The importance of considering the hydrodynamics of the saline interface in the managements of mineral resources and ecosystems of salt flats

Miguel Ángel Marazuela; Enric Vázquez Suñé; Emilio  Custodio; Teresa  Palma; Alejandro  García-Gil

doi:10.21701/bolgeomin.132.1-2.013

Autores/as

Miguel Ángel Marazuela Instituto de Diagnóstico Ambiental y Estudios del Agua, CSIC - Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental, Universidad Politécnica de Cataluña (UPC) - University of Vienna, Centre for Microbiology and Environmental Systems Science, Environmental Geosciences
Enric Vázquez Suñé Instituto de Diagnóstico Ambiental y Estudios del Agua, CSIC
Emilio Custodio Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental, Universidad Politécnica de Cataluña (UPC) - Real Academia de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales de España.
Teresa Palma Instituto de Diagnóstico Ambiental y Estudios del Agua, CSIC
Alejandro García-Gil Instituto Geológico y Minero de España (IGME)

DOI:

https://doi.org/10.21701/bolgeomin.132.1-2.013

Palabras clave:

agua subterránea, litio, intrusión salina, salar, salmuera

Resumen

Los salares son una fuente importante de minerales y especialmente de litio. Además, lagunas y humedales de alto valor ecológico están asociados frecuentemente a la zona de la interfaz salina (zona de mezcla) resultante del contraste de densidades entre el agua dulce recargada en el frente montañoso y la salmuera evaporada desde el salar que se ha instalado en la depresión. Esta zona se caracteriza por la presencia de flujos verticales, que condicionan la hidrodinámica a escala de cuenca. Es necesario establecer una metodología que permita incorporar el efecto de la interfaz salina en los modelos de agua subterránea que están enfocados a la gestión de sus recursos minerales y valores ecológicos. Dicha metodología consta de 3 fases: 1) recogida de datos físico-químicos en campo, 2) cartografía 3D de la zona de mezcla y 3) modelación numérica. Se presenta una cartografía tridimensional (3D) de la zona de mezcla del Salar de Atacama. Las diferentes geometrías de la zona de mezcla se han interpretado utilizando un modelo numérico de flujo y transporte de solutos. El resultado del modelo muestra una pendiente de la zona de mezcla similar a la obtenida a través de los datos de campo, la cual es más laxa que en los modelos previos, que consideraron un medio poroso homogéneo. Cuanto mayor es la permeabilidad del acuífero superior, menores son los niveles hidráulicos y,por lo tanto, menor es la pendiente de la interfaz salina. La presencia de unos pocos metros de materiales altamente permeables (abanicos aluviales o evaporitas karstificadas) en las unidades estratigráficas superiores de los salares es suficiente para modificar la geometría regional de la zona de mezcla.

Se propone utilizar esta cartografía 3D como base para corregir los niveles piezométricos de agua dulce y de agua mezcla a niveles equivalentes de salmuera, con el fin de reducir el coste computacional de futuros modelos numéricos tridimensionales enfocados a la gestión de las aguas subterráneas de los salares.

Descargas

Los datos de descargas todavía no están disponibles.

Citas

Acosta, O., Custodio, E. 2008. Impactos ambientales de las extracciones de agua subterránea en el Salar del Huasco (norte de Chile). Bol. Geológico y Minero 119 (1), 33-50.

Custodio, E., 1992. Coastal aquifer salinization as a consequence of aridity: the case of Amurga phonolitic massif, Gran Canaria Island. Study and Modelling of Salt Water Intrusion. 12th SWIM-Salt Water Intrusion Meeting. CIMNE-UPC. Barcelona:81-98.

Custodio, E., Jódar, J., Herrera, C., Custodio-Ayala, J., Medina, A., 2018. Changes in groundwater reserves and radiocarbon and chloride content due to a wet period intercalated in an arid climate sequence in a large unconfined aquifer. Journal of Hydrology, 556: 427-437. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2017.11.035

Custodio-Ayala, J, Custodio E. 2001. Hidrogeoquímica isotópica del macizo fonolítico de Amurga (SE de la Isla de Gran Canaria). En A. Medina y J. Carrera (eds.), Las Caras del Agua Subterránea. Serie Hidrogeología y Aguas Subterráneas 1/2001. Instituto Geológico y Minero de España, Madrid, I: 461-468.

Dirección General de Aguas (DGA) 1977. Hidrogeología de la Región de Ojos de San Pedro, Proyecto CHI-535.

Duffy, C.J. y Al-Hassan, S., 1988. Groundwater circulation in a closed desert basin: topographic scaling and climatic forcing. Water Resources Research. 24 (10), 1675-1688. https://doi.org/10.1029/WR024i010p01675

Gamboa, C., Godfrey, L., Herrera, C., Custodio, E., Soler, A. 2019. The origin of solutes in groundwater in a hyper-arid environment: A chemical and multi- isotope approach in the Atacama Desert, Chile. Sci. Total Environ., 690:329-351. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.06.356 PMid:31299568

GeoHidrología Consultores Ltda., 2013. Segunda Actualización del Modelo de Flujo de Agua Subterránea en el Salar de Atacama, según RCA0226/2006.

Herrera C, Custodio E., 2014a. Origin of waters from small springs located at the northern coast of Chile, in the vicinity of Antofagasta. Andean Geology. 41(2): 314-341.

Herrera C, Custodio E., 2014b. Groundwater flow in a relatively old oceanic volcanic island: The Betancuria area, Fuerteventura Island, Canary Islands, Spain. Sci. Total Environ.. 496: 531-550. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2014.07.063 PMid:25108255

Herrera, C., Custodio, E., Chong, G., Lambán, L. J., Riquelme, R., Wilke, H., Lictevout, E. 2016. Groundwater flow in a closed basin with a saline shallow lake in a volcanic area: Laguna Tuyajto, northern Chilean Altiplano of the Andes. Sci. Total Environ.., 541: 303-318. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2015.09.060 PMid:26410705

Herrera, C., Gamboa, C., Custodio, E., Jordan, T., Godfrey, L., Jódar, J., Luque, J.A., Vargas, J., Sáez, A., 2018. Groundwater origin and recharge in the hyperarid Cordillera de la Costa, Atacama Desert, northern Chile. Sci. Total Environ. 624: 114-132. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.12.134 PMid:29248702

IDAEA-CSIC, 2017. Cuarta actualización del modelo hidrogeológico del Salar de Atacama. Acceso con permiso, Comisión Chilena de Energía Nuclear (CCHEN).

Jordan, T.E., Mpodozis, C., Muñoz, N., Blanco, N., Pananont, P. y Gardeweg, M., 2007. Cenozoic subsurface stratigraphy and structure of the Salar de Atacama Basin, northern Chile. Journal of South American Earth Sciences. 23, 122-146. https://doi.org/10.1016/j.jsames.2006.09.024

Lusczynski, N.J., 1961. Head and flow of ground water of variable density. Journal of Geophysical Research. 66, 4247-4256. https://doi.org/10.1029/JZ066i012p04247

Marazuela, M.A., Vázquez-Suñé, E.V., Custodio, E., Palma, T., García-Gil, A. y Ayora, C., 2018. 3D mapping, hydrodynamics and modelling of the freshwater- brine mixing zone in salt flats similar to the Salar de Atacama (Chile). Journal of Hydrology,561: 223-235 https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2018.04.010

Marazuela, M.A., Vázquez-Suñé, E.V., Ayora, C., García- Gil, A., Palma, T., 2019a. Hydrodynamics of salt flat basins: The Salar de Atacama example. Science of the Total Environment 651, 668-683. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.09.190 PMid:30245423

Marazuela, M.A., Vázquez-Suñé, E.V., Ayora, C., García-Gil, A., Palma, T., 2019b. The effect of brine pumping on the natural hydrodynamics of the Salar de Atacama: The damping capacity of salt flats. Science of the Total Environment, 654, 1118-1131. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.11.196 PMid:30841387

Marazuela, M.A., Vázquez-Suñé, E., Ayora, C., García-Gil, A., 2020a. Towards more sustainable brine extraction in salt flats: Learning from the Salar de Atacama. Sci. Total Environ. 703, 135605. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.135605 PMid:31767297

Marazuela, M.A., Ayora, C., Vázquez-Suñé, E., Olivella, S., García-Gil, A., 2020b. Hydrogeological constraints for the genesis of the extreme lithium enrichment in the Salar de Atacama (NE Chile): A thermohaline flow modelling approach. Sci. Total Environ. 739, 139959. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.139959 PMid:32758944

Muñoz-Pardo, J.F., Ortiz-Astete, C.A., Mardones-Pérez, L. y Vidts-Sabelle, P., 2004. Funcionamiento hidrogeológico del acuífero del núcleo del salar de Atacama, Chile. Ingeniería Hidráulica en México. 19(3), 69-81.

Ortiz, C., Aravena, R., Briones, E., Suárez, F., Tore, C., Muñoz, J.F., 2014. Sources of surface water for the Soncor ecosystem, Salar de Atacama basin, northern Chile. Hydrological Sciences Journal. 59(2), 336-350. https://doi.org/10.1080/02626667.2013.829231

Salas, J., Guimerà, J., Cornellà, O., Aravena, R., Guzmán, E., Tore, C., von Igel, W. y Moreno, R., 2010. Hidrogeología del sistema lagunar del margen este del Salar de Atacama (Chile). Boletín Geológico y Minero. 121 (4), 357-372.

Tejeda, I., Cienfuegos, R., Muñoz, J.F. y Durán, M., 2003. Numerical modeling of saline Intrusionin Salar de Atacama. Journal of Hydrologic Engineering. 8 (1), 25-34. Universidad de Chile, 2016. Estudio estructural Zona Marginal, sector oriente del Salar de Atacama. Informe técnico para la Sociedad Química y Minera de Chile S.A. (SQM). https://doi.org/10.1061/(ASCE)1084-0699(2003)8:1(25)

Urrutia,J., Herrera, C., Custodio, E., Jódar, J., Medina, A. 2019. Groundwater recharge and hydrodynamics of a complex volcanic aquifer with a shallow saline lake: Laguna Tuyajto, Andean Cordillera of northern Chile. Sci. Total Environ., (in press). https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.134116 PMid:32380610

Vásquez, C., Ortiz, C., Suárez, F. y Muñoz, J.F., 2013. Modeling flow and reactive transport to explain mineral zoning in the Atacama salt flat aquifer, Chile. Journal of Hydrology. 490, 114-125. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2013.03.028