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Hidrología isotópica

¿Qué es la hidrología isotópica?

El agua consta de isótopos del hidrógeno y del oxígeno, distribuidos por todo el ciclo hidrológico. A lo largo de su recorrido, cada gota de agua produce pequeñas, pero importantes modificaciones mensurables en la abundancia relativa de los distintos isótopos. En entornos distintos, el agua desarrolla “marcas isotópicas” características que permiten identificarla claramente. Es posible rastrear el origen del agua o estimar su edad en el sistema hidrológico.

Caricatura que ilustra los procesos clave que gobiernan la composición isotópica del vapor de agua atmosférico. Las flechas azules indican procesos que tienden a agotar isotópicamente el vapor de agua, y las flechas rojas indican procesos que tienden a enriquecer isotópicamente el vapor de agua.

Mediante las técnicas isotópicas se puede determinar el origen, la edad y la tasa de renovación de las aguas subterráneas, y si estas corren peligro de contaminación. Con estas técnicas también se pueden elaborar de manera rápida y fiable mapas de los recursos de aguas subterráneas no renovables, que en su mayoría son acuíferos transfronterizos.Los isótopos como el kriptón 81 se utilizan para datar acuíferos subterráneos profundos y muy antiguos.

Las técnicas isotópicas ayudan a comprender el movimiento de las aguas superficiales y la interacción con las aguas subterráneas, las fugas de presas y los efectos del cambio climático en el aprovechamiento y la gestión de los recursos hídricos.

Una de las formas en que los científicos pueden medir la composición isotópica del carbono inorgánico disuelto en el agua es mediante la espectrometría de absorción con láser. Como su nombre lo indica, un instrumento láser es ajustado con precisión para determinar las concentraciones de 13C y 12C en una muestra de ensayo de CO₂ preparada.

Mediante el uso de un dispositivo de muestreo automático se logra una mayor eficacia del proceso de medición por espectrometría de absorción con láser de los isótopos estables del agua. Los procesos automáticos no solo permiten a los científicos ahorrar tiempo y esfuerzos, sino que también garantizan una mayor coherencia de procedimiento en el caso de técnicas muy sensibles.

Con el tiempo se compilan los resultados reunidos de todas las regiones del mundo para convertirlos en un modelo mundial, en este caso derivado de los datos relativos al oxígeno 18. Además de mostrar las pautas de las precipitaciones a escala mundial, lo que permite a los encargados de la adopción de decisiones disponer de más información, estos amplios modelos predictivos constituyen un instrumento inestimable para la gestión de los recursos hídricos.

Fuente: Boletín del OIEA, 54-4, diciembre de 2013 

Clasificación de la Hidrología isotópica

La hidrología Isotópica puede dividirse dos ramas, la Hidrología Isotópica Ambiental e Hidrología Isotópica Artificial (Bradley et al, 1972).

Hidrología Isotópica Ambiental

La Hidrología Isotópica Ambiental toma como base las regularidades geoquímicas que presentan los isótopos en las aguas superficiales y subterráneas debido a los procesos naturales. El empleo de estos isótopos se basa en la observación e interpretación de sus variaciones en la naturaleza y la aplicación de esos conocimientos en los problemas hidrológicos.

La Hidrología Isotópica Ambiental puede utilizar tanto los isótopos estables como los radioisótopos. Los isótopos estables utilizados para los propósitos hidrológicos son: 1H y 2H (D); 12C y 13C; 16O y 18O, 14N y 15N y 32S y 34S. Los isótopos ambientales radiactivos son: 3H (T); 14C y 32Si.


La relación de los isótopos estables de los compuestos naturales puede cambiar como consecuencia de su evolución histórica y de los procesos del medio ambiente en que dichos compuestos han participado. Los isótopos ambientales radiactivos que se encuentran en la naturaleza, han sido producidos por interacción de las radiaciones cósmicas con la atmósfera y por el hombre mediante explosiones nucleares. Estos últimos se dispersan por la atmósfera e intervienen en el ciclo hidrológico a través de las precipitaciones, siendo entonces regulados por los procesos naturales.

Fuente: Hidrogeoquímica e Hidrología isotópica J.R. Fagundo Castillo

Hidrología Isotópica Artificial

La Hidrología Isotópica Artificial hace uso de los isótopos radiactivos artificiales mediante su inyección en un punto definido del sistema investigado y el seguimiento de la evolución de su concentración en el tiempo y el espacio de la cuenca o acuífero. Mediante estas técnicas se puede obtener una buena descripción del sistema hidrológico estudiado.

Los isótopos artificiales pueden ser medidos en concentraciones extremadamente bajas en los laboratorios especializados y en ocasiones “in situ”, lo cual permite diseñar experimentos de campo convenientes y eficientes, ya sea tomando la muestra en el terreno y haciendo los análisis en el laboratorio o midiendo el contenido isotópico en el propio campo. Sin embargo, el uso de los radioisótopos puede producir un peligro a la salud, por lo cual, debido a las medidas de cuidado a tomar se incrementa el costo de los equipos.

Los radioisótopos artificiales suelen utilizarse como trazadores radiactivos. La selección del isótopo radiactivo depende del carácter del problema. En general se deben tomar en consideración los siguientes aspectos: el isótopo debe tener una vida comparable con la presunta duración de las observaciones. Una vida innecesariamente mayor puede producir un peligro a la salud persistente e interferir en la repetición de los experimentos; los isótopos no deben ser  adsorbidos por los componentes orgánicos y minerales del acuífero. Siempre que se pueda se deben hacer las mediciones en el campo, por lo cual la emisión de partículas γ son las más comúnmente utilizadas. Los isótopos deben ser disponibles cuando y donde se requieran a un costo razonable. Los isótopos más utilizados se relacionan a continuación:

Isótopo Forma química Vida media Máximo permisible en agua (µCi/ml) 

Mínima cantidad  determinada  en agua (µCi/ml)

3H H2O 12.6 a 3.10-3 10-6 (300 U.T.)
24Na Na2CO3 15.0 d 2.10-4 10-8
51Cr

Cr-EDTA  CrCl3

27.8 d 2.10-3 8.10-7
58Co Co-EDTA  K3[Co(CN)6] 71.0 d 10-4 6.10-8
82Br NH4Br 35.7 d 3.10-4 2.10-8
110Ag K[Ag(CN)6] 249.0 d 3.10-5 2.10-8
131I KI 8.1 d 2.10-6 8.10-8
189Au AuCl3 64.8 h 5.10-5 10-7

Estos isótopos artificiales se emplean para determinar características locales de los acuíferos. Las aplicaciones más comunes son: características físicas de los acuíferos como la porosidad, trasmisividad y dispersividad, también nos permite determinar la dirección y velocidad del flujo de aguas subterráneas y la estratificación de acuíferos.

Fuente: Hidrogeoquímica e Hidrología isotópica J.R. Fagundo Castillo

Proyecto Acuífero Guaraní

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