ORIGEN DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS

XIII CONGRESO DE INGENIERIA SANITARIA Y AMBIENTAL
AIDIS- CHILE
Antofagasta, Octubre de 1999
“ORIGEN DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS DEL SECTOR PICA-SALAR DEL
HUASCO, PROVINCIA DE IQUIQUE, I REGIÓN DE TARAPACÁ”
Alejandro Grilli (1), Evelyn Aguirre (2) , Manuel Durán (3),
Francisco Townsend (3), Alejandra González (1)
GP Consultores Ltda.
F: (+56 2) 269 8212
e-mail: [email protected]
(2)
Comisión Chilena de Energía Nuclear
F: (+56 2) 364 6277
e-mail: [email protected]
(3)
Compañía Minera Doña Inés de Collahuasi
F: (+56 2) 362 6699
e-mail: [email protected]
(1)
1. INTRODUCCIÓN
En la Pampa del Tamarugal (Provincia de Iquique, I Región), una de las zonas más áridas del mundo, surge el oasis
de Pica. El hombre de la zona, así como sus actividades económicas, se sustenta en las aguas subterráneas que se
alumbran de manera natural en vertientes y socavones. El origen de estas aguas ha sido una interrogante que ha
existido por muchos años, la cual no ha podido ser resuelta utilizando las técnicas hidrológicas convencionales.
Han surgido diferentes hipótesis para explicar el origen de las aguas de Pica:
(a) Brueggen (1918, 1920, 1935) y Galli y Dingman (1962), postulan que la formación acuífera principal que aporta
las aguas corresponde a la llamada Altos de Pica (liparítica o riolítica de Brueggen), también denominada Ignimbrita
Huasco, cuyas aguas provienen de la infiltración de las precipitaciones, proceso que ocurre en las áreas altas al Este
de Pica. Estas áreas (zona Altos de Pica), situadas a unos 4.000 m.snm., forman la divisoria de aguas entre la Pampa
del Tamarugal y el Salar del Huasco.
(b) La abundancia de recursos hídricos en el Altiplano, sumado a la gran elevación promedio que presenta por sobre
la Pampa del Tamarugal, ha sugerido a otros autores que existiría una posible interconexión hidráulica entre las
aguas embalsadas en el sistema acuífero del Salar del Huasco y las aguas que afloran en Pica. Esta hipótesis surge
de la gran cercanía de la cuenca del Salar del Huasco con la de Pica. Esta hipótesis es la que usualmente
argumentan los usuarios de las aguas de Pica para oponerse a cualquier aprovechamiento de las aguas de la cuenca
del salar, ya que postulan afectaría la producción de sus vertientes y socavones.
Cualquiera sea la hipótesis correcta sobre el origen de las aguas subterráneas del sistema acuífero de Pica, el
movimiento parece ser muy lento, de manera que los caudales son muy constantes y los períodos de sequía tienen
poca influencia sobre las vertientes artesianas de Pica. No obstante lo anterior, en los últimos años los caudales de
las vertientes han experimentado disminuciones significativas.
Salazar et al (1998) postula que ellas son
ocasionadas por efecto de aprovechamientos locales que se traducen en abatimientos localizados del nivel de las
aguas subterráneas, afectando por ende la carga hidráulica por sobre el umbral de afloramiento.
1
El efecto de interferencia entre pozos y caudal de las vertientes fue también observado en 1924, cuando la
explotación de un sondaje construido en Chintaguay, 400 metros aguas abajo de las vertientes de Chintaguay, afectó
la producción de las vertientes reduciendo su caudal de 50 l/s a 20 l/s. (Klohn, 1972).
Dada la importancia que los recursos hídricos subterráneos tienen para el oasis de Pica y frente a la posibilidad de
que se constituyan aprovechamientos de aguas subterráneas en la cuenca del Salar del Huasco (para el agua potable y
para la minería), es prioritario establecer si existe comunicación hídrica entre la cuenca del Salar del Huasco y el
sistema de Pica. De existir, los recursos hídricos de la cuenca del Salar podrían ser partes de la recarga de los
acuíferos que se explotan en la zona de Pica y, por ende, su eventual aprovechamiento podría disminuir el flujo de
recarga. De no existir, la evaluación de los recursos renovables que pueden ser aprovechados, tanto en Pica como en
el Salar del Huasco, debe ser efectuada en forma independiente ya que corresponderían a cuencas diferentes.
Para verificar las hipótesis tradicionales anteriormente enunciadas sobre las aguas de Pica, se ha recopilado toda la
información existente y que ha sido generada por diferentes técnicas de análisis, tales como: Geología, Hidrología
Superficial, Hidrología Subterránea, Geofísica, Hidrología Isotópica e Hidrogeoquímica y, a base de un análisis y
discusión multidisciplinaria de esos datos, se postula una respuesta a la supuesta interconexión subterránea de
recursos hídricos desde la cuenca del Salar del Huasco hacia la cuenca de Pica y se concluye sobre el origen más
probable de las aguas subterráneas de esta última zona.
La zona en estudio corresponde a la cuenca del Salar de Huasco y al sector de Pica – Matilla (ver Figura Nº1 ). Se
ubican entre los 21º30” y los 21º45” da Latitud Sur y entre los 68º 45” y los 69º30” de Longitud W. El Salar del
Huasco se ubica en la denominada “Franja de los Salares”, a una altitud de aproximadamente 3.800 m.snm, cercano
a la frontera con Bolivia. La localidad de Pica se ubica aproximadamente a 50 Km al Oeste del Salar del Huasco, a
una altitud aproximada de 1.900 m.snm.
Figura Nº1 : Cuencas hidrográficas del Norte de la Pampa del Tamarugal y del Altiplano Chileno (adaptado de Klohn, W, 1972)
2. METODOLOGÍA
La metodología aplicada considera que las aguas, en su trayectoria por la fase terrestre del ciclo de escorrentía,
interactúan con los minerales del suelo y de las rocas, además de la atmósfera. Por lo tanto, la constitución química
e isotópica de cada molécula de agua reflejará su recorrido, quedando “marcada” en forma natural por los procesos
en que ha estado presente.
2
La metodología se basa en la identificación e interpretación de los elementos que corresponden a los trazadores
naturales de las aguas presentes tanto en el Salar del Huasco como en la zona de Pica. En el caso de corresponder a
aguas del mismo origen, ellas deben presentar el mismo contenido de trazadores naturales o al menos estar en una
línea de su evolución por la fase terrestre del ciclo de escorrentía. De no existir conexión hidráulica entre ellas, se
espera que su constitución química e isotópica sea diferente.
Las actividades desarrolladas durante la ejecución del estudio contemplaron:
(a) Recopilación, revisión y discusión de los principales trabajos desarrollados en el área de estudio (geología,
hidrología superficial y subterránea, hidrología isotópica, hidrogeoquímica).
(b) Recopilación y revisión de todos los antecedentes geológicos, hidrológicos y de constitución química e isotópica
de las aguas del Salar del Huasco y de la zona de Pica.
(c) Interpretación de la geología de la zona (perfil Este-Oeste)
(d) Procesamiento de los datos de constitución de las aguas
(e) Caracterización y discusión del origen de las aguas de las zonas estudiadas
(f) Discusión de resultados y formulación de conclusiones.
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
3.1 Geología
La región ha desarrollado durante su evolución geológica una estructura geomorfológica y relieve que la caracteriza.
En esta área, de Oeste a Este, existe un conjunto de relieves con características de “escalones” que van subiendo de
altitud desde el mar hacia el Oriente. Cada uno de estos relieves lleva asociado unidades geológicas características;
desde la costa hacia el Oriente, ellos son:
(a) Cordillera de la Costa: Es la unidad más antigua del sector, ocurriendo su elevación probablemente hacia fines
del Cretácico; presenta afloramientos antiguos, desde Triásicos hasta Cretácico Superior. Se constituye en una
barrera impermeable que se interrumpe ocasionalmente por los valles del río Camarones y del sistema CamiñaTiliviche (ubicados al norte de la zona en estudio) y del río Loa (al sur de la zona en estudio).
(b) Depresión Intermedia o Pampa del Tamarugal: Está probablemente relacionada con fallas regionales
orientadas Norte- Sur, las que habrían definido una especie de Graven estructural para el sector. Este proceso
ocurre probablemente hacia el Terciario Inferior, lo que permite que la zona comience a recibir depositación de
sedimentos desde esa época. El salto de estas fallas en el sector Oeste es de poca magnitud, probablemente
algunas decenas de metros, mientras que en su límite Oriente probablemente tiene saltos de varias centenas de
metros. Afloran en la Depresión Intermedia principalmente la cubierta sedimentaria del Reciente, con algunas
zonas sedimentarias más antiguas del Terciario Superior.
(c) Precordillera: corresponde a un bloque probablemente solevantado durante el Terciario Medio, constituido
principalmente por intrusivos y rocas sedimentarias del Mesozoico. Algunos intrusivos del Terciario Inferior
suelen agregarse a los afloramientos más antiguos. Particularmente en el sector frente a Pica, está precordillera
aparece cubierta en superficie por la unidad de tobas y sedimentitas denominada Altos de Pica o Ignimbrita
Huasco. La localidad de Pica se ubica al pie de esta unidad, en la zona de la Depresión Intermedia.
(d) Planicies Altiplánicas o Zona de Salares: Se desarrolla en esta parte del país, inmediatamente al este de la
Precordillera. Presenta un relieve relativamente plano y suele estar interrumpida por construcciones volcánicas
modernas. Sus características geomorfológicas, encerrada entre dos cordilleras, hace que se desarrollen
numerosas cuencas endorreicas que terminan formando salares y lagunas. En general se encuentran cubiertas
por depósitos volcánicos tipo Ignimbritas, de edad Terciario medio a superior, y sedimentos del reciente.
(e) Cordillera de los andes o Cordillera Oriental:
está conformada por los numerosos volcanes que se
encuentran limitando la zona altiplánica por el oriente. Se caracteriza por presentar elevaciones sobre los 6.000
metros, y constituir limites de cuencas hidrográficas hacia el sector Oriente. Su línea de máxima altura
constituye principalmente la frontera Este con Bolivia y Argentina.
3
La geología de la zona de Pica y del Salar del Huasco ha sido estudiada por Brueggen (1918, 1920, 1935), Galli y
Dingman (1962), SENAGEOMIN (1982, 1984) y ENAP (1992). Para visualizar los contactos y posición de las
diferentes unidades en la zona en estudio, en la Figura Nº2 se presenta un perfil Este-Oeste (desde Pica hacia el
Salar del Huasco), el cual ha sido condensado de Galli y Dingmann para los cuadrángulos de Pica y Alca, y de la
información geológica proporcionada por la Hoja Collacagua, escala 1:250.000, en su extremo Este.
Se visualiza que las rocas del basamento Mesozoico, infrayaciendo siempre a la formación Altos de Pica (Ignimbrita
Huasco), se eleva desde el sector de Pica, donde se encuentra a menos de 2.000 m.snm., hasta la divisoria de aguas del
sector de Altos de Pica, donde se encontraría a casi 5.000 m.snm. de altitud. Esta situación se produce considerando la
disminución de la potencia para la formación establecida por Galli y Dingmann hacia la zona superior. Si consideramos
el espesor total de la secuencia Terciaria, la base aún estaría por sobre el nivel de la superficie del agua subterránea de la
cuenca del Salar del Huasco (la cual se ubica aproximadamente a 3.780 m.snm.).
Hacia el Este, la topografía desciende a partir del sector de Altos de Pica y del cerro Huasco, hasta alcanzar los 3.780
m.snm. que corresponde a la superficie de la zona plana donde se ubica el Salar del Huasco propiamente tal. El perfil
continúa hacia el Oriente, terminando con los altos correspondientes a construcciones volcánicas del Reciente que
sobrepasan los 5.000 m.snm. y que definen el límite con la República de Bolivia.
69º 30''
Altitud m.snm
W
5.000
4.000
Estratovolcanes,Mioceno
BasamentoMesozoicoIndiferenciado
3.500
3.000
AltosdePica
Formación Altos de Pica, miembros 4
Tmv
DiqueAndesitico
?
CerroHuasco(4283m.snm)
Qal
Qal
CerroHuailla
Puntunco
Salar del Huasco
Qs
Tmv
Qal
Ignimbrita Huasco
?
-5
TQa 2
Zonanoexplorada
1.500 Pampa del Tamarugal
?
?
?
2.500
2.000
Bolivia
E
Qs
Depósitos salinos, Reciente
Qal
Depósitos aluviales, Reciente
TQa1 FormaciónAltosdePica,miembros1
TQa2-5 Formación Altos de Pica, miembros 2 a 5
4.500
Chile
69º 00''
SIMBOLOGIA
Altitud m.snm
5.000
4.500
4.000
3.500
3.000
2.500
SierradeLongacho
TQ 2 - 5
TQa1
PICA
TQa 2 - 5 TQa1
TQa1
1.000 TQ 2 - 5
TQa1
TQa1
500
BasamentoMesozoico
BasamentoMesozoico
BasamentoMesozoico
2.000
1.500
1.000
500
Figura Nº2: Perfil geológico Esquemático sector Pica- Salar del Huasco (adaptado de Galli y Dingmann, 1962, y Vergara y
Thomas, 1984)
3.2 Precipitaciones
La fase terrestre del ciclo hidrológico se inicia con la precipitación de las aguas atmosféricas a la superficie del
terreno. Por este motivo es de interés caracterizar en primer lugar las precipitaciones, lo cual permitirá identificar las
zonas donde potencialmente se producirá la escorrentía superficial y la recarga de los sistemas acuíferos.
De acuerdo con DGA-ICC-CONIC (1982) las precipitaciones aumentan de Oeste a Este, presentando un valor
promedio de aproximadamente 10 mm/año en la zona de Pica (ubicada en la Depresión Intermedia denominada
Pampa del Tamarugal) y de 200 mm/año en la zona baja de la cuenca del Salar del Huasco. En las zonas altas de la
cuenca del Salar del Huasco la precipitación promedio anual alcanza valores superiores a 300 mm/año. La
explicación de esta fuerte variación espacial, lejos de tratarse de un incremento en las lluvias debido el ascenso de las
masas de humedad atmosférica por la ladera andina occidental (efecto de aumento con la altura), se encuentra en la
disminución de la precipitación con el incremento de la distancia a los centros convectivos que se ubican en el
altiplano (DGA-U. de Chile, 1986)
4
La distribución estacional de la precipitación muestra que más de un 80% de las lluvias ocurre en el período
comprendido entre Diciembre y Marzo (DGA-ICC-CONIC, 1982). Los estudios meteorológicos muestran que estas
precipitaciones de verano (invierno altiplánico) se originan en masas de aire relativamente húmedas que provienen
del Nor-Este ó Este, mientras que las lluvias del período invernal se originan en masas de aire relativamente secas
provenientes del Oeste (DGA-U. de Chile, 1986).
Los antecedentes de isótopos ambientales estables (δ18 Ο y δ2 H) confirman que el origen de las masas de vapor de
agua que precipitan en verano (invierno altiplánico) es diferente a las que precipitan en invierno. Peña et al (1984) y
Aravena et al (1997) señalan que ese comportamiento está relacionado con la naturaleza de las tormentas, siendo del
tipo convectivo durante el verano y de tipo frontal durante el invierno.
Las aguas que precipitan en verano presentan un enriquecimiento isotópico (aumento del contenido de isótopos
pesados) en sentido Este – Oeste. Peña et al (1987) señala que las lluvias del altiplano son más livianas (más
negativas en δ18 Ο y δ2 H) que las que precipitan en la vertiente Oeste de la Precordillera que separa al Altiplano de la
Pampa del Tamarugal, hecho que puede estar asociado a procesos de evaporación de las gotas de agua que forman la
lluvia y a efectos de cantidad de precipitación.
En las Figuras Nº3 y 4 se presentan todas las mediciones de los contenidos isotópicos de lluvias realizadas en la
provincia de Iquique (desde 1973 hasta 1986), recopilados de Salazar et al (1988), Magaritz et al (1985), Suzuki et al
(1984), Peña et al (1987) y Peña et al (1984). Dichas mediciones muestran que:
(a) El contenido isotópico de las aguas lluvias en la zona se ajusta a la siguiente recta meteórica local, la cual es
muy similar a la Recta Meteórica Mundial: δ22 H = 7,7 δ11 88 O + 9,7 0 /00 SMOW
(b) En altitudes de la superficie del terreno menor a 3.500 m.snm., el contenido de δ18 O de las aguas lluvias es más
positivo que -11 0 /00 SMOW. Es decir, las aguas lluvias que llegan a recargar los sistemas acuíferos presentarán
valores característicos de δ18 O mayores a -11 0 /00 SMOW (más positivos)
(c) En contraste con lo anterior, las lluvias que precipitan en zonas altas de la cuenca, por sobre los 3.500 m.snm.,
presentan un contenido isotópico más liviano: en δ18 Ο son más negativos que -12 0 /00 SMOW.
Lo anterior
muestra que la recarga de los sistemas acuíferos por estas agua lluvias presentará un contenido isotópico más
liviano que –12 0 /00 SMOW.
(d) Los datos anteriores permiten diferenciar las zonas de recarga en dos grandes bandas: por sobre los 3.500
m.snm. y por debajo de esa altitud.
5.000
Apacheta Tapa
Chusmiza
Collacahua
Indio Muerto
Tambillos
Apacheta Mama
Collahuasi
Ujina
Puchuldiza
Pampa Lirima
Copaquire
Poroma
Huatacondo
Camiña
Colchane
Huaytane
Cancosa
Parca
Promedio Ponderado del período
Altitud Estación Pluviométrica (m.snm.)
4.500
4.000
3.500
3.000
2.500
2.000
1.500
1.000
-22
-20
-18
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
o
Oxígeno 18 ( /oo SMOW)
Figura Nº3:
Relación del contenido isotópico (δ18 O) de las lluvias y la altitud de la cuenca donde se mide. Datos
promedios anuales (cada símbolo representa un valor anual), donde el contenido isotópico de tormentas
individuales fue ponderado por los montos precipitados (datos de 1973 hasta 1986)
5
50
18
δ2H = 7,7 δ18
O + 9,7
-50
o
DEUTERIO ( /oo Smow)
Línea Meteórica Local
0
-100
Nieve en Altos de Pica
(agosto 1984)
-150
-200
-250
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
o
OXIGENO -18 ( /oo Smow)
Figura Nº4: Diagrama δ18 O - δ2 H de las lluvias de la Provincia de Iquique
3.3 Escorrentía Total
Aplicando la tradicional ecuación de balance hídrico a las zonas de Pica y del Salar del Huasco, para evaluar la
escorrentía total, diferentes estudios han evaluado la magnitud de la recarga a los sistemas acuíferos. Para lo
anterior han considerado que si no existe escorrentía superficial, la escorrentía total será igual a la escorrentía
subterránea.
Zona de Pica:
(a) DGA (1987) evalúa que la recarga promedio anual del sistema acuífero de la Pampa del Tamarugal es de
aproximadamente 990 l/s.
(b) Grilli et al (1987) evalúan que en la cuenca de la zona de Pica (quebrada de Quisma o Chintaguay) se produce
(c)
(d)
un caudal continuo de recarga a la Pampa del Tamarugal de aproximadamente 30 l/s. Es decir, postulan que a
dicha fecha existía una explotación del sistema acuífero de la zona de Pica menor en aproximadamente 30 l/s al
caudal promedio de recarga.
JICA-DGA-PCI (1995), utilizando una metodología diferente de cálculo, evalúa la recarga total a la Pampa del
Tamarugal en 976 l/s, caudal que es muy similar a los 990 l/s evaluados anteriormente por la DGA. También
observan que la altitud del nivel de agua subterránea en la zona de Pica se ubica aproximadamente a 60 metros
por sobre el nivel del agua subterránea en las áreas bajas de la Pampa. A base de lo anterior, concluyen que el
acuífero del área de Pica es independiente de las áreas bajas o planas de la Pampa de Tamarugal. En
consecuencia, postula que la disponibilidad de recursos hídricos en esta zona debe ser evaluada en forma
independiente a los recursos hídricos subterráneos de la Pampa.
Salazar, Rojas y Pollastri (1998) evalúan el caudal promedio anual de recarga del sistema acuífero de Pica en
250 l/s. Además, señala que el proceso de recarga se sitúa por sobre los 3.500 m.snm., postulando que se
produciría en la zona denominada Altos de Pica. Esa zona define un área de producción de escorrentía de 223
Km2 , sobre la cual precipitan 175 mm/año (valor promedio anual). La zona Altos de Pica corresponde a la
divisoria superficial de las cuencas del Salar del Huasco y de la zona de Pica.
6
Cuenca del Salar del Huasco:
Grilli y Vidal (1986) determinan que, de existir suficiente suministro de agua, la potencial evaporación desde el
actual Salar propiamente tal puede ser de hasta 1.245 l/s, valor que es calculado a base de la tasa promedio de
evaporación medida en tanque evaporimétrico USWB Tipo A (representativa del potencial evaporativo atmosférico
Epotencial) multiplicada por la superficie total evaporante (Asalar ).
El área del salar corresponde a 29 Km2 de los cuales JICA-DGA-PCI estimó que 2 Km2 corresponden a agua
superficial y 27 Km2 a tierras húmedas. Según Grilli y Vidal (1986) y Grilli (1990), al existir un suficiente suministro
de agua, ambos tipos de superficie evaporarán a una tasa igual al potencial evaporativo atmosférico.
Considerando una precipitación promedio anual en la zona del salar propiamente tal de 159,3 mm/año (estación
Collacagua, según DGA, 1987), lo que representa 146 l/s, se obtiene que el Salar podría evaporar hasta una
escorrentía total promedio anual afluente a la zona de evaporación (Ras) de: Ras = 1.245 – 146 = 1.099 l/s. El valor
anterior representa el máximo de escorrentía que se produciría en la cuenca del Salar del Huasco y que explicaría las
actuales dimensiones del salar propiamente tal. No obstante, es esperable que la superficie húmeda del terreno (sin
agua superficial) evapore a una tasa menor que la evaporación potencial desde agua superficial y, además, que la
presencia de sales disuelta en el agua también reduzca la tasa de evaporación (Grilli, 1990).
JICA-DGA-PCI (1995) evalúa la evaporación sólo desde el área de lagos del salar y la calculan en 575 l/s, caudal
que representa un límite inferior ya que desprecian la evaporación desde el suelo húmedo. Grilli y Vidal (1986) y
Grilli (1990) evalúan la evaporación promedio desde las zonas húmedas y desde las lagunas en 660 l/s, señalando
además que ella podría ser mayor pero que no puede ser precisada por cuanto no se han realizado estudios
específicos. El valor propuesto de 1.099 l/s es el límite superior posible.
La escorrentía total promedio anual que se produce en la cuenca afluente a la zona de evaporación (salar propiamente
tal) es evaluada por DGA (1987) en 650 l/s y en 809 l/s por JICA-DGA-PCI (1995).
Comparando los valores calculados de escorrentía promedio anual producido en la cuenca (entre 809 y 650 l/s) y la
evaporación promedio anual desde el salar (entre 575 y 660 l/s, la cual incluso podría llegar hasta 1.099 l/s), se
observa que ambos son del mismo orden. La diferencia debe ser atribuida al error de estimación, ya que en la cuenca
no se dispone de los suficientes controles hidrométricos y meteorológicos para poder efectuar cálculos de mayor
precisión. En consecuencia, el balance hídrico de la cuenca es el siguiente:
Producción promedio anual de agua de la cuenca
Evaporación del área del salar
Descarga de agua subterránea a Pampa del Tamarugal
Máximo error de cierre del balance hídrico
: Entre 650 y 899
l/s
: Entre 575 y 660
l/s
:
0
l/s
: Entre -10 a +234
l/s
Incluso, el máximo error podría alcanzar a –449 l/s (mayor escorrentía que la calculada y que el salar podría recibir y
evaporar) si consideramos un potencial de 1.099 l/s de evaporación desde el salar. El error máximo muestra que las
dimensiones del salar justificarían una producción de escorrentía promedio anual en la cuenca de hasta 1.099 l/s
3.4 Isótopos Ambientales
Los trazadores naturales más utilizados en hidrología subterránea corresponden a los isótopos ambientales
denominados Oxígeno-18 (δ
δ 18 O) y Deuterio (δ
δ 2 H). El contenido de dichos isótopos se modifica en la interacción
del agua con la atmósfera, permaneciendo constante después que el agua pierde contacto con ella; es decir,
permanecerán constantes durante el recorrido del agua por la zona saturada del sistema subterráneo.
En
consecuencia, el contenido de dichos isótopos reflejará exactamente las características del agua en la zona de recarga
del sistema acuífero.
7
En términos generales se observa que el contenido isotópico de las aguas durante su fase terrestre (en nuestro caso
corresponde a la fase subterránea) del ciclo hidrológico se ajusta a la siguiente recta (ver Figura Nº 5 ):
18
0
δ22 H = 7,7 δ18
O
/00 SMOW
Comparando esta ecuación con la recta característica de las lluvias, se aprecia que el término constante (denominado
exceso de Deuterio y que tiene un valor igual a 9,7 en las lluvias) se anula. Otros autores han postulado que dicha
modificación está asociada a procesos evaporativos del agua en la zona no saturada del suelo.
Zona de Pica:
Magaritz et al (1985), basado en datos de isótopos ambientales e hidroquímicos, subdivide las aguas subterráneas de
la Pampa en 4 regiones, las cuales están relacionadas con diferentes áreas de recarga. Una de ellas es la zona de
Pica, la cual la subdivide a su vez en dos grupos de agua: (a) en los alrededores de Pica, y (b) en la zona de Matilla a
Puquio La Calera (Magaritz et al. la definen como Sector Esmeralda- Matilla)
Las aguas subterráneas del Sector Pica (ver Figura Nº6 ) presentan contenidos isotópicos de Oxígeno-18 (δ
δ11 88 O)
0
14
entre -12,5 a –13 /00 SMOW. El contenido de Carbono-14 ( C) en las aguas de este acuífero varía entre 25 y 30
pmC (ver Figura Nº7), lo cual muestra que su trayectoria desde la zona de recarga es mayor a 5.000 años (1)
Las aguas del Sector Matilla – La Calera son más enriquecidas en δ18 O y δ2 H que las de Pica y son más jóvenes
18
(valores de 14 C entre 80 a 106 pmC). En Oxígeno-18 (δ
δ18
O) presenta contenidos más pesados a -10 0 /00 SMOW.
Lo anterior probablemente esté relacionado con la existencia de flujos de agua por la línea de falla Oeste en el
basamento en el sector Pica-Matilla-Esmeralda (Magaritz et al, 1985).
El menor contenido isotópico de las aguas del Sector Pica que las del Sector Matilla – La Calera puede ser
explicado por una de las dos posibles hipótesis siguientes:
(i)
Si ambas aguas tienen un área común de recarga (por ejemplo, Altos de Pica), la relación existente entre el 14 C
y el δ18 O en las aguas de esta región estaría indicando cambios en el tiempo de la composición isotópica de las
aguas de recarga. Las aguas de Pica son más antiguas (menor 14 C) y más livianas (menor contenido de δ18 O)
(ii)
Los datos también pueden ser explicados considerando diferentes zonas de recarga para las aguas de Pica y las
de Matilla – La Calera. El contenido isotópico de las aguas de Pica estarían mostrando que su zona de recarga
está ubicada a altitudes por sobre los 3.500 m.snm., mientras que las del Sector Matilla – La Calera se
recargarían desde altitudes menores y con menores tiempos de tránsito.
No obstante que no se dispone de datos para verificar si dichos contenidos han tenido cambios en el tiempo (se
requeriría una longitud de registros de miles de años), se postula que la segunda hipótesis explica la diferencia en los
contenidos isotópicos. En consecuencia, las aguas subterráneas identificadas como del Sector de Pica presentan
contenidos isotópicos característicos de aguas infiltradas a altitudes mayores a 3.500 m.snm.
Comparando el contenido de δ 18 O de las aguas del Sector Matilla – La Calera con el contenido isotópico de las
lluvias, se concluye que su zona de recarga está ubicada a altitudes menores a 3.500 m.snm.
En el rango
característico de este sector (más positivas que –10 0 /00 SMOW) se ubican también las aguas subterráneas de la
quebrada de Chacarilla (ubicada al sur de la zona de Pica, ver Figura Nº1 ). Se puede concluir entonces que las
aguas identificadas como pertenecientes al Sector Matilla – La Calera corresponden a aguas infiltradas en la vertiente
poniente de la Precordillera y, por ende, no tienen relación con las aguas del altiplano (en particular, no tienen
relación con las aguas subterráneas de la cuenca del Salar del Huasco).
(1)
El Carbono-14 es un isótopo ambiental utilizado como trazador en hidrología subterránea para conocer la edad de las aguas, sedimentos y
formaciones acuíferas. La edad se calcula basándose en que la actividad inicial del material será 100% de carbono moderno, y se expresa en pmC
(porcentaje de carbono moderno)
La datación de aguas se basa en la actividad específica de las especies carbonatadas disueltas en agua. Cuando el Carbono queda aislado del ciclo
biológico, por infiltración del agua, su actividad específica disminuye en función del tiempo de acuerdo a la ley exponencial de la desintegración
radioactiva. La vida media del Carbono-14 es de 5.730 años ± 30 años. Es decir, su actividad se reduce en un 50% en aproximadamente 5.730
años.
8
En el Sector Matilla – Puquio La Calera se distinguen a su vez aguas correspondientes a un subsector La Calera
(ubicado al nor-oeste de Pica), las cuales presentan δ18 O más pesados a –8,5 0 /00 SMOW, y aguas de un subsector
Matilla (ubicado al Oeste de Pica), con δ 18 O comprendido entre –10 y –9 0 /00 SMOW aproximadamente. El
contenido isotópico de las aguas de este último subsector puede ser explicado como mezcla de aguas del subsector
La Calera con aguas del Sector Pica.
9
Cuenca del Salar del Huasco:
Los antecedentes de Oxígeno-18 y Deuterio medidos en las aguas de la cuenca del Salar del Huasco, se alinean en la
recta que representa a las aguas en la fase terrestre del ciclo hidrológico, agrupándose todas ellas en el rango de -12 a
-14 0 /00 SMOW en δ 18 O y de –94 a –1060 /00 SMOW en δ 2 H.
Las aguas de esta cuenca pueden a su vez ser subdivididas en dos grupos: (i) Sector Norte y Oeste de la cuenca, y
(ii) Sector Sur y Este de la cuenca. Las aguas del sector “Norte y Oeste” presentan contenidos de δ18 O
comprendidos entre –12 y –12,5 0 /00 SMOW, mientras que las aguas del sector “Sur y Este” (incluyendo al río Piga,
que se ubica en la cabecera de la cuenca y en su límite Este) presentan contenidos de δ18 O comprendidos entre –13 y
–14 0 /00 SMOW.
Existen pocos antecedentes de medición de Carbono-14 en las aguas subterráneas del Salar del Huasco. Los
antecedentes de Magaritz et al. (1985) y CCHEN (1984) señalan valores entre 45 y 47 pmC, lo cual estaría
mostrando que corresponden a aguas infiltradas hace más de 5.000 años. Existe un dato en el sector Nor-Este de la
cabecera de la cuenca, río Piga en Ojos, donde se midió 22 pmC de Carbono-14.
-50
Línea Meteórica Local
Aguas Cuenca Salar del Huasco
-90
Puquio La Calera (PICA)
(1 4 C = 47 pmC)
Vertiente Potrero
Río Collacagua enPeña Blanca
Vertiente Batea
Río Piga en Collacagua (
Vertiente Cono
-80
o
Deuterio ( /o o Smow)
14
-70
Vertiente Huasco Lípez
C = 45 pmC)
-60
14
C = 47 pmC
Vertiente Chacarilla (CHACARILLA)
δ 2Η = 7,7 δ18Ο
Puquio Nuñez (PICA)
14
C = 44 pmC
-100
Vertiente Jachucoposa (COPOSA)
Puquio Miraflores (PICA)
-110
14
C = 30 pmC
Aguas Recargadas en Altitudes Menores a 3.500 m.snm.
Aguas Originadas sobre los 3.500 m.snm
-120
-15
-14
-13
-12
-11
-10
-9
-8
-7
Oxígeno 18 (o /o o Smow)
FIGURA Nº5: Contenido isotópico de aguas de la cuenca del Salar del Huasco (en color azul) y de otras cuencas. El contenido
de 14C muestra que todas ellas tienen más de 5.000 años desde que se infiltraron. Fuente: Adaptado de Magaritz
et al (1985) y CCHEN (1984).
3.5 Hidroquímica
Se recopilaron todos los antecedentes químicos de las aguas presentes en la zona en estudio y que presentan un error
en su balance iónico menor al 5%. Las diferencias en las características de constitución química de las aguas
dependerán de su origen y de su evolución en la fase terrestre del ciclo hidrológico.
Zona de Pica:
Las aguas de los sectores identificados en la zona de Pica presentan también diferentes características químicas, por
lo que pueden ser agrupadas en diferentes sectores espaciales:
(a) Sector de Pica: corresponden a aguas del tipo Bicarbonatada-sulfatada sódica (ver Figura Nº8-a)
(b) Sector Matilla-La Calera: corresponden a aguas Sulfatadas sódicas y además presentan un significativo
menor porcentaje de bicarbonatos (CO3 +HCO3 ) que las aguas del sector de Pica (ver Figura Nº8-b)
(c) Sector Italo- Gregory: que corresponde al tipo Clorurada cálcica. Estas aguas, a pesar de estar en la localidad
de Pica, son significativamente diferentes al resto de las aguas existentes: presentan un significativo mayor
porcentaje de cloruros y calcio (ver Figura Nº8-c)
10
Todas las aguas encontradas en la zona de Pica están comprendidas entre los tres tipos de aguas identificadas (ver
Figura Nº8-d): Sector Pica, Sector Matilla-La Calera y Pozos Italo Gregory; correspondiendo a mezclas de los tres
tipos de aguas (principalmente del Sector Pica y del Sector Matilla-La Calera).
FIGURA Nº6: Contenido de Oxigeno-18 de las aguas subterráneas del Sector de Pica, en o /oo Smow
FIGURA Nº7: Contenido de Carbono-14 (en pmC) de las aguas subterráneas del sector de Pica
11
FIGURA Nº8 a: CONSTITUCION QUIMICA AGUAS SUBTERRANEAS
SECTOR PICA
18
(δ O Menores a -13 % Smow)
(a) Sector Pica
FIGURA Nº8 b: CONSTITUCION QUIMICA AGUAS SUBTERRANEAS
SECTOR MATILLA - LA CALERA
(δ O Mayores a -10 o/oo Smow)
18
(b) Sector Matilla- La Calera
FIGURA Nº8 c: AGUAS CLORURADAS- CALCICAS
POZOS P2 y P3 ITALO GREGORY
FIGURA Nº8 d: CONSTITUCION QUIMICA AGUAS SUBTERRANEAS
PICA - MATILLA
18
δ
O = -11,8 %
Pozos Italo
P3.ITALO G
18
δO
= -12,8 %
P2. ITALO G
Sector Esmeralda - La Calera
Sector Pica
(c) Sector Pozos Italo
(d) Sector Pozos de la Zona
FIGURA Nº8: Características Químicas de las aguas de la zona de Pica
12
FIGURA Nº9: Diagramas de Stiff de las aguas subterráneas del salar del Huasco
14
Zona del Salar del Huasco:
Las aguas superficiales del río Collacagua son del tipo bicarbonatado, (ver Figura Nº9) con mayor presencia de
magnesio en la zona alta de la cuenca y antes de su confluencia con el río Batea. Después de unirse con las aguas del río
Batea aumenta el contenido porcentual de sodio, evolucionando a aguas del tipo bicarbonatado sódico en la zona terminal
del río (río Collacagua en Término), donde sus aguas desaparecen por infiltración.
El pozo JICA JG, que representa a las aguas subterráneas existentes en la zona antes de que el caudal base del río
Collacagua se infiltre completamente en los depósitos aluviales (zona norte de la cuenca), presenta aguas subterráneas
también del tipo bicarbonatadas sódicas, pero con mayor porcentaje de cloruros y sodio que las aguas del río.
Después que las aguas superficiales del río desaparecen completamente, las aguas del tipo bicarbonatadas sódicas
vuelven a aparecer en las vertientes ubicadas en el borde Oeste del salar (vertientes Potrero, Hermitaño y Corriente).
Estas tres vertientes se ubican sobre una falla geológica que separa los depósitos aluviales de la zona baja de la
cuenca con la formación Ignimbrita Huasco. La orientación Nor-Este de la falla, induce a pensar que ella puede
corresponder a un conducto por el cual fluyen las aguas infiltradas del río Collacagua hacia esas vertientes. En
forma adicional a lo anterior, la existencia de lagunas (aguas superficiales) en el borde Oeste del salar aparentemente
está reflejando que la falla tiene importancia como vía preferencial para el flujo subterráneo.
Al sur del punto de muestreo “río Collacagua en Término” y en la zona este de la cuenca, se observa otro tipo de
aguas subterráneas y que corresponde a sulfatadas cálcicas. Estas aguas están representadas por el pozo JICA J-10 y
las Vertientes Silca, Cono, Rinconada, Huasco Lípez y V.NE.HU.
La constitución de estas aguas son muy
diferentes a las del río Collacagua, lo cual muestra que no existiría ninguna relación entre ellas (diferentes orígenes y
diferentes procesos de mineralización).
Además de los dos tipos de aguas identificadas, la poza Hermitaño, ubicada en el borde noreste del salar, muestra la
existencia de aguas correspondientes a mezcla entre ellas. Se observa además que la poza Hermitaño se ubica en la
zona donde el cauce del río Collacagua ingresa al salar, por lo que la mezcla puede producirse en los períodos
lluviosos y cuando el río presenta crecidas.
Las aguas de las lagunas de aguas superficiales ubicadas en el borde Oeste del salar son del tipo sulfatadas sódicas.
Presentan un mayor porcentaje de Sodio (Na), Cloruros (Cl) y Sulfatos (SO4 ) que las aguas de las vertientes
existentes en la zona de las lagunas Esta mineralización puede haberse originado en los procesos de evaporación.
4. CONCLUSIONES
4.1 Precipitaciones
El contenido de los isótopos ambientales Oxígeno-18 (d 18 O) y Deuterio (d 2 H) en las aguas lluvias permite
diferenciar las zonas de recarga de las aguas subterráneas en dos grandes sectores dentro de la Provincia de Iquique:
(a) Zonas por sobre los 3.500 m.snm., en las cuales las aguas infiltradas presentarán d 18 O más negativos a –12 o /oo
Smow, y (b) Zonas con altitudes de la superficie del terreno menor a 3.500 m.snm., en las cuales el contenido de
d 18 O de las lluvias, y por ende del agua de recarga, será más positivo que –11 o /oo Smow
4.2 Comparación entre las Aguas de Pica y del Salar del Huasco
Isótopos Ambientales:
En Figura Nº10 se presenta la comparación entre los contenidos isotópicos de las aguas subterráneas de la cuenca
del Salar del Huasco y las aguas subterráneas de la zona de Pica. En la figura se observa:
(a) Las aguas de la cuenca del Salar del Huasco presentan contenidos de d 18 O menores (más livianos) a –12 o /oo
Smow y menores a -90 o /oo en d 2 H. Considerando que esta cuenca se desarrolla por sobre los 3.800 m.snm., los
valores anteriores verifican la conclusión de la ubicación de las zonas de recarga y que fuera realizada a base del
contenido isotópico de las aguas lluvias.
15
(b) Las aguas de esta cuenca (Salar del Huasco) pueden ser subdivididas en dos grupos (ver Figura Nº10): Sector
“Norte y Oeste” de la cuenca y Sector “Sur y Este” de la cuenca. Las aguas del Sector “Norte y Oeste”
presentan contenidos de d 18 O comprendidos entre –12 y –12,5 o /oo Smow, mientras que las aguas del Sector
“Sur y Este” (incluyendo al río Piga, que está ubicado en la cabecera de la cuenca y en su límite Este) presentan
contenidos de d 18 O comprendidos entre –13 y –14 o /oo Smow.
(c) La zona de Pica fue subdividida en dos sectores principales y cuyas aguas presentan diferentes orígenes (ver
Figura Nº10): “Sector Matilla a La Calera” y “Sector Pica”.
(d) Las aguas del Sector Matilla a La Calera, incluyendo a las aguas de la cuenca del río Chacarillas, presentan
contenidos de d 18 O mayores (más pesados) a –10 o /oo Smow y mayores a -80 o /oo en d 2 H. Estas aguas son
significativamente diferentes en sus contenidos isotópicos a las aguas de la cuenca del Salar del Huasco (ver
Figura Nº10), por lo que se concluye que provienen de diferentes zonas de recarga y que no existe
comunicación hidráulica entre ellas. Las aguas del “Sector Matilla a La Calera” provienen de zonas de recarga
ubicadas a altitudes menores a 3.500 m.snm., mientras que las del Salar del Huasco se originan a mayores
altitudes.
(e) Las aguas del Sector Pica presentan contenidos d 18 O comprendidos entre –12,5 y -14 o /oo Smow y entre -95 y 110 o /oo en d 2 H. Esos valores muestran que las aguas del Sector Pica provienen de zonas de recarga ubicadas a
altitudes mayores a 3.500 m.snm
(f) Las aguas del Sector Pica son levemente diferentes a las aguas encontradas en el Sector Norte y Oeste de la
cuenca del Salar del Huasco (ver Figura Nº10): las aguas de ese sector del Salar del Huasco son más pesadas en
aproximadamente 0,5 a 1 o /oo Smow en d 18 O.
Esa diferencia es significativamente mayor al error del
laboratorio, por lo que debe ser considerada en el análisis del origen de las aguas.
(g) Las aguas del Sector Pica son similares a las encontradas en el Sector Sur y Este de la cuenca del Salar del
Huasco, lo que está reflejando similares altitudes de sus zonas de recarga.
-40
Línea Meteórica Local
Línea Local
Fase Terrestre
δδ2 H = 7,7 δδ18O
-50
Pozos en Matilla
Puquio la Calera
DEUTERIO ( o/oo Smow)
-60
-70
CUENCA SALAR del HUASCO
Pozo Chacarilla
(Juan Karzulovic)
Sector NORTE y OESTE
Vertiente Chacarilla
Sector SUR y ESTE
-80
Río Piga
SECTOR MATILLA a LA CALERA
(representativo de aguas de la Precordillera)
-90
-100
-110
SECTOR PICA
-120
-16
-15
-14
-13
-12
-11
-10
-9
-8
-7
-6
-5
-4
o
OXIGENO -18 ( /oo Smow)
Figura Nº10: Comparación del contenido de Oxígeno-18 y Deuterio en las aguas subterráneas de la cuenca del Salar del Huasco
y de la zona de Pica
Hidroquímica:
En la Figura Nº11 se presenta la comparación de las características de composición química de las aguas presentes
en la cuenca del Salar del Huasco y en la zona de Pica. Se observa que:
(a) Las aguas del Sector Matilla a La Calera (Sulfatadas sódicas) son claramente diferentes a las aguas del Salar
del Huasco: presentan mayor porcentaje de Sodio más Potasio (Na+K) y de Cloruros (Cl). Son aguas que han
experimentado diferentes procesos de mineralización. Se confirma por ende la conclusión obtenida a base de la
interpretación isotópica: no existe comunicación entre ellas y son de diferentes orígenes.
16
(b) Las aguas del Sector Pica son claramente diferentes a las aguas subterráneas del Sector Sur y Este de la cuenca
del Salar del Huasco. Estas últimas presentan un porcentaje de Sulfatos (SO4 ) de entre 70 a 90% mientras que
las de Pica tienen sólo entre 20 a 40% El contenido de Carbonatos (CO3 + HCO3 ) también es muy diferente: las
aguas de Pica presentan entre 40 y 60% mientras que las del sector Este y Sur del Huasco tienen contenidos
menores al 20% Se observa entonces que ambas aguas son químicamente muy diferentes (diferentes procesos
de mineralización), por lo que se concluye que no existe relación entre ellas.
(c) Las aguas del Sector Pica y las aguas del Sector Norte y Oeste de la cuenca del Salar del Huasco son
levemente diferentes en sus características químicas. No obstante, existen algunas diferencias significativas: las
aguas de Pica presentan mayores porcentajes de Cloruros (Cl) y Sodio más Potasio (Na+K) y menores
porcentajes de Carbonatos (CO3 + HCO3 )
Además, se observa que las aguas de Pica prácticamente no
presentan Magnesio (Mg), mientras que las del sector Norte y Oeste del Huasco presentan porcentajes de entre
10 y 30%
(d) Las diferencias químicas principales entre las aguas de Pica y las del sector Norte y Este del Salar del Huasco,
se deben presumiblemente a diferentes períodos de tiempo de interacción con rocas que aportan principalmente
Sodio y Potasio a las aguas subterráneas.
Sec
tor
es
del
Sala
rd
el
Hu
asc
o
FIGURA Nº11: CONSTITUCION QUIMICA AGUAS SUBTERRANEAS
SECTORES PICA y SALAR delHUASCO
Sector
Este y Sur
Sector
Norte y Oeste
Sector Matilla - La Calera
Sector Pica
Figura Nº11: Comparación de las características químicas de las aguas subterráneas entre el sector de Pica y del Salar del Huasco
4.3 Conexión Hidráulica entre el Salar del Huasco y Pica
Los antecedentes geológicos muestran que las rocas del basamento Mesozoico, que se localiza debajo de la
formación Altos de Pica (cuyo miembro 4 ha sido también denominado Ignimbrita Huasco), conforman una divisoria
de aguas en el sector Altos de Pica, cuya altitud se encuentra aproximadamente a los 4.000 m.snm. Esta divisoria de
aguas se encuentra por sobre el nivel de la superficie del agua subterránea de la cuenca del Salar del Huasco, la cual
se ubica aproximadamente a 3.780 m.snm.
La situación anterior muestra que no es físicamente posible la existencia de un flujo subterráneo de interconexión
entre el Salar del Huasco y Pica. La única posibilidad de flujo es a través de fallas en el basamento, las cuales
debieran presentar una orientación Este-Oeste. La posibilidad anterior es remota ya que los megalineamientos se
orientan Norte-Sur. Se supone que las grandes fallas que originan el levantamiento de la Precordillera son subverticales y orientadas Norte-Sur.
17
No obstante lo anterior, de existir dichas fallas no serían conductoras de agua o al menos no se detecta que puedan
ser portadoras de importantes flujos de agua. Esta conclusión surge al verificar que los balances hídricos realizados,
considerando como cuencas independientes al Salar del Huasco y a la zona de Pica, no muestran la existencia de
flujos que no puedan ser explicados exclusivamente por la precipitación en sus cuencas superficiales afluentes: los
errores de cierre de los balances están en el rango esperado.
La conclusión anterior sobre la ausencia de conexión hidráulica entre las cuencas del Salar del Huasco y de la zona
de Pica, es confirmada por las características isotópicas y químicas de las aguas subterráneas.
4.4 Origen de las Aguas de Pica
La hipótesis más probable sobre el origen de las aguas subterráneas alumbradas por las vertientes y socavones de
Pica es la infiltración de las precipitaciones del “invierno altiplánico”, proceso que ocurre sobre los 3.500 m.snm. de
altitud y en la zona denominada Altos de Pica. Después de un lento viaje subterráneo por esa formación geológica,
esas aguas afloran a través de fallas sub-verticales de orientación Norte-Sur, las cuales han sido identificadas y
documentadas por diversos autores.
5.
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