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Hidrología isotópica

Las técnicas isotópicas permiten a los científicos comprender los componentes del ciclo del agua, lo que les ayuda a evaluar mejor la cantidad, la calidad y la sostenibilidad del agua.

El agua subterránea es el componente más desconocido del ciclo del agua. Se emplean isótopos naturales como trazadores para averiguar si hay recarga del agua subterránea, de dónde procede, cómo se desplaza por debajo de la superficie terrestre y si es vulnerable a la contaminación y a los cambios de las condiciones climáticas.

El agua procedente de distintos lugares tiene una firma isotópica distinta o una “huella” única. Con estas huellas es posible rastrear el movimiento del agua por todo el ciclo, desde la evaporación, la precipitación y la infiltración hasta la escorrentía y la evapotranspiración, así como el posterior regreso al océano o la atmósfera y la repetición del ciclo.

El hidrógeno, está formado únicamente por un tipo de átomo que, a su vez, presenta distintas variedades. Esas variedades de átomos reciben el nombre de isótopos. Todos ellos tienen las mismas características químicas y el mismo número de protones y electrones. Lo único que los diferencia es el número de neutrones. Esta distinción hace que difiera el peso de cada isótopo, lo que resulta esencial para los estudios hidrológicos.

La hidrología isotópica utiliza tanto isótopos estables como inestables. Los isótopos estables no son radiactivos, y los isótopos inestables son radiactivos.

Cada molécula de agua (H2O) está formada por dos átomos de hidrógeno (H) y uno de oxígeno (O). Esta molécula no siempre es iguales, pueden estar compuestas por diferentes isotopos de H y O: unos isótopos son más ligeros y otros más pesados. Se utilizan equipos analíticos de gran precisión para medir estas pequeñas diferencias de peso en las muestras de agua.

Cuando el agua cae en la tierra, llena lagos, ríos y acuíferos. Al medir las relaciones entre los isótopos pesados y los ligeros en estas masas de agua, se pueden descifrar el origen y el movimiento del agua.

La edad del agua subterránea

Los isótopos son el instrumento más eficaz y poderoso disponible para estimar la edad, la vulnerabilidad y la sostenibilidad de los recursos hídricos. En hidrología, se utilizan algunos radioisótopos naturales presentes en el agua, tales como el tritio (3H), el carbono 14 (14C) y radioisótopos de gases nobles, para estimar la edad del agua subterránea, que puede ir de unos pocos meses hasta millones de años.

Dado que estos isótopos decaen con el paso del tiempo, su abundancia disminuye a medida que pasan los años. Cuanto más altos son los niveles, más joven es el agua, y cuanto más bajos, más antigua. Por ejemplo, el agua subterránea con cantidades detectables de tritio puede llegar hasta los 60 años aproximadamente, mientras que si no contiene este isótopo ha de ser más antigua. Mientras el tritio se emplea para datar el agua subterránea que acaba de recargarse, es decir, que no supera los 60 años de edad, el carbono 14 se utiliza para aguas de hasta 40 000 años de antigüedad y el kriptón 81, para aquellas que pueden alcanzar un millón de años.

La calidad del agua

Los contaminantes en las aguas superficiales y subterráneas proceden de diversas fuentes, tales como la agricultura, la industria o los excrementos humanos, o pueden estar presentes de forma natural debido a procesos geoquímicos que se dan en los acuíferos. La agricultura, la industria y los hogares producen distintos tipos de contaminantes. Mediante el estudio de la composición química e isotópica del contaminante, es posible  determinar su origen.

Por ejemplo, el ion nitrato (NO3), compuesto de nitrógeno y oxígeno, es un contaminante común. El nitrógeno tiene dos isótopos estables de distinto peso. Esta diferencia de peso no es la misma en los excrementos humanos y en los fertilizantes. Estos últimos utilizan el nitrógeno del aire, mientras que las personas y los animales llevan a cabo un proceso biológico que trasforma el nitrógeno en formas distintas. Por lo tanto, es posible identificar los contaminantes derivados de distintas fuentes sobre la base de esas diferencias de peso entre isótopos.

El OIEA presta apoyo a científicos de todo el mundo mediante el fomento de técnicas isotópicas y la transferencia del conocimiento científico a profesionales de la hidrología locales [1].  

Como ejemplo podemos mencionar el proyecto Guaraní, el cual usa hidrología isotópica, para determinar la edad, el origen y la evolución del agua subterránea, así como su calidad y el riesgo de contaminación.

El acuífero se extiende a lo largo de 1,2 millones de kilómetros cuadrados, con reservas de más de 37 000 kilómetros cúbicos de agua dulce en sus poros y fisuras de arenisca cuya antigüedad se remonta a entre 200 y 130 millones de años, es una fuente de agua potable y de abastecimiento para la industria, la irrigación agrícola y el turismo de aguas termales de la región.

Las consecuencias de la sobreexplotación y la contaminación ponen en peligro las fuentes locales de abastecimiento de agua a causa de las deficientes condiciones sanitarias, que, a medio plazo, pueden derivar en un desequilibrio ecológico, por ejemplo, a causa de la proliferación bacteriana en los pozos que no se regulan adecuadamente durante su perforación,  Hasta hace poco tiempo, Brasil, Argentina, Uruguay y Paragua carecían de la información que necesitaban para comprender los efectos de la civilización en el acuífero y la forma de protegerlo mejor y de utilizarlo de manera sostenible. En consecuencia, desarrollaron conjuntamente el Proyecto para la Protección Ambiental y Desarrollo Sostenible del Sistema Acuífero Guaraní, también conocido como Proyecto Guaraní [2].

[1] https://www.iaea.org/es/newscenter/news/panorama-de-la-hidrologia-isotopica

[2] www.iaea.org/bulletin.  Marzo de 2015 

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