geología
La zona de estudio forma parte del sistema acuífero de Doñana. Se sitúa dentro de la Unidad Eólica (Salvany y
Custodio, 1995), que está constituida por una gruesa capa (50-80 m) de arenas litorales y eólicas de naturaleza silícea
(Iglesias, 1999) con intercalaciones de arenas finas y limos. Hacia el E pasa lateralmente a las arcillas cuaternarias que
forman la Unidad de Marisma (Fig. 1. B y C).
E. Lozano, F. Delgado, M. Manzano y E. Custodio.
La hidrogeología de la zona se expone con detalle en Delgado et al. (2001), razón por la cual no se repite aquí.
3.- Materiales y métodos
Durante el periodo 1998-2000 se han tomado muestras de agua, en diferentes épocas, de las lagunas, de aguas freáticas
(1-2 m de profundidad) y de aguas subterráneas a diferentes profundidades (hasta los 45 m) para analizar los iones
mayoritarios (ver Delgado et al., 2001) y los isótopos ambientales 18O, 2H y 3H. Los muestreos han sido
aproximadamente estacionales.
Las muestras de agua subterránea entre 10 y 45 m de profundidad se tomaron en sondeos con rejilla corta y las muestras
de agua freática (<2 m) se tomaron de sondeos manuales destructivos. Los análisis de 18O y el 2H se realizaron en el
laboratorio GGA (Institut für Geowissenschftliche Gemeinschaftsaufgaben, Hannover), con errores analíticos de 0.1
‰ para el 18O y de 1 ‰ para el 2H. El tritio fue analizado en la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB).
4.- Relación lagunas-acuífero según los isótopos ambientales
Los contenidos en tritio en el agua subterránea de la zona ponen de manifiesto que existe una gradación de edades con
la profundidad (Baonza et al., 1984; Poncela et al., 1992; Custodio, 1994; Iglesias, 1999) desde aguas jóvenes (<8 años)
a profundidades de menos de 20 metros a aguas prenucleares a profundidades de 70-80 m.
Estudios previos (Baonza et al., 1984; Vela et al., 1987; Manzano et al., 1991; Manzano et al., 2001; Iglesias, 1999)
ponen de manifiesto que el agua subterránea en el área no confinada posee la marca isotópica de la lluvia local: 18O = 4,7 a -5,0 ‰ SMOW; 2H = -28 a -30 ‰ SMOW. La mayoría de los datos de 18O y 2H del agua subterránea del
presente estudio se agrupan en torno a los valores 18O = -50,3 ‰ SMOW y 2H = -303 ‰ SMOW (Fig. 2),
A)
RE
Agua subterránea
Lagunas
Agua freática
Lluvia local, oct 99
Lluvia local 1990
Agua de mar local
Recta meteórica mundial
Recta de evaporación de
aguas de lagunas
40

30
H

20

=8
O
+1
0‰
RE
10
O ‰ SMOW
0
-9
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
-20
-30
-40
-50
H ‰ SMOW
-10
B)
-60
-70
Fig. 2.-Diagrama 18O-2H: A)- Aguas subterráneas (2-45 m), aguas freáticas y aguas de lagunas en el área
de estudio; muchas de estas aguas se agrupan en torno a una recta de evaporación de pendiente 4,4; B)- En la
ampliación se observan dos procesos de evaporación: uno en superficie definido por la recta RE y otro quizá
en el terreno definido por las muestras dentro de la elipse .
indicando una recarga por lluvia sin evaporación previa. El exceso de deuterio es aproximadamente +10 ‰.
Las muestras de agua de las lagunas siguen una línea de evaporación con pendiente 4,4, que es un valor característico
de la evaporación en superficie (línea RE en Fig. 2. A). Algunas muestras de agua subterránea también se sitúan sobre
esa línea, lo que sugiere que han sido muestreadas sobre una línea de flujo procedente de las lagunas y aguas abajo de
éstas. Las aguas freáticas situadas por debajo de la línea de evaporación RE (Fig. 2. B) se ajustan mejor a otra línea de
pendiente entre 2 y 3, lo cual sugiere un fraccionamiento por evaporación en el suelo durante la infiltración del agua de
lluvia a causa de procesos difusivos. No obstante, la existencia de una cobertura vegetal continua y el hecho de que sólo
unas pocas aguas muestren esta tendencia hacen que este fenómeno sea poco probable, excepto en la zona de dunas.
Observando la relación Cl-18O, la mayoría de las muestras de agua subterránea y agua freática siguen una tendencia de
salinización sin enriquecimiento isotópico (marcada por la flecha en la Fig. 3. A) por disolución de la deposición seca
sobre el terreno (principalmente sales del aerosol marino, aunque probablemente también partículas procedentes de las
emisiones del polígono industrial de Huelva) y por concentración por evaporación. Todas las aguas de las lagunas
E. Lozano, F. Delgado, M. Manzano y E. Custodio.
muestran el efecto del fraccionamiento isotópico por evaporación en diferentes grados, resultando un amplio rango de
contenidos de Cl y 18O (puntos englobados por la línea discontinua en Fig. 3. A).
A)
 18O ‰ SMOW
10
10
8
8
6
6
4
4
2
2
0
0
-2
-2
-4
-4
-6
1
10
100
1000
Cl (mg/L)
-6
10000 1
Agua freática
Resto de aguas subterráneas
Lagunas
Agua de lluvia local
B)
10
100
1000
SO4 (mg/L)
Fig. 3.- A)- Cl vs. 18O en agua freática, agua subterránea más profunda y agua de laguna
evaporada en superficie. B)- SO4 vs. 18O en los mismos tipos de agua. La flecha en ambas figuras
indica la incorporación creciente de solutos en las aguas por disolución de la deposición seca, que
incluye las sales del aerosol marino y probablemente también partículas emitidas por el polígono
industrial de Huelva, y por concentración de las aguas por evaporación.
La relación SO4-18O muestra el mismo proceso para el caso del S (Fig. 3. B). La posible incorporación al agua
subterránea de la zona de S procedente de la industria de Huelva es mencionada por Iglesias et al. (1996) y se va a
estudiar en detalle en próximos trabajos. Por otro lado, se ha observado que los valores más pesados de 18O y los
contenidos menores de SO42- (30-50 mg/L) en el agua de las lagunas coinciden con los niveles bajos de inundación,
mientras que los valores más ligeros de 18O y un amplio rango de contenido en SO42- (10-1000 mg/L) corresponden a
niveles más altos de inundación. Estos datos están en concordancia con la evolución química de algunas lagunas
(Charco del Toro, charca Manuela, ver Delgado et al., 2001), que muestra un incremento significativo de la
concentración de SO42- tras las primeras lluvias de otoño. Las hipótesis más plausibles (aunque aún no comprobadas)
para explicar este incremento de SO4 son la oxidación de sulfuros acumulados en los sedimentos del fondo de las
lagunas y/o la disolución, con las primeras lluvias de la estación húmeda, de sales sulfatadas precipitadas en la zona
encharcable externa de algunas lagunas durante la estación seca. Las muestras dentro de la línea discontinua
corresponden a aguas superficiales con distinto grado de evaporación/dilución, las cuales se van enriqueciendo en 18O
por evaporación mientras que el SO42- va desapareciendo por alguno (o los dos) procesos antes propuestos (Fig. 3.B).
Se han utilizado los valores de 2H y 18O de las aguas freáticas tomadas en mayo y noviembre del 2000 para
comprobar el modelo de flujo entre las lagunas Dulce y Santa Olalla propuesto por Vela et al. (1987) y Sacks et al.
(1992), que indica un flujo preferente de sentido SE. Los valores obtenidos para ambas campañas son muy semejantes,
con un rango de variación para el 18O de ± 0.3‰ y para el 2H de ± 3‰ en la mayor parte de las muestras. Por este
motivo se han utilizado los valores de muestreo de mayo de 2000 como representativos de la situación de la laguna
durante el periodo estudiado. De acuerdo con los valores de 18O, 2H y de exceso de deuterio (d, cuyo valor es menor
que el de la lluvia local cuando el agua sufre procesos de evaporación ) (Fig. 4), en el momento del muestreo los
d lluvia local = +6 a +15 ‰
Punto de muestreo
6.26 Exceso de deuterio (d)
Sentido del flujo
subterráneo
Fig. 4.- Valores de exceso de deuterio en las aguas freáticas del entorno de las lagunas Dulce y Santa Olalla y
posibles puntos de recarga y descarga de la laguna en el momento de muestreo (mayo de 2000).
E. Lozano, F. Delgado, M. Manzano y E. Custodio.
márgenes N, O y SE de la laguna actuaban como áreas de entrada de agua del acuífero a la laguna, ya que las aguas
muestran una composición isotópica con valores de d entre +12 y +6,5 ‰, muy cercana a la de la lluvia local (d lluvia
+6 y +15 ‰). Respecto al borde S, aunque el valor de d por si solo (entre +6,3 y +4,48 ‰) no lo muestra claramente,
combinándolo con la CE del agua (ver Delgado et al., 2001) se ve que actuaba como una zona de descarga de la laguna.
Los valores de conductividad eléctrica (CE) de las aguas freáticas (superiores a 4500 S/cm), así como la composición
isotópica más pesada de estas aguas (d menores de +6,3 ‰), indican que también había descarga por una estrecha franja
de la esquina E-SE. Estos resultados están en concordancia con el modelo propuesto por los autores antes mencionados,
si bien no pueden descartarse cambios estacionales los cuales no han sido estudiados en este trabajo.
5.- Conclusiones
La composición isotópica del agua de las lagunas y su evolución temporal está controlada por la lluvia, la evaporación
en superficie y las entradas y salidas de agua subterránea. Asimismo depende del nivel de inundación: durante los
periodos de estiaje la laguna se va secando y el agua va concentrándose progresivamente, aumentando los contenidos en
18O y 2H. Al aumentar la inundación con las siguientes lluvias se produce una dilución que aligera isotópicamente las
aguas de la laguna, a la vez que se incrementa el contenido en SO42-, probablemente por la oxidación de sulfuros
acumulados en el fondo y/o por la disolución de yeso precipitado en la zona inundable estacionalmente, si bien estos
procesos están por comprobar y serán objeto de próximos estudios en la zona (ver Delgado et al., 2001). Los cambios
químicos ocurridos en el agua de la laguna se conservan en el agua del acuífero aguas abajo en el sentido del flujo, lo
cual permite utilizarlos como trazadores del flujo (dirección y sentido) en el acuífero.
Agradecimientos
Este trabajo se ha realizado en el marco del proyecto MADRE (CICYT HID7-0321-002), desarrollado conjuntamente
por la Universidad Autónoma de Madrid y la Universidad Politécnica de Cataluña. También forma parte de los estudios
de base para el proyecto BASELINE (EUK1-CT1999-0006) actualmente en fase de desarrollo. Los autores agradecen a
C.Coleto la cesión de algunos datos analíticos, a la CHG el extraordinario apoyo de campo prestado y al IGME los
análisis de iones mayoritarios. Asímismo se agradecen los comentarios realizados por los dos revisores del Simposio.
Referencias
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