El tiempo geológico puede muchas veces ser un tanto abstracto, ya que según los procesos que queramos cuantificar en términos temporales, las escalas de tiempo serán distintas. Podemos datar rocas con miles de millones de años de antigüedad que nos hablan de procesos de formación de la Tierra, rocas sedimentarias de millones de años que nos permiten caracterizar el tiempo en el que vivieron los dinosaurios, e incluso eventos más recientes de milenios de años a décadas como las glaciaciones cuaternarias, erupciones volcánicas recientes, terremotos y remociones en masa. Lo interesante es que no solo es posible datar rocas y materia orgánica si no que también el agua.
por Catalina Saldías Innocenti
¿Qué es la edad del agua?
Aquí aparecen dos conceptos importantes, los tiempos de residencia del agua y la edad del agua. La edad del agua se define como el tiempo en el que demora el agua en recorrer una distancia dada como, por ejemplo, el tiempo desde que entra al sistema por la recarga (año 0) hasta el momento en que es muestreada en algún pozo (e.g., ver “80 años” en fig. 1). Por otro lado, el tiempo de residencia se refiere al tiempo que transcurre desde que el agua entra a través de la recarga al sistema hasta que sale de este y finaliza su recorrido (flecha amarilla en fig. 1). En el caso de la Figura 1, si se muestreara en el río donde el agua ha terminado su recorrido, la edad del agua podría ser igual al tiempo de residencia. Otro aspecto relevante a tener en cuenta es que el agua en realidad es un paquete de moléculas, donde cada molécula puede tener su propio recorrido y mezclarse con otras. En consecuencia, más que una edad absoluta, en realidad se tiene una distribución de distintas edades. Es así como nace el concepto de edad aparente del agua, la cual es solo la cantidad absoluta que entrega el análisis químico de laboratorio. La edad real y la distribución de edades se obtienen mediante distintos modelos de mezcla que utilizan ecuaciones para intentar explicar lo que ocurre realmente durante la trayectoria del movimiento del agua. El modelo más simple de todos asume que todas las moléculas de un paquete de agua siguen el mismo recorrido y no se mezclan con otras, siendo así la edad aparente igual a la real.
¿Cómo se data el agua?
Para obtener el tiempo de residencia del agua es necesario el uso de isótopos y trazadores geoquímicos. Los isótopos son átomos de un mismo elemento que poseen distinto número de neutrones en su núcleo, cambiando así levemente su masa atómica. Para la geocronología se utilizan isótopos radiogénicos, los cuales debido a inestabilidades en el núcleo se desintegran en elementos distintos a una razón constante conocida como tasa de desintegración radioactiva. Podemos imaginar que tenemos un isótopo “padre” el cual disminuye su concentración con el tiempo de manera exponencial, donde la vida media de este será el tiempo necesario para disminuir a la mitad su concentración, este isótopo “padre” va generando isótopos “hijos”. Entonces para calcular el tiempo, necesitamos alguna combinación de estos datos. En el caso del 14C, de manera simplificada se suele usar una concentración inicial estándar atmosférica y una vida media en torno a los 5700 años. El “reloj” de desintegración comienza a correr una vez la partícula de agua ingresa al sistema subterráneo y deja de estar en contacto con la atmósfera, y se “detiene” una vez es muestreada el agua. Así, midiendo la concentración de 14C en la muestra de agua (lo que vendría a ser la concentración final del isótopo padre), podemos encontrar el tiempo. Existen isótopos con vida media mayores como el par U-Th/He o 81Kr, así como isótopos de vida media mucho más corta (12.4 años) como el 3H. Este último, junto con los clorofluorocarbonos -los cuales no son isótopos- son considerados trazadores antropogénicos para datar agua moderna (posterior a 1950). El Tritio proviene principalmente de los ensayos nucleares realizados a fines de los 50 y principios de los 60, y los clorofluorocarbonos (CFC) del uso masivo de aerosoles y refrigerantes. Es posible encontrar aguas muy viejas (hasta 1 millón de años), hasta aguas jóvenes menores a 100 años (figura 2). Por ende, el uso de distintos trazadores geoquímicos no solo aporta precisión al cálculo de la edad del agua, sino que también permite identificar aguas de distintas edades en un mismo sistema.
¿Por qué es importante datar el agua?
Una de las principales implicancias que tiene la datación de aguas está relacionada con la estimación del recurso y la gestión hídrica. En un estudio realizado por Apollaro y colaboradores en 2015 mediante datos de tiempos de residencia calculados con 3H y mediciones de velocidad del flujo en manantiales termales, se estima el volumen del reservorio geotermal, lo cual también podría aplicarse en la estimación de volumen de agua contenida en acuíferos. Por otro lado, también es posible obtener información sobre el tiempo de renovación natural del sistema, es decir, si el recurso hídrico es renovable a escala humana o no. Es así como la investigación de Gleeson y colaboradores de 2015 estima que el volumen de agua <50 años contenido a nivel global, es equivalente a un cuerpo de agua con una profundidad de 3 metros distribuida sobre la superficie de los continentes, concluyendo así que el agua subterránea renovable a escala de vida humana (25-100 años) es un recurso finito y limitado con una distribución espacial heterogénea dependiente de condiciones geográficas, geológicas e hidrológicas. En un estudio más reciente realizado por Jurgens y colaboradores en 2022, los resultados mostraron una disminución del nivel del agua en uno de los acuíferos estudiados y que la edad del agua extraída resultó ser principalmente Holocena (75-11800 años). Mientras en otro acuífero, a pesar de ser la extracción de agua continua durante décadas, el agua extraída resultó ser primordialmente Antropocena (menor a 75 años) según los autores, con una mantención del balance hidrológico. Esto demuestra que conocer la edad del agua es relevante al momento de evaluar la vulnerabilidad del acuífero a la sobrexplotación y lograr una adecuada gestión del recurso hídrico, lo cual podría ser una herramienta clave en la zona centro y norte del país. En Chile no existen muchos estudios de tiempos de residencia en aguas subterráneas, pero destacan las recientes investigaciones de: Herrera y colaboradores en 2023 (Chacabuco), y las investigaciones de Herrera y colaboradores en 2018, Herrera y colaboradores en 2021 y Godfrey y colaboradores en 2021 (Desierto de Atacama).
Otra aplicación interesante de la geocronología de aguas relacionada con la geoquímica ambiental es la evaluación de la vulnerabilidad del acuífero a contaminantes antropogénicos y geogénicos. La investigación de Jurgens y otros autores en 2022, propone que recursos con mayor porcentaje de aguas modernas son más vulnerables a contaminación de origen antropogénico, mientras que en aguas con un mayor porcentaje de aguas viejas es más probable la contaminación geogénica debido a la evolución geoquímica del agua durante su circulación. No obstante, Jasechko y colaboradores en 2017, encuentran Tritio detectado en aguas que son predominantemente fósiles, lo que cuestiona un poco que las aguas fósiles no sean susceptibles a la contaminación antropogénica actual. Esto es relevante ya que, en estos sistemas de circulación fósil, las tasas de renovación son mucho más lentas, por ende, la contaminación podría persistir por milenios. Así, adquiere una importancia aún mayor el tener en cuenta las consecuencias de las actividades industriales en la calidad de los recursos subterráneos, sobre todo en regiones semi áridas y áridas que dependen de estos recursos, como el Norte de Chile.
Definiciones y conceptos obtenidas principalmente del artículo de Suckow y otros (2014) de la revista Applied Geochemistry (Vol 50), y de los libros “Isotope Methods for Dating Old Groundwater” del Organismo Internacional de Energía Atómica y “Environmental Isotopes in Hydrology” de Clark y Fritz (1997).
