ARTÍCULO
El viaje oculto del agua subterránea: una ladrona de minerales
Leopoldo Gómez-Sandoval y Ruth Esther Villanueva-Estrada
Resumen
El agua de lluvia que se infiltra en el subsuelo comienza un viaje oculto que la transforma en agua subterránea. Durante su trayecto bajo la superficie, atraviesa diversas capas de roca y minerales con los que interactúa químicamente para extraer ciertos elementos, como calcio, magnesio y sodio. Este proceso natural convierte al agua en una «ladrona» de minerales, al transportar estos elementos a lo largo de su recorrido. Para entender de dónde proviene el agua y cuánto tiempo ha viajado, es fundamental llevar a cabo un análisis químico en laboratorio, como la cromatografía iónica. Esta técnica permite conocer qué elementos están presentes en el agua subterránea y en qué concentración. A través de esta información se puede asignar un nombre específico al agua.
Palabras clave: Hidroquímica, interacción agua-roca, geoquímica ambiental, ciclo hidrológico subterráneo.
RECIBIDO: 04/11/2024; ACEPTADO: 19/03/2025; PUBLICADO: 31/08/2026
El viaje invisible del agua. ¿Cómo se enriquece el agua subterránea?
Muchas veces hemos visto caer la lluvia sobre los verdes cerros, mojando los árboles, el suelo y nuestras casas. Sin embargo, cuando el agua se infiltra en el suelo, comienza un largo camino invisible para nuestros ojos. Al infiltrarse en el subsuelo, pasa a llamarse agua subterránea.
En este viaje invisible por el subsuelo, el agua atraviesa distintos tipos de rocas, cada una con una composición mineral diferente. En su recorrido, interactúa con estos minerales, desencadenando una serie de reacciones químicas que liberan o incorporan elementos químicos de las rocas, por lo que el agua termina extrayendo estos elementos.
En otras palabras, el agua «roba» elementos químicos a los minerales presentes en las rocas y los transporta consigo durante su largo recorrido subterráneo, que puede culminar cuando el agua subterránea aflora en manantiales, ríos o cualquier otro cuerpo de agua superficial.
Cuantos más kilómetros recorra el agua por el subsuelo, más tiempo tendrá para extraer elementos químicos y enriquecerse con ellos. Este proceso de «robo» de elementos químicos que realiza el agua subterránea ocurre a través de diversos mecanismos conocidos como procesos hidrogeoquímicos, los cuales son producto de la interacción del agua con la roca. Uno de los más comunes es la disolución de minerales.
Un ejemplo claro de este proceso lo encontramos en nuestros hogares al preparar una taza de té: cuando agregamos azúcar, esta parece desaparecer, pero lo que en realidad sucede es que el azúcar se desintegra en partes muy pequeñas que no son visibles al ojo humano. Sin embargo, aunque no la veamos, el azúcar sigue presente en la taza de té, endulzando la bebida.
De manera similar, cuando el agua subterránea entra en contacto con los minerales de las rocas que encuentra a su paso, estos se incorporan al agua y están presentes en partes tan diminutas que resulta imposible verlas. No obstante, le confieren características químicas muy particulares al agua, generando diferentes tipos de agua.
La química del robo: aniones y cationes en el agua
Existen siete elementos y compuestos muy abundantes en el agua subterránea. Debido a sus características fisicoquímicas, a cuatro de ellos se les llama cationes: sodio, potasio, calcio y magnesio. A los otros tres se les llama aniones: sulfato, cloruro y bicarbonato.
Debido a su gran abundancia en el agua subterránea, estos aniones y cationes se conocen como elementos mayores del agua. De acuerdo con el anión y el catión que predominen en el agua subterránea, esta adquiere un nombre específico. El agua obtiene estos aniones y cationes de los minerales que encuentra a lo largo de su recorrido.
Por ejemplo, el olivino, un mineral con alto contenido de magnesio, libera parte de este elemento cuando el agua entra en contacto con él, generando agua magnésica. De manera similar, cuando el agua interactúa con el mineral albita, constituido principalmente por sodio, disuelve parte de este elemento, transformándose en agua sódica. Finalmente, si el agua entra en contacto con el mineral anortita, rico en calcio, generará agua cálcica.
Si el agua encuentra varios de estos minerales en su trayecto, el elemento que esté presente en mayor proporción definirá el tipo de agua y, por tanto, su nombre.
Para entenderlo mejor, pensemos en la preparación del té. Supongamos que para endulzar un litro de té agregamos seis cucharadas de azúcar morena, tres cucharadas de miel y una cucharada de piloncillo. Aunque hay varios endulzantes presentes, el azúcar morena está en mayor cantidad, siendo este el endulzante dominante.
De la misma manera, en el agua subterránea pueden estar presentes el magnesio, el calcio, el sodio y el potasio, pero habrá uno de esos cationes que se encuentre disuelto en mayor cantidad, al cual se le llamará catión dominante.
Lo mismo ocurre con los aniones: las aguas pueden clasificarse como bicarbonatadas, sulfatadas o cloruradas, dependiendo del anión que predomine. Las aguas sulfatadas pueden provenir de la disolución de minerales como el yeso y la anhidrita; las cloruradas, del mineral halita o de la interacción de fluidos profundos a altas temperaturas; y las aguas bicarbonatadas, de rocas carbonatadas o del dióxido de carbono que el agua de lluvia incorpora al suelo.
Cronometrando el saqueo. ¿Cuánto tiempo ha estado «robando» el agua?
El agua subterránea disuelve elementos químicos de las rocas todo el tiempo. Cuanto más tiempo fluye por el subsuelo, más tiempo tiene para «robar» estos aniones y cationes de los minerales. A la suma de todos estos elementos químicos que el agua va adquiriendo a lo largo de su recorrido se le llama salinidad o contenido de sólidos totales disueltos (STD).
Cuando el agua subterránea ha recorrido pocos kilómetros por el subsuelo, su salinidad o contenido de STD es muy bajo, ya que ha tenido poco tiempo para extraer elementos químicos de los minerales. También suele tener una temperatura baja (menor a 24 °C, aproximadamente, aunque puede variar según la región geográfica y las condiciones locales de temperatura), así como un pH ligeramente ácido (entre 5 y 6), muy similar al pH de la lluvia.
Al agua subterránea que presenta estas características se le conoce como agua de flujo reciente de infiltración. En este tipo de flujo, el agua ha tenido muy poco tiempo para disolver aniones y cationes de los minerales, más o menos unos cuantos días o semanas, por lo que tiene baja salinidad.
Debajo del flujo reciente de infiltración se encuentra el flujo intermedio, que se localiza a mayor profundidad. Debido a esto, tiene una temperatura más alta y mayor salinidad, ya que ha pasado más tiempo disolviendo minerales. Esto significa que ha tenido meses o años para utilizar diferentes procesos hidrogeoquímicos y extraer aniones y cationes de las rocas.
En la zona más profunda del subsuelo se encuentra el flujo profundo, que es el que tiene mayor salinidad de los tres tipos de flujo. Esto se debe a que esta agua subterránea ha pasado cientos o incluso miles de años interactuando con los minerales de las rocas. Este tipo de flujo de agua subterránea se encuentra a grandes profundidades y, por tanto, adquiere mayor temperatura que los otros dos tipos de flujo.
La elevada temperatura se debe a que el agua se encuentra en zonas con actividad volcánica o al gradiente geotérmico natural: mientras más profundo, más caliente. Este gradiente aumenta de 25 a 30 °C por cada kilómetro de profundidad en el subsuelo.
En algunos sitios, la temperatura de esta agua llega a ser tan elevada (mayor a 150 °C) a poca profundidad, que el vapor emitido por la ebullición del agua puede utilizarse para producir energía eléctrica, como es el caso del campo geotérmico Los Azufres (Michoacán) o Cerro Prieto (Baja California).
Para ilustrar cómo se encuentran distribuidos estos flujos en el subsuelo, imaginemos una gelatina de tres sabores en un vaso de cristal: fresa (al fondo del vaso), piña (en la parte media del vaso) y mora azul (en la parte superior).
La gelatina de fresa representa el flujo de circulación profunda, y su color rojo simboliza la alta temperatura que puede alcanzar esta agua; la gelatina de piña representa el flujo intermedio, y su color indica que el agua es cálida. La gelatina de mora azul representa el flujo de reciente infiltración, y su color simboliza el agua fría que acaba de ser incorporada por la lluvia al subsuelo.
Ya mencionamos que el subsuelo es más caliente a mayores profundidades y que eso también modifica la temperatura del agua. Sin embargo, la profundidad también modifica el tipo de anión dominante del agua.
En los flujos de reciente infiltración, donde acaba de infiltrarse el agua de lluvia (zonas de recarga), es común que el anión dominante sea el bicarbonato, por lo que se considera un agua joven. En los flujos intermedios es común encontrar sulfato, mientras que en los flujos profundos podemos encontrar agua clorurada. Esta agua se considera agua vieja. La siguiente imagen describe las características de cada tipo de flujo.
¿Cuánto ha robado el agua? Técnicas de laboratorio para analizar su botín
Como hemos visto, el agua extrae diversos elementos de las rocas a lo largo de su recorrido. Para determinar con precisión qué elementos ha estado «robando», es necesario llevar a cabo un análisis químico del agua en el laboratorio.
Una de las técnicas más empleadas para conocer esto es la cromatografía iónica. Este método se lleva a cabo en un equipo especializado al que se introduce una pequeña muestra de agua. El equipo identifica los aniones y cationes tomando en cuenta principalmente su tamaño y carga eléctrica, lo que permite cuantificar su concentración. Esta técnica nos ayuda a entender qué elementos químicos ha extraído el agua de las rocas durante su trayecto subterráneo y conocer el anión y el catión dominante, para otorgarle un nombre al agua.
Por ejemplo, si el anión dominante es el bicarbonato y el catión dominante es el magnesio, se le llamará agua bicarbonatada magnésica. Otros ejemplos incluyen agua sulfatada sódica o agua clorurada cálcica, y pueden formarse diversas combinaciones dependiendo de los aniones y cationes dominantes.
Una herramienta muy útil para visualizar y clasificar el tipo de agua consiste en emplear algunos diagramas hidrogeoquímicos. El más utilizado es el diagrama de Piper, que emplea la proporción de aniones y cationes y los representa en diagramas triangulares para identificar el tipo de agua.
Leopoldo Gómez-Sandoval. Estudiante del Posgrado Institucional de Doctorado en Ciencias Biológicas con opción en Recursos Bióticos, Instituto de Investigaciones sobre los Recursos Naturales, Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo. Morelia, Michoacán. leopoldo.gomez@umich.mx
Ruth Esther Villanueva-Estrada. Investigadora del Instituto de Geofísica, Unidad Michoacán, Universidad Nacional Autónoma de México, Campus Morelia, México. ruth@igeofisica.unam.mx
Agua y SIG. (17 de octubre de 2024). Los diagramas más usados para la interpretación de análisis hidroquímicos. Obtenido de https://aguaysig.com/los-diagramas-mas-usados-para-la-interpretacion-de-analisis-hidroquimicos/
Toth, J. (2000). Las aguas subterráneas como agente geológico: causas, procesos y manifestaciones. Boletín Geológico Minero, 111(4), 9-26. https://web.igme.es/boletin/2000/111_4/BGM_111-4_Art-1.pdf
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