Centro Nacional de Termalismo Víctor Santamarina · De modo especial dedico este trabajo a dos ......

Centro Nacional de Termalismo "Víctor Santamarina"

Tesis en Opción al Grado de Maestro en Ciencias del Agua

Título : HIDROGEOQUÍMICA DEL SISTEMA HIDROTERMAL "SAN DIEGO DE LOS BAÑOS - BERMEJALES", PINAR DEL RÍO.

Autor: Lic. Luis Sánchez Rodríguez. Tutor: Dr. Sci. Juan Reynerio Fagundo Castillo.

Ciudad de La Habana. Julio 2000 Cuba

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DEDICATORIA:

Dedico esta tesis a mis padres y hermano que siempre me han instado a seguir adelante. A mis hijos, que siempre esperan lo mejor de mi. A un gran amigo que me estimula a continuar mi preparación científica. De modo especial dedico este trabajo a dos personalidades del Termalismo Moderno Cubano al Dr. Armando Alvarez Nodarse y al Cmdte Jesús Montane Oropesa. Recientemente fallecidos pero siempre presentes.



AGRADECIMIENTOS En esta ocasión quiero reconocer la valiosa ayuda prestada por mi tutor y amigo el Dr. Juan R. Fagundo Castillo, quien con su profunda intuición científica y su ánimo característico supo encaminar este trabajo hasta su feliz culminación. También es un deber agradecer al conjunto de profesores de la Maestría de la Ciencia del agua que durante dos años impartieron magistralmente la docencia de estos cursos en el CNIC. A los colegas del Centro, en especial al Dr. Juan Romero Sánchez, quien descubrió en mi, hace muchos años un “químico termalista”, a la MsC. Ana Ma. Moreno Cao, compañera de cursos y amiga de siempre, a la Lic. Clara Mélian Rodríguez, Lic. Margaret Súarez, MsC. Patricia González a Bárbara Iglesias y a todos los que de una manera u otra me tendieron la mano en esta labor. A los Drs. Abelardo Ramírez Márquez en su condición de Coordinador del Grupo Nacional de Termalismo y Uvelino Moreno como asesor de esta actividad por el MINSAP; asi como a nuestro Director del Centro, el Dr. Alejandro Cima Pérez, también quiero agradecer el apoyo recibido para la realización de este trabajo. A Santiago de Prensa Latina y a Emilia, del grupo de Redacción del Palacio de las Convenciones por su ayuda en la edición. A mi amigo Ing. Pelaez, que realizó tan magnifica labor en la zona de San Diego- Bermejales y sus colaboradores. A todos, muchas gracias



RESUMEN

A partir de los datos hidroquímicos obtenidos durante los trabajos de búsqueda y exploración detallada realizadas en el sistema hidrotermal San Diego de los Baños-Bermejales (Peláez et al, 1990), se identifican los proceso geoquímicos que tienen lugar en esa región. El modo de adquisición de la composición química es explicado mediante un modelo geoquímico que establece procesos de disolución de minerales (calcita, dolomita y minerales silícicos), oxidación de piritas con reducción parcial de sulfatos, así como mezclas de aguas de diferentes orígenes.

El balance de masas se utiliza para estudiar el origen de la composición química de las especies existentes, en relación con la litología de la región. También se expone el análisis histórico de la composición química de los manatiales de San Diego de los Baños, y se complementa esta información con análisis recientes efectuados en este balneario mediente técnicas de avanzada como son el I:C:P: y el I:C:P:-M.S., y técnicas de análisis “in situ”de parámetros físico- químicos inestables.



CONTENIDO DE LA TESIS:

RESUMEN

1. Introducción

2. Fundamentos Teóricos y revisión Bibliográfica. 2.1 Conceptos y definiciones 2.1.1 Aguas minerales y mineromedicinales 2.1.2 Estructura y peculiaridades de las aguas minerales 2.1.3 Clasificación de las aguas MInerales 2.1.4 Clasificación por su génesis 2.2 Clasificación hidroquímica 2.2.1 Clasificaciones de las aguas mineromedicinales por su composición 2.2.2 Clasificación por su temperatura 2.3 Factores que determinan la composición química de las aguas 2.3.1 Factores geológicos, hidrogeológicos, climáticos y ambientales. 2.3.2 Factores químico-fisicos 2.4 Principios químico-fisicos que determinan la composición química de las aguas

minerales 2.5.1 Disolución congruente e incongruente de los minerales 2.5.2 El pH del agua 2.5.3 Equilibrio de los carbonatos 2.5.4 Efecto de ion común y efecto salino 2.5.5 Procesos de oxidación –reducción 2.5.6 Adsorción e intercambio iónico 2.5.7 Disolución de los minerales por efecto de mezcla de aguas 2.5.8 Patrones hidrogeoquímicos y control de la composición química de las aguas

minerales 2.6 Variación espacial y temporal de la composición química de las aguas minerales 2.7 Análisis químico de las aguas minerales 2.8 Representación gráfica de la composición química de las aguas minerales

3. Materiales y métodos 3.1 Marco geográfico, geológico e hidrogeológico 3.2 Inventario de puntos de muestreo 3.3 Métodos analíticos 3.4 Procesamiento y representación de los datos

4. Resultados y discusión 4.1 Resultados analíticos 4.1.1 Análisis histórico de la composición química de los manantiales 4.1.2 Análisis reciente de las aguas minerales de San Diego de los Baños.



4.2 Caracterización químico-fisica de las aguas del sistema termal San Diego de los Baños-Bermejales a partir de la información hidroquímica del Informe Geológico de 1990.

4.2.1 Variación espacial de la composición química de las aguas 4.2.1.1 Manantiales y pozos 4.2.2 Variación temporal de la composición química de las aguas 4.3 Procesos geoquímicos y origen de la composición química del sistema

Hidrotermal San Diego de los Baños-Bermejales. 4.3.1 Reconocimiento de patrones hidrogeoquímicos 4.3.2 Balance de masa 4.3.2.1 Procesos de disolución –precipitación de minerales y de oxidación –reducción 4.3.2.2 Procesos de mezcla de aguas. 4.3.2.3 Procesos de adquisición de la composición química de los manantiales del

sistema hidrotermal San Diego de los Baños- Bermejales. 4.4 Consideraciones prácticas del estudio teórico de las mezclas de agua en el

sistema hidrotermal San Diego de los baños –Bermejales. 4.5 Modelo geoquímico

Conclusiones Recomendaciones Bibliografía Anexos



Capítulo 1.

INTRODUCCION

Las aguas minerales han sido utilizadas como bebida y con fines terapéuticos desde edades muy remotas, aunque durante muchos años su empleo tenía un carácter empírico y en algunos casos, estaba asociado a prácticas de hechicería. Sin embargo, con el desarrollo de la ciencia, se fueron conociendo las propiedades curativas y de beneficio a la salud en general que dichas aguas poseían, ya bien por la acción terapéutica de sus componentes químicos y biológicos en forma aislada, como por los efectos sinergéticos que poseen en su conjunto.

Hoy día se concede gran importancia no sólo al conocimiento de las propiedades químico físicas y a la acción farmacológica de los diferentes componentes presentes en las aguas minerales, sino también a los mecanismos de acción de las mismas a través de diferentes vías (oral, inhalatoria o tópica), a los métodos y procedimientos de aplicación y a las condiciones propias de los centros balneológicos, incluyendo los centros SPA, diseñados más bien para personas sanas que aspiran a una mejor calidad de vida que para el tratamiento de enfermos. Además de las propiedades propiamente beneficiosas de las aguas, se suma al tratamiento tanto en los balnearios tradicionales como los centros SPA, las condiciones ambientales y relajantes favorables, tales como el paisaje, el clima, la alimentación y el descanso.

En los años más recientes se ha utilizado el término de Termalismo para integrar el conocimiento y los procedimientos de aplicación de los recursos de aguas minerales y fangos medicinales (peloides) para fines terapéuticos, incluyendo la Balneoterapia y la Talasoterapia que se ocupan de las aguas procedentes de las fuentes termales y los mares respectivamente.

Cuba cuenta con una gran cantidad y variedad de yacimientos de aguas minerales y peloides, en virtud de las condiciones específicas de cada ecosistema físico-geográfico, los microorganismos presentes y del clima tropical del país. En ese medio se originan elementos, sustancias, nutrientes y productos bioquímicos de acción terapéutica, beneficiosos para la cura de determinadas afecciones y enfermedades.

La acción beneficiosa de las aguas y peloides de los balnearios del país se conoce desde hace muchos años de manera empírica. Existen anécdotas con relación a la cura de lesiones de esclavos en fuentes de aguas mineromedicinales, y se reporta que ilustres figuras de nuestra intelectualidad criolla recibieron, durante el período colonial, tratamientos exitosos que permitieron la cura de determinadas enfermedades. No es hasta después de la creación del Instituto de Hidrología y Climatología Médicas en el año 1945 y bajo la dirección del Dr Víctor Santamarina, que se comenzaron a hacer investigaciones científicas encaminadas a dilucidar los mecanismos y los efectos que determinan las causa de tales curas; así como a establecer las prácticas terapéuticas adecuadas Para ello se desarrollaron en aquel Centro investigaciones científicas de carácter multidisciplinario, dirigidas por eminentes especialistas en los campos de la



Medicina, la Química, la Geología, la Hidrología, la Climatología y otras disciplinas de la ciencia.

Los trabajos más importantes de esta época aparecen publicados en Anales del Instituto de Hidrología y Climatología Médicas, revista especializada que dejó de editarse al desaparecer dicho Centro.

A pesar de que con la creación de ese Instituto, se comenzaron a desarrollar en Cuba investigaciones encaminadas a la caracterización de los recursos termales y a su aplicación con fines terapéuticos, esta actividad quedó relegada en la década del 60 debido, entre otras causas, a la influencia de las corrientes occidentales imperantes con relación a la medicina convencional. En años más recientes, debido a la escasez de recursos como consecuencia del período especial, la denominada medicina natural ha cobrado fuerzas y en particular, las investigaciones relacionadas con las aguas y peloides, especialmente, después de la creación del Grupo Nacional de Termalismo (GNT).

El GNT, desde su creación en 1991 ha desarrollado un papel importante en la coordinación y dirección de las tareas que desde entonces, con gran entusiasmo y eficiencia, se han llevado a cabo por diferentes organismos del país. Como resultado culminante de esta labor, fue creado el Centro Nacional de Termalismo “Víctor Santamarina” (CENTERVISA), perteneciente al Ministerio de Salud Pública (MINSAP), el cual tiene entre sus objetivos la dirección de las investigaciones multidisciplinarias, que actualmente se vienen desarrollando por muchos especialistas e instituciones del país, tales como el Instituto Nacional de Higiene y Epidemiología (INHEM), hospitales e instalaciones balneológicas del MINSAP; el Instituto de Geología y Paleontología (IGP), el laboratorio Central de Minerales José Isaac del Corral (LACEMI) y la Oficina Nacional de Recursos Minerales del Ministerio de Industria Básica (MINBAS); el Centro Nacional de Investigaciones Científicas (CNIC) del Ministerio de Educación Superior (MES); los Institutos de Oceanología (IO), Geografía Tropical (IGT), el Centro de Estudios Aplicados al Desarrollo de la Energía Nuclear (CEADEN), Centro de Protección e Higiene de las Radiaciones (CPHR), Instituto de Geofísica y Astronomía (IGA) del Ministerio de Ciencias, Tecnología y Medio Ambiente (CITMA); Oficina Nacional de Normalización (ONN); Instituto Nacional de Recursos Hidráulicos (INRH) y otros.

El Centro Nacional de Termalismo es el encargado de dirigir metodológicamente esta labor científica con relación a los recursos de aguas y peloides, introducir los resultados de estas investigaciones en la práctica. Para los fines antes señalados, el Centro Nacional de Termalismo propuso el proyecto de investigación denominado: “Caracterización y evaluación de las propiedades de los yacimientos de aguas minerales y peloides de Cuba”, el cual fue aprobado por el Ministerio de Ciencia Tecnología y Medio Ambiente (CITMA) en el marco del Programa Ramal del MINSAP “Medicina Tradicional y Natural”.

Como parte de este proyecto se ejecutó esta tesis, cuyas hipótesis de partida son las siguientes:



- Las aguas mineromedicinales de los yacimientos de San Diego de los Baños y Bermejales constituyen un sistema termal. Las diferencias en la composición iónica y el contenido de gases disueltos de las aguas de este sistema están relacionadas con la litología, el tiempo de contacto con las rocas, la profundidad de descenso y velocidad de ascenso, así como de mezclas con aguas menos profundas.

- La composición química de esta agua puede expresarse mediante apropiados diagramas hidroquímicos, su variabilidad en el tiempo debe ser despreciable.

- Las aguas de los manantiales deben encontrarse en equilibrio termodinámico con la mayoría de los minerales presentes en el terreno por donde ha realizado su recorrido. Este equilibrio se deben mantener hasta los puntos de emergencia, pues en estos sitios los gases disueltos se escapan a la atmósfera debido a la diferencia de temperatura y presión de vapor, provocando recombinaciones iónicas y cambios en las propiedades químico-físicas de las aguas.

- Como consecuencia de lo antes expuesto, los análisis químicos de un conjunto de los componentes y las propiedades físicas de este tipo de agua debe realizarse en el propio terreno o preservarse adecuadamente y realizarse los análisis en el tiempo más breve posible después de tomada la muestra. En ocasiones, las diferencias de la composición química observada en el tiempo se deben a este tipo de errores analíticos y no a variaciones temporales debido a afectos hidrológicos.

- Las aguas del sistema termal San Diego de los Baños- Bermejales adquieren su composición mediante un complejo sistema de procesos geoquímicos, donde intervienen reacciones de disolución y precipitación de minerales, de oxidación-reducción y de mezclas de aguas. Estos procesos pueden ser evaluados mediante métodos de balance iónico

En concordancia con estas hipótesis básicas, se trazaron los siguientes objetivos: - Realizar una revisión bibliográfica relacionada con los procesos que controlan el

modo en que las aguas minerales adquieren su composición química y trabajos de tipo hidrogeológicos e hidrogeoquímicos efectuados en la región San Diego de los Baños-Bermejales.

- Hacer una recopilación y revisión de los resultados analíticos históricos efectuados a los manantiales del área de yacimientos, con vista a determinar similitudes y diferencias debido a la utilización de técnicas analíticas diversas, así como estudiar la estabilidad de estas fuentes

- Tomando como base el Informe de Búsqueda Detallada y Exploración Orientativa realizado en esta región por el Ing. Peláez y colaboradores en 1990, se propone una interpretación hidroquímica de sus resultados, utilizando métodos novedosos de procesamiento de datos y representación de diagramas adecuados.

- Establecer los procesos geoquímicos que controlan la composición de este sistema hidrotermal.



Capítulo 2.

2. FUNDAMENTOS TEORICOS Y REVISION BIBLIOGRAFICA

2.1. CONCEPTOS Y DEFINICIONES La Hidrología es la disciplina de la ciencia que estudia las aguas en su más amplio concepto. Cuando las mismas se utilizan con fines terapéuticos, entonces son objeto de estudio de otras disciplinas relacionadas: la Hidrología Médica, la Hidroterapia y la Talasoterapia (Armijo-Valenzuela y San Martín, 1994).

La Hidrología se subdivide a su vez atendiendo a diferentes criterios, siendo la más simple de las divisiones la que comprende la Hidrología Superficial y la Hidrología Subterránea o Hidrogeología, según se ocupe del estudio de las aguas superficiales o subterráneas respectivamente.

La Hidrogeología estudia las características de las aguas que se mueven por las oquedades (poros, fisuras y cavernas) de las rocas. La ocurrencia de las aguas está asociada a las formaciones geológicas más o menos permeables conocidas como acuíferos, y su movimiento depende de las propiedades físicas de las rocas que lo componen. Este movimiento puede expresarse en términos de retención y rendimiento de agua (Keith Todd, 1970).

Algunos materiales como la arcilla, constituyen formaciones impermeables que pueden contener agua, pero son incapaces de trasmitir cantidades significativas de la misma. Existen otras formaciones prácticamente impermeables que no contienen ni trasmiten agua, como por ejemplo el granito.

La porosidad de un suelo o roca es una medida del contenido de espacios vacíos en relación con el volumen total. La misma depende del tipo de roca. La porosidad original se debe a los procesos geológicos primitivos de las rocas ígneas y sedimentarias. Otros poros denominados secundarios, se han originado con posterioridad a la formación de la roca por agrietamiento, fisuración o disolución química. Atendiendo a su tamaño, estos



poros o grietas pueden ser de dimensiones capilares o más grandes, pueden encontrarse aislados o constituyendo redes conectadas a través de conductos.

El 90 por ciento de los acuíferos aprovechables consisten en rocas no consolidadas, principalmente grava y arena. Las areniscas y conglomerados son formas cementadas de arena y grava, y por esa razón su permeabilidad y rendimiento han sido reducidos por el cemento. Los mejores acuíferos en areniscas son aquellos que se encuentran sólo parcialmente cementados. Los conglomerados poseen una distribución limitada y no son de gran importancia como acuíferos.

Las rocas cristalinas y metamórficas son prácticamente impermeables, por lo que no presentan propiedades acuíferas importantes. Los suelos arcillosos tampoco presentan estas propiedades, debido a su capacidad para retener y no trasmitir el agua.

Las propiedades acuíferas de las calizas dependen de la densidad, porosidad y permeabilidad de estas rocas. Los acuíferos más importantes desarrollados en este tipo de medio, se caracterizan por presentar una apreciable porción de roca que ha sido disuelta o removida. Las oquedades dentro de las rocas pueden variar desde tamaños microscópicos hasta grandes cavernas, especialmente las de tipo carbonatadas por ser solubles y susceptibles de disolución química. Menos frecuentemente se originan acuíferos importantes en el yeso y otras rocas solubles.

En el proceso de disolución del carbonato de calcio (CaCO3) juega un importante papel el dióxido de carbono (CO2) originado en el suelo mediante los procesos microbiológicos de descomposición de la materia orgánica. En este tipo de acuífero el agua circulante tiende a incrementar la permeabilidad al aumentar el espacio poroso y las grietas. Por lo general, en los terrenos calcáreos desarrollados recientemente, el drenaje subterráneo es abundante y se crean grandes embalses de aguas subterráneas.

2.1.1. AGUAS MINERALES Y MINEROMEDICINALES Dentro de las aguas naturales deben destacarse las denominadas aguas minerales. Se distinguen del resto de las aguas naturales en que poseen prácticamente invariables su caudal, temperatura y composición química y bacteriológica. Cuando presentan reconocida acción terapéutica estas aguas se denominan mineromedicinales.

La Hidrología Médica se ocupa de las características y aplicación terapéutica de las aguas minero medicinales; la Hidroterapia estudia las aplicaciones tópicas del agua potable (no mineral) con fines terapéuticos, mientras que la Talasoterapia se ocupa de las aguas marinas con fines terapéuticos.

La Hidrología Medica como tal se ocupa de la acción de las aguas mineromedicinales en toda su amplitud. Esta denominación es utilizada preferiblemente en los países mediterráneos y latinoamericanos, siendo más frecuente en Francia la denominación de Crenoterapia (el prefijo creno significa fuente o manantial), y en Alemania, Austria y los países bajos la de Balneoterapia.



Otro aspecto que debe quedar bien establecido es el concerniente a los conceptos y denominaciones de las aguas naturales y sus diferentes variantes (aguas minerales, mineromedicinales, potables, etc.). Atendiendo a su utilización se distinguen dos tipos: aguas potables o de consumo público y aguas minerales o mineromedicinales, utilizadas como agente terapéutico o con fines industriales.

Las aguas potables se utilizan para beber y pueden tener función nutritiva. No deben contener gérmenes patógenos, deben ser incoloras e inodoras y poseer temperaturas relativamente bajas y contenido de minerales disueltos por debajo de los máximos establecidos en la norma correspondiente (NC 93-02: 1985). Pueden considerarse dos tipos: directamente potables, que son aquellas cuyas condiciones físicas, químicas, y microbiológicas no sobrepasan ninguno de los límites establecidos y las sanitariamente tolerables, que son aquellas que sobrepasan algunos de los límites establecidos, pero no contienen productos tóxicos o radioactivos ni se detecta contaminación fecal o por gérmenes patógenos.

Las aguas minerales poseen una constancia probada en relación con la temperatura, el caudal, la microflora (saprofítica) y la composición química. Las normas de agua mineral establecen por lo general, que éstas deben poseer más de un gramo de minerales disueltos por Kg de agua o bien componentes especiales por cantidad superior a determinadas proporciones, también se establecen restricciones con relación a temperatura y no deben poseer gérmenes patógenos (NC 93-01-218).

Por ejemplo, la OMS en 1969, consideró como agua mineral natural la bacteriológicamente incontaminada, procedente de fuentes subterráneas, como un mínimo de mineralización de 1 g por Kg de agua o 250 mg de CO2 libre, con propiedades favorables para la salud, según criterios admitidos por el Comité Coordinador de la FAO/OMS (1985).

Según Cadish (1964, en Urbani, 1991), un agua mineral es aquella con un residuo seco superior a 1g/l, o sin tener la cantidad de residuo tenga más de 1 mg/l de litio, 5 mg/l de hierro, 5 mg/l de estroncio, 1 mg/l de iodo, 2 mg/l de flúor, 1,2 mg/l de sílice, etc. Si no se dispone de la información sobre el residuo seco se puede utilizar el total de sólidos disueltos (igual a la suma de aniones y cationes), en exceso a 1g/l. Según Ninard (en Armijo-Valenzuela y San Martín, 1994) las aguas mineromedicinales son aquellas aguas minerales que administradas en determinados procesos patológicos cumplen una función terapéutica.

Otro concepto que se define también en las normas es el de agua de bebida envasada. En dichas normas se definen los distintos tipos de agua destinada para estos fines; así como los requisitos para su manipulación, elaboración, circulación y comercialización. La norma cubana (NC 3: 1996) establece los siguientes tipos:

Agua mineral natural. Agua que se diferencia claramente del agua potable y que se caracteriza por su contenido en determinadas sales minerales y sus proporciones relativas, así como la presencia de elementos traza o de otros constituyentes útiles para



el metabolismo humano, se obtiene directamente de fuentes naturales o perforadas de aguas subterráneas procedentes de estratos acuíferos. Su composición y la estabilidad de su flujo y temperatura son constantes, teniendo en cuenta los ciclos de las fluctuaciones naturales y se capta en condiciones que garantizan la pureza microbiológica original.

Agua mineral medicinal. Agua que por su composición y características propias puede ser utilizada con fines terapéuticos, desde el área de emergencia hasta el lugar de utilización, dada sus propiedades curativas demostradas por analogía de similares tipos de aguas existentes, por experiencia local, por estudios correspondientes o mediante ensayos clínicos y evolución de procesos específicos o de experiencia médica comprobada, y conservar después de ser envasada sus efectos beneficiosos para la salud humana.

Agua de manantial. Agua que emerge espontáneamente a la superficie de la tierra con un caudal determinado por el ciclo hidrológico después de ser captada mediante labores practicadas para su explotación. No posee las propiedades del agua mineral.

Agua natural. Agua que a diferencia de la de manantial se capta mediante la perforación de pozo.

2.2. ESTRUCTURA Y PECULIARIDADES DE LAS AGUAS MINERALES El agua pura está constituida por moléculas, donde dos átomos de hidrógeno se encuentran unidos a uno de oxígeno (H2O), separados entre sí 105°. Esta estructura le confiere a la molécula de agua propiedades que la distinguen de otras moléculas de composición similar como el amoniaco (NH3) o el sulfuro de hidrógeno (H2S), las cuales a temperatura y presión normales se encuentran en estado gaseoso, mientras el agua se encuentra en estado líquido (Armijo-Castro, 1994).

Mediante rayos X se ha demostrado que el agua no aparece como una simple molécula como las anteriores, sino formado polímeros (dímeros y trímeros) que se encuentran sujetos a constante formación y destrucción. Estos polímeros se encuentran unidos mediante puentes de hidrógeno y le confieren al agua una serie de peculiaridades propias, tales como:

1. Alto calor específico (mayor que todos los líquidos): esto hace que el agua oceánica, por ejemplo, demore en calentarse durante el día por la acción del Sol, mientras permanece con elevada temperatura hasta largas horas de la noche. También es responsable de la uniforme distribución del calor de los organismos de los seres vivos, cuya temperatura es regulada, principalmente, por la rápida eliminación del calor producido en las reacciones bioquímicas.

2. Elevados puntos de congelación (0 °C) y de ebullición (100 °C), en relación con los compuestos de referencia de similar composición química.



3. Alta densidad. El enfriamiento del agua va acompañado de una disminución de volumen hasta llegar a 4 °C en que alcanza la máxima densidad. Si se continúa la disminución de temperatura el agua aumenta su volumen. Estas características influyen marcadamente en los procesos de meteorización en los países de clima templado y polar, ya que el agua intersticial al congelarse y aumentar su volumen, fragmenta las rocas facilitando la acción de la erosión química y mecánica.

4. Elevado momento dipolo. Esto hace que parte de la molécula posea una carga parcial positiva y la otra una carga parcial negativa, lo que le confiere propiedades de dipolo y de disolvente universal de los minerales enlazados iónicamente.

Cuando un mineral se introduce en el agua, los dipolos de ésta tienden a separar los iones de carga contraria y disminuyen las fuerzas electrostáticas que tienden a unirlas en virtud de las propiedades del enlace iónico. En el caso del cristal de cloruro de sodio (NaCl), por ejemplo, los dipolos se intercalan de tal forma, que las cargas de signo contrario son capaces de atraerse cada vez menos. En el caso de otros iones más débilmente unidos, mediante enlaces de tipo iónico, como es el caso del cristal de calcita, este proceso es más lento, de ahí su pobre solubilidad en agua pura.

De la mineralización total del agua dependen muchas propiedades, tales como sus efectos osmóticos, densidad, viscosidad, etc., de gran significación bioquímica. Sin embargo, la mayoría de los efectos sobre el organismo se relacionan con su composición, esto es, el contenido de sus iones disueltos, entre los que figuran los cationes sodio, calcio, magnesio, potasio, litio, hierro, etc., y los aniones cloruro, sulfato, bicarbonato, fluoruro, yoduro, etc.

Las bases teóricas que fundamentan el proceso de disolución de los minerales por las aguas naturales, se han desarrollado por diferentes investigadores (Hutchinson, 1957; Roques, 1964; Garrels y Christ, 1965; Stum y Morgan, 1970; Fagundo, 1996). En este trabajo se presentan algunos aspectos de esta teoría, por lo que y para un conocimiento más amplio pueden consultarse las obras citadas.

2.3. CLASIFICACION DE LAS AGUAS MINERALES

2.3.1. CLASIFICACIÓN DE LAS AGUAS POR SU GÉNESIS En forma general, las aguas se han clasificado de formas distintas sobre la base de su génesis, tipo de roca asociada, sus características químico-físicas, agresividad, uso y otras propiedades.

Sobre la base de su génesis, se han clasificado de forma diferente por distintos investigadores, éstas pueden agruparse de la manera siguiente (White et al, 1963):

1. Aguas juveniles (no involucradas en la circulación atmosférica).

a) Magmáticas.

b) Otras aguas juveniles.

2. Aguas surgentes o reciclables (involucradas en la circulación atmosférica).

a) Aguas meteóricas.



• Aguas de precipitación (lluvia o nieve).

• Aguas de suelo.

• Aguas subterráneas cercanas a la superficie (subsuperficiales).

b) Aguas oceánicas que penetran en los acuíferos.

c) Aguas fósiles o cónnatas.

• De origen marino.

• De origen no marino.

ch) Aguas metamórficas. Aguas con alto contenido de CO2 y boro.

d) Otros tipos de aguas. Aguas magmáticas

2.3.2. CLASIFICACIÓN HIDROQUÍMICA Los criterios químico-físicos de la clasificación de las aguas en general se basan en el contenido de los iones más abundantes.

En la literatura aparecen numerosas clasificaciones que responden a diferentes objetivos (García, 1988; Catalán, 1988; Fagundo, 1996). De su análisis se puede considerar como más ventajosas las siguientes:

1. Clasificación de Alekine.

2. Clasificación de Shchoukarev.

3. Clasificación de Kurlov

4. Clasificación de Palmer.

5. Clasificación de Schoeller.

Para la clasificación de las aguas minerales el método de clasificación más utilizado es el de Kurlov, el cual toma en consideración los aniones y cationes que exceden el 20 % meq/L.

1. En relación con los aniones: a) Aguas bicarbonatadas. b) Aguas sulfatadas. c) Aguas cloruradas. ch) Aguas bicarbonatadas sulfatadas.

d) Aguas bicarbonatadas cloruradas. e) Aguas sulfatadas cloruradas. f) Aguas sulfatadas cloruradas bicarbonatadas.

2. En relación con los cationes:



a) Aguas cálcicas. b) Aguas magnésicas. c) Aguas sódicas. ch) Aguas cálcicas magnésicas. d) Aguas cálcicas sódicas. e) Aguas magnésicas sódicas. f) Aguas cálcicas magnésicas sódicas.

Una variante de los métodos de Kurlov se ha propuesto por Fagundo (1996) sobre la

base de las relaciones estequiométricas Na+ + K+: Ca2+: Mg2+: Cl-: HCO3-: SO4

2- Por ejemplo, un agua del tipo bicarbonatada cálcica (HCO3

- - Ca2+) posee una relación estequeométrica 1:8:1:1:8:1.

En total, todas las aguas se pueden caracterizar mediante este método, a través de 27 X 27 = 729 combinaciones numéricas o tipos de aguas. Si se incluyen además los restantes números enteros entre 0 y 10, se obtienen 66x66= 4356 combinaciones numéricas o tipos de agua (patrones hidrogeoquímicos). Estos tipos de aguas se pueden representar gráficamente mediante diagramas de Stiff para facilitar su comprensión, y corresponden a patrones hidrogeoquímicos determinados por factores geológicos, hidrogeológicos y ambientales.



Tabla 1. Relación estequiométrica de aniones Tipo de agua Relación Cl-: HCO3

-: SO42-

HCO3- 1:8:1 2:7:1 1:7:2 2:6:2

Cl- 8:1:1 7:2:1 7:1:2 6:2:2

SO42- 1:1:8 1:2:7 2:1:7 2:2:6

HCO3- > Cl- 3:6:1 4:5:1

Cl- > SO42- 6:1:3 5:1:4

HCO3- > SO4

2- 1:6:3 1:5:4

Cl- > HCO3- 6:3:1 5:4:1

SO42- > Cl- 3:1:6 4:1:5

SO42- > HCO3

- 1:3:6 1:4:5

HCO3- = Cl- 4:4:2

HCO3- = SO4

2- 2:4:4

Cl- = SO42- 4:2:4

Tabla 2. Relación estequiométrica de cationes Tipo de agua Relación Cl-: HCO3

-: SO42-

Ca2+ 1:8:1 2:7:1 1:7:2 2:6:2 Mg2+ 8:1:1 7:2:1 7:1:2 6:2:2 Na++K+ 1:1:8 1:2:7 2:1:7 2:2:6 Ca2+ > (Na++K+) 3:6:1 4:5:1 (Na++K+) > Mg2+ 6:1:3 5:1:4 Ca2+ > Mg2+ 1:6:3 1:5:4 (Na++K+) > Ca2+ 6:3:1 5:4:1 Mg2+ > (Na++K+) 3:1:6 4:1:5 (Na++K+) > Ca2+ 1:3:6 1:4:5 Ca2+ = Mg2+ 4:4:2 Ca2+ > (Na++K+) 2:4:4 Mg2+= (Na++K+) 4:2:4



2.3.3. CLASIFICACIÓN DE LAS AGUAS MINERO MEDICINALES POR SU COMPOSICIÓN

El criterio de clasificación de las aguas termales y minerales puede ser asumido desde diversos puntos de vista: físico, químico, físico-químico, bacteriológico y otros.

Las aguas minero medicinales, según Armijo-Valenzuela y San Martín (1994) se clasifican de la siguiente manera:

1. Sulfatadas: con más de 1 g/l de minerales disueltos, donde predomina el anión sulfato y están influidas fuertemente en sus propiedades terapéuticas por otros iones como sodio, magnesio, bicarbonato y cloruro.

2. Cloruradas: con más de 1 g/l de minerales disueltos, donde el ion cloruro suele estar acompañado de sodio en proporción semejante. La composición de este tipo de agua refleja un origen profundo y la presencia de mares pretéritos. La ocurrencia de fallas y grietas facilita su ascenso a la superficie.

3. Bicarbonatadas: con más de 1 g/l de minerales disueltos, donde el ion bicarbonato es acompañado de calcio, magnesio, sodio, cloruro y otros. Estas aguas cuando poseen gran cantidad de ácidos libres (CO2 mayor de 250 mg/l), también se denominan carbónicas o carbogaseosas.

4. Ferruginosas: con más de 1g/l de minerales disueltos, donde los iones de hierro se encuentran en su forma reducida y poseen una concentración superior a 5 g/l. Estas aguas se destacan por la apreciable coloración de la superficie de la roca por donde discurren.

5. Sulfuradas o sulfhídricas: con más de 1 g/l de minerales disueltos y con más de 1 mg/l de sulfuro de hidrógeno (H2S), acompañado de iones sodio, calcio y cloruro.

6. Aguas oligominerales: presenta muchos elementos con poca mineralización (en bajas concentraciones). Pueden poseer abundante cantidad de los microelementos: cobalto, vanadio, molibdeno, silicio, fósforo, germanio, etc.

7. Aguas radiactivas: poseen contenidos de radón (Rn) mayor de 182 nanocuries. 2.3.4. CLASIFICACIÓN DE LAS AGUAS MINERALES POR SU TEMPERATURA En cuanto a la temperatura, Urbani (1991) denominó agua fría a aquella que posee en la emergencia una temperatura menor o igual a la temperatura media anual; agua tibia con un intervalo desde la temperatura media anual hasta 37 °C; agua caliente cuando varía desde 37 a 60 °C, y agua muy caliente desde 60 a 100 °C.

No obstante, la clasificación sencilla es considerar aquella en que su aplicación no produce sensación de frio ni de calor que, con las variaciones de sensibilidad individual, se admite que es la comprendida entre 34 ºC y 36 ºC. Las aguas que presentan estas temperaturas se denominan mesotermales, considerándosele



hipertermales o hipotermales según que la temperatura medida se halle por encima o por debajo de dicho margen.

Quizás, la mejor clasificación dada con respecto a la temperatura la ofreció Schoeller (1962) y es la siguiente:

• aguas termales

Si su t > tm + 4 ºC

• aguas meso termales o ortotermales.

Si su tm ≤ t ≤ tm + 4ºC

• aguas hipotermales o frias.

Si t < tm

Siendo t la temperatura del agua y tm la temperatura media anual del lugar.

2.4. FACTORES QUE DETERMINAN LA COMPOSICION QUÍMICA DE LAS AGUAS MINERALES Las aguas minerales adquieren su composición química mediante un proceso complejo, donde intervienen factores de tipo químico-físico, geológico, hidrogeológico, geomorfológico, pedológico, climático, antrópico y otros (Fagundo, 1990a).

Se debe esperar que la infiltración por percolación de las precipitaciones en rocas salinas, origine aguas superficiales y subsuperficiales (acuíferas) de tipo cloruradas alcalinas; en los depósitos de yeso o anhidrita, sulfatadas cálcicas; en las calizas y dolomítas, bicarbonatadas cálcicas o cálcico-magnesianas; en las secuencias con abundante pirita, aguas con alto contenido de ion sulfato; en los granitos y otras rocas insolubles ácidas, aguas del tipo bicarbonatadas alcalinas o alcalino-térreas según el catión dominante, mientras que en las rocas ultrabásicas, éstas son bicarbonatadas magnesianas.

2.4.1. FACTORES GEOLÓGICOS, HIDROGEOLÓGICOS, CLIMÁTICOS Y AMBIENTALES

Los factores geológicos se relacionan con la litología (composición de los minerales de las rocas), el estado de yacencia de las secuencias estratigráficas, la tectónica, el agrietamiento, la textura y porosidad de las rocas, etc. La litología determina, por lo general, las facies hidroquímicas dominantes en una región determinada, es decir, el tipo de agua. Así por ejemplo, en los terrenos cársicos carbonatados las aguas suelen ser del tipo bicarbonatada cálcica. Los aspectos vinculados al agrietamiento y porosidad de las rocas influyen de manera determinante en el estado de división de las partículas, mientras más pequeñas sean éstas, poseerán mayor superficie y se facilitará la disolución del mineral. Las aguas que drenan a través de rocas calcáreas, muy trituradas por los



procesos tectónicos, adquieren un contenido mayor de calcita disuelta (dureza) que aquéllas que drenan a través de calizas más compactas.

Los factores hidrogeológicos están relacionados con la permeabilidad del acuífero, el tipo de flujo, su velocidad, así como la zona por donde se mueve el agua. Todos estos aspectos inciden en el tiempo de contacto entre el agua y el mineral, por ejemplo, si el flujo tiene lugar en condiciones difusas a través de las rocas, el tiempo de interacción del agua con los minerales es más lento y, por tanto, la cantidad de minerales disueltos es mayor que si las condiciones de flujo son de tipo turbulento a través de grietas más o menos amplias.

El contenido de CO2, la dureza y otras propiedades químico-físicas de las aguas minerales difieren de acuerdo con la forma en que se mueve el agua y la zona hidrogeológica que ocupa.

En la zona de alimentación del acuífero (visto el movimiento en sentido horizontal) o en la zona de aireación (visto en sentido vertical), el contenido de CO2 de las aguas es relativamente elevado, puesto que en estos lugares tienen lugar los intensos procesos de descomposición bacteriana de la materia orgánica. El pH en esta zona suele no ser elevado y la dureza pequeña.

En la zona de conducción del acuífero el nivel de CO2 suele ser menor, porque una parte del gas es consumido, como consecuencia de la interacción del agua con los minerales del medio rocoso. El agua en esta zona adquiere una mayor mineralización y un pH más elevado. Esta evolución se hace más evidente si, por ejemplo, se hace un muestreo de un perfil de pozos desde la zona de alimentación hasta la de emisión del acuífero. A medida que el agua se aleja de la zona de alimentación decrece el CO2 y aumentan el pH, así como el contenido de calcita disuelta.

En la zona saturada, las aguas adquieren una mayor mineralización. Sin embargo, como resultado de los procesos de mezcla de aguas, éstas pueden hacerse agresivas nuevamente y continuar disolviendo minerales.

En la zona de circulación profunda, las aguas se caracterizan por presentar elevados contenidos de CaCO3, CaSO4 y NaCl disueltos. En ocasiones aún poseen cantidades elevadas de CO2 y H2S, y en los manantiales por donde emergen precipita el exceso de calcita y yeso. Además poseen, por lo general, una temperatura más elevada y estable que las de tipo meteóricas, la circulación es más lenta y su caudal menor, el tiempo de interacción con los minerales es mayor.

En un trabajo desarrollado en Australia por Chebotarev (en Frezze y Cherry, 1980), en el cual fueron muestreadas más de 10 000 aguas de pozos, se llegó a la conclusión de que en la naturaleza, las aguas subterráneas tienden a evolucionar hacia la composición del agua de mar. Él observó que esta evolución química en cuanto a los aniones dominantes, sigue aproximadamente las regularidades siguientes:

HCO3---->HCO3

- >SO42- ----> SO4

2- > HCO3-----> SO4

2- > Cl- ----> Cl- > SO42- ---> Cl-



Estos cambios ocurren en la medida que el agua se mueve desde zonas de grandes caudales, a través de zonas intermedias, hasta zonas donde los flujos son escasos y el agua es vieja desde el punto de vista geológico.

En las regiones cársicas montañosas de Cuba, la evolución química de las aguas sigue una tendencia similar a la observada por esos investigadores y alcanzan, por lo general, las facies ricas en SO4

2-.

Las aguas con elevados contenidos de cloruro (Cl-) se suelen encontrar en regiones llanas que presentan gran agrietamiento o fallas, donde los horizontes acuíferos someros se ponen en contacto con otros más profundos. También en algunos pozos artesianos, que se han perforado a grandes profundidades durante los trabajos de prospección geológica o de búsqueda petrolífera; así como en las zonas litorales donde las aguas del acuífero cársico se mezclan con las de mar y como resultado de este proceso se incrementa la solubilidad de los minerales carbonatados (efecto de mezcla de agua y efecto salino o de fuerza iónica).

Los factores de tipo geomorfológico también influyen en la composición química de las aguas, en especial, el escarpe de los macizos, el tipo de vegetación, el grado de erosión de los terrenos y la naturaleza de las propias formas del relieve. A pesar de que las formas de adsorción (dolinas, sumideros, etc.), se pueden considerar el resultado de los procesos de erosión en terrenos cársicos, una vez creadas esas formas, éstas facilitan o limitan la ulterior acción de corrosión química sobre el medio, lo cual se refleja en la composición química de las aguas.

Otros factores que también influyen sobre la composición química de las aguas son los de tipo pedológicos, los cuales están asociados al tipo de suelo que yace sobre las secuencias estratigráficas El suelo puede ser el resultado del intemperismo de la roca o tratarse de una cobertura de origen fluvial, pluvial o glaciar; su espesor puede variar desde un grosor apreciable hasta llegar a ser muy escaso o ausente. De sus características y condiciones pedoclimáticas depende la actividad microbiológica asociada, así como de la producción de gases y ácidos disponibles, que luego son arrastrados por las lluvias o las nieves al fundirse, haciendo posible la disolución de los minerales que forman parte del paquete de rocas subyacentes. En el caso de un macizo desnudo, el agua de las precipitaciones puede adquirir el CO2 directamente de la atmósfera, pero en una proporción menor que la que se produce en el suelo.

La microflora del suelo está compuesta de poblaciones de algas, actinomicetos, bacterias nitrificantes, desnitrificantes, desintegrantes de la celulosa, sulfobacterias y productoras de pigmentos, hongos y protozoos. Los microorganismos también están muy difundidos en las aguas minerales, incluso en condiciones de elevadas temperaturas como ocurre en algunas fuentes termales. El control de estos organismos, tanto en el suelo como en las aguas, es de gran importancia para determinar el estado de estas últimas y para su explotación en el termalismo de salud.

Los factores climáticos intervienen de forma activa en la dinámica de la meteorización mecánica y química de los macizos, al permitir en el primer caso la fragmentación, traslado y acarreo de los minerales lejos del lugar de origen, así como facilitar en el



segundo caso, la disolución de los minerales de las rocas. Mientras más intensa sea la acción mecánica, más se facilita al agua su acción corrosiva.

Los elementos del clima más determinantes en el modo en que las aguas adquieren su composición química son: la temperatura, humedad relativa, intensidad y duración de las precipitaciones, intensidad y duración de las radiaciones, velocidad del aire, entre otros.

Por último, se debe destacar el papel que desempeña el factor antrópico en la composición química de las aguas. La actividad del hombre causa un deterioro progresivo de la calidad de las aguas superficiales y subterráneas. A pesar de que estas últimas son menos susceptibles a la contaminación, una vez contaminadas, se hace muy difícil restablecer su calidad original (González y Jiménez, 1988).

Con vistas a preservar la calidad de los recursos hídricos, de forma tal que se puedan utilizar racionalmente en beneficio de la economía, se han establecido zonas de protección sanitaria, como tal se denomina el área alrededor de la toma de agua, donde se establecen diferentes tipos de regulaciones con el objetivo de evitar la contaminación y hacer mínimo el riesgo de su degradación.

En los últimos años, se han llevado a cabo muchas investigaciones aplicadas en el campo de la hidrogeología, con el objetivo de establecer las zonas de protección sanitarias alrededor de las fuentes de captación de interés económico social (Dioxian, 1987; Fritz y Pavicic, 1987; Kullman, 1987 y otros). En Cuba se han realizado, recientemente, numerosos trabajos con vistas a establecer las zonas de protección sanitarias de los yacimientos de aguas minerales y mineromedicinales (Ruz et al, 1993; Expósito et al, 1993; Iraola y Lugo, 1993).

Con vistas al control de la calidad de las aguas también se han elaborado políticas y sistemas de vigilancia, mediante el registro sistemático de algunos indicadores de tipo químico-físico y bacteriológico. Con relación a las aguas minerales, el control de su calidad se garantiza a través de la Oficina Nacional de Recursos Minerales del MINBAS, de acuerdo a lo establecido en la Ley de Minas.

2.4.2. FACTORES QUÍMICO-FÍSICOS Los factores químico-físicos están regidos por las leyes termodinámicas que controlan la disolución de los minerales, estos factores desempeñan un papel importante en la forma en que las aguas adquieren su composición química. Entre estos se destacan: la solubilidad de los minerales, el contenido de gases disueltos, las condiciones del sistema (abierto o cerrado) en que la disolución tiene lugar, el pH, el potencial redox, el efecto salino o de fuerza iónica, el efecto de ion común y otros que serán discutidos en este trabajo (Fagundo, 1996).

2.5. PRINCIPIOS QUIMICO-FISICOS QUE DETERMINAN LA COMPOSICION QUIMICA DE LAS AGUAS MINERALES



2.5.1. DISOLUCIÓN CONGRUENTE E INCONGRUENTE DE LOS MINERALES

Cuando los productos de una reacción de disolución son todos especies iónicas, se dice que la disolución es congruente. Cuando por el contrario, la disolución de un mineral da lugar a especies iónicas y moléculas no solubles, se dice que la disolución es incongruente. Este último es el caso de muchos aluminosilicatos. En presencia de CO2 el agua disuelve este tipo de mineral y libera sodio, bicarbonato y ácido silícico en el seno de la solución, mientras deposita el mineral arcilloso caolinita. Este proceso ocurre corrientemente como resultado del intemperismo de las rocas graníticas.

En el proceso de disolución de los carbonatos se suelen producir disoluciones incongruentes cuando están presentes calcita y dolomita o calcita (Picknett, 1972; Wigley, 1973) y yeso (Wigley, 1973). Las aguas en estos casos pueden disolver secuencial o sucesivamente estos minerales.

Donde coexistan calcita y dolomita a bajas temperaturas, cuando el agua se encuentre saturada respecto a la dolomita, será sobresaturada respecto a la calcita, precipitando este último mineral a medida que se disuelve el primero; en este caso el agua disuelve incongruentemente a la dolomita. Si por el contrario, este proceso ocurre a una temperatura superior a 10 °C, se producirá la disolución de la dolomita en forma incongruente.

Si el proceso de disolución de ambos minerales tiene lugar secuencialmente, entonces puede ocurrir la disolución incongruente, con independencia de la temperatura del agua.

2.5.2. EL PH DEL AGUA Un agua pura disuelve con facilidad sólo aquellos minerales solubles como los de tipo salino o los sulfatos. En la mayoría de los casos, sin embargo, la solubilidad de un mineral se incrementa considerablemente en presencia de ácidos; por ejemplo, en un litro de agua a 25 °C, sólo se disuelven 12 mg de calcita. En presencia de un ácido fuerte, sin embargo, la solubilidad aumenta de 25 000 a 30 000 veces.

La medida del grado de acidez del agua es el pH, el cual se define como el logaritmo inverso de la actividad del ion hidrógeno o hidronio (H+ o H3O+), que resulta de la ionización de un ácido cualquiera; se expresa en moles por litro, aunque al medirse en equipos electrónicos con electrodos de referencia, la acidez se expresa en unidades de pH, por lo general entre 0 y 14, esta se calcula de la manera siguiente:

pH = - log (H+)

Aunque el agua pura está constituida fundamentalmente por moléculas de H2O, una pequeña porción de la misma se compone de H+ y OH-. Esta proporción está controlada por la reacción de disolución:

H2O = H++ OH-

la cual para una temperatura dada se encuentra en equilibrio dinámico.



En el agua pura (H+) = (OH-) = 10-7, por lo que teóricamente su pH debe ser 7. En la realidad, a causa de que ésta se encuentra en contacto con la atmósfera, es capaz de disolver CO2 y adquirir un pH inferior a ese valor.

El valor del pH de muchas aguas que interactúan con los minerales varía en un estrecho intervalo, por lo general entre 6 y 9, lo cual entre otras causas se debe a la gran distribución de las rocas carbonatadas y al carácter ácido-básico de las mismas, a través del sistema de equilibrios químicos que se establecen entre CO2, HCO3

- y CO32-

Algunos manantiales calientes de origen volcánico poseen una elevada acidez, por la presencia de ácido clorhídrico (HCl) y dióxido de sílice (SO2). Los ácidos libres también pueden pasar al agua como resultado del vertimiento de aguas residuales.

El agua de las precipitaciones al pasar por la zona del suelo, donde es abundante el CO2, adquiere un pH relativamente bajo, del orden de 4,5. Luego por interacción con las rocas carbonatadas éste tiende a elevarse hasta cerca de 7. Cuando esta interacción se produce durante un tiempo prolongado el agua incrementa su contenido de iones HCO3

- y adquiere además iones CO3

2-. En esas condiciones el pH puede alcanzar un valor cercano a 8,4. Por lo general, en los arroyos y ríos de las regiones húmedas no cársicas el pH varía entre 5 y 6,5; mientras que en las regiones cársicas húmedas este valor suele estar comprendido entre 7 y 8. Las aguas marinas tienden a poseer un pH cercano a 8. Las aguas minerales pueden poseer valores de pH ácidos, neutros o básicos de acuerdo a las características hidrogeológicas presentes.

2.5.3. EQUILIBRIO DE LOS CARBONATOS La disolución de los minerales constitutivos de las rocas carbonatadas comprende una serie de procesos físicos y químicos donde intervienen estados gaseosos, líquidos y sólidos a través de interfases aire-agua-roca y un sistema de equilibrios químicos. Para el caso de la calcita, éstos se pueden resumir de la manera siguiente:

CO2 + H2O + CaCO3 = Ca2+ + 2 HCO3-

Calcita Lo más común en la naturaleza es que este proceso ocurra en presencia de otros minerales, principalmente dolomita, yeso y halita.

Si en el proceso de disolución de los minerales carbonatados por las aguas existe un suministro abundante de CO2, que puede considerarse constante durante la reacción, éste procede rápidamente hasta la saturación. En este caso la reacción tiene lugar en condiciones de sistema abierto respecto al CO2. Si por el contrario, la disolución de los carbonatos por las aguas naturales se produce en virtud del suministro inicial de CO2, que luego no se repone en el transcurso de la reacción, ésta se produce en condiciones de sistema cerrado respecto al CO2.

En la naturaleza tienden a primar, tanto las condiciones de disolución de los carbonatos en sistema abierto como cerrado, o más bien de tipo intermedio entre sistema abierto y cerrado.



Como ejemplos de disolución de carbonatos en la naturaleza, los cuales tienden a semejar las condiciones de sistema abierto se pueden citar:

1. Cuando el agua procedente de las precipitaciones se infiltra lentamente en un suelo de origen carbonatado con buen drenaje y abundantes oquedades aireadas, adquiere un elevado contenido de CO2 y la difusión del gas en el agua se produce como si el suministro del mismo fuera constante. Si en esas condiciones el agua interactúa con rocas carbonatadas subyacentes, evoluciona adquiriendo un elevado contenido de Ca2+, Mg2+ y HCO3

-. En esas condiciones el pH se va incrementando a medida que avanza la disolución de los carbonatos hasta alcanzar un valor cercano a 8.

2. La disolución en lagos, presas y estanques, donde el CO2 se toma directamente de la atmósfera y se utiliza por las aguas para disolver las paredes rocosas.

Como ejemplos de disolución de carbonatos en la naturaleza, los cuales tienden a producirse en condiciones de sistema cerrado respecto al CO2 se pueden considerar los siguientes:

1. La disolución de las calizas en la zona de circulación profunda. A esta región pueden llegar las aguas subterráneas, con un contenido aún elevado de CO2. En esas condiciones, las aguas continúan disolviendo los carbonatos y otras rocas solubles sin el aporte de nuevos suministros de gas.

2. Cuando un agua procedente de las precipitaciones se pone en contacto con un determinado contenido de CO2 en la zona del suelo, luego se infiltra a través de una cobertura de tipo fluvial y, por último alcanza las secuencias carbonatadas. El agua en esas condiciones disuelve la roca y consume el CO2 que originalmente adquirió en la zona del suelo, sin recibir apenas aportes nuevos de este gas.

2.5.4. EFECTO DE ION COMÚN Y EFECTO SALINO Cuando un agua pasa por un terreno donde existen minerales con iones comunes a los que ésta lleva disuelto en su seno, disminuye su capacidad para disolver esos minerales.

Si se compara la solubilidad de los minerales en agua pura con la de un agua que contiene iones no comunes al proceso de disolución de ese mineral, se demuestra que la salinidad incrementa la solubilidad del mismo. Esto se debe a que, como consecuencia del incremento de la concentración, aumenta la fuerza iónica y se produce una disminución del coeficiente de actividad. Este fenómeno se denomina efecto salino o de fuerza iónica.

2.5.5. PROCESOS DE OXIDACIÓN-REDUCCIÓN Muchas reacciones químicas que tienen lugar en el medio acuático y en especial en el sistema de las aguas subterráneas, implican transferencia de electrones entre constituyentes disueltos, gases o sólidos. Como resultados de estas transferencias se producen cambios en los estados de oxidación-reducción de los reaccionantes y los productos.



Los elementos de valencia múltiples son susceptibles de intervenir en las reacciones de oxidación-reducción, mediante las cuales una molécula se reduce (oxidante) al tomar los electrones que le cede la otra (reductora), la cual se oxida. La reacción también es capaz de proceder en dirección contraria, de modo que este proceso se puede representar mediante la ecuación de equilibrio siguiente:

Oxidante + n e (número de electrones) = Reductor

La fortaleza de una reacción de oxidación-reducción se mide por el potencial redox (Eh).

El potencial de oxidación-reducción se mide en milivoltios, a través de milivoltímetros de campo es posible obtener este valor en las aguas minerales.

Aunque las soluciones acuosas no contienen electrones libres, también es conveniente expresar el proceso de oxidación-reducción mediante un par redox, como si estas reacciones se produjeran por separado. Además, se suele utilizar la magnitud Eh ó pE para describir la actividad relativa de los electrones. Por definición:

pE = - log (e)

El pE es una magnitud adimensional análoga a la expresión pH, utilizada para describir la actividad del protón o ion hidrógeno. El pE de una solución mide su tendencia oxidante o reductora.

2.5.6. ADSORCIÓN E INTERCAMBIO IÓNICO Los materiales geológicos porosos están compuestos de un porcentaje apreciable de partículas de tamaño coloidal que tienen la capacidad de intercambiar iones adsorbidos en su superficie.

Como resultado del proceso del intemperismo de las rocas por los agentes exógenos se originan los suelos, constituidos por minerales de tipo arcilloso.

Estos minerales se subdividen en cinco grupos: caolinita, montmorillonita, ilita, clorita y vermiculita; los cuales se caracterizan por presentar tamaños de partículas del orden de los coloides, que originan procesos de intercambio iónico entre las arcillas de la zona del suelo y las aguas que discurren a través de las mismas.

2.5.7. DISOLUCIÓN DE MINERALES POR EFECTO DE MEZCLA DE AGUAS Una vez alcanzado el equilibrio químico, las aguas minerales pueden seguir disolviendo más minerales si éstas se mezclan con otras aguas que poseen diferentes presiones de vapor o mineralización. La disolución por mezcla de aguas fue reportada por primera vez por Boegli (1971), para explicar los procesos de corrosión química en las cuevas y acuíferos cársicos.



El efecto de mezcla de aguas juega un importante papel en el proceso de adquisición de la composición química de las aguas minerales. En la zona saturada de los acuíferos profundos y confinados, las aguas suelen encontrarse saturadas con respecto a los minerales, dadas las condiciones de mineralización y presiones gaseosas presentes. Al mezclarse con otras que poseen diferente concentración iónica y gaseosa, se hacen de nuevo agresivas y disuelven más minerales. En muchos casos, el incremento de la composición química no es proporcional a las porciones de mezcla de los miembros que participan en la misma, debido al carácter no lineal de las curvas de solubilidad de los respectivos minerales (Fagundo, 1996; Morell, 1998).

2.6. PATRONES HIDROGEOQUIMICOS Y CONTROL DE LA COMPOSICION QUIMICA DE LAS AGUAS MINERALES

A pesar de que las aguas adquieren su composición química mediante un proceso complejo como el que se ha discutido anteriormente, donde intervienen diferentes factores, en un sitio determinado o área con cierta homogeneidad, muchos de éstos se hacen constantes y en esas condiciones la composición química absoluta del agua varía dentro de cierto rango, como consecuencia del régimen de lluvia: en los períodos lluviosos la mineralización es más pequeña que en los períodos secos.

Sin embargo, la composición química relativa varía poco, especialmente en el caso de las aguas minerales, las cuales en todo momento mantienen su tipo hidroquímico y poseen por, lo general, un mismo patrón hidrogeoquímico

El uso de relaciones matemáticas entre la concentración iónica y la conductividad eléctrica de las aguas, se ha propuesto sobre la base de un modelo de adquisición de la composición química, similar al que ocurre en un reactor de laboratorio donde se hace pasar una corriente de CO2 a un agua y se coloca un mineral carbonatado (Fagundo, 1985, 1990b; Fagundo y Pajón, 1987; Fagundo, 1996).

En este proceso cinético, la velocidad de disolución del mineral depende de la composición de la roca (litología). La concentración de los principales iones que resultan de este proceso se incrementa en el tiempo y sigue una función exponencial. Una función matemática similar presenta la conductividad eléctrica.

Si se grafica la relación entre la concentración de cada ion y la conductividad eléctrica se obtiene una línea recta que pasa por el origen de coordenadas, cuya pendiente depende de la litología (Fagundo, 1990 ).

Por ejemplo, en el caso de una caliza pura constituida prácticamente por mineral calcita, la pendiente correspondiente a los iones HCO3

- y Ca2+ son similares entre sí y sus magnitudes son mucho más grandes que las del ion Mg2+. En una dolomía, constituida



fundamentalmente por minerales del tipo dolomita, la pendiente correspondiente al ion HCO3

- es del mismo orden que en el caso anterior, sin embargo, las pendientes correspondientes a los iones Ca2+ y Mg2+ son en este caso similares entre sí y mucho menor que la del HCO3

-.

Si se determinan las concentraciones iónicas al multiplicar las conductividades eléctricas, en cada momento en que se hizo el experimento, por las correspondientes relaciones matemáticas obtenidas, se encuentra que no existen grandes diferencias entre la composición química real y la obtenida por estos modelos matemáticos.

Basado en estos principios se elaboró un sistema automatizado (Alvarez et al, 1990) capaz de determinar en forma rápida los modelos de correlación matemática entre la concentración iónica y la conductividad eléctrica, con el objetivo del ulterior control de la composición química de las aguas mediante mediciones en el campo con conductímetros portátiles. En general, cuando uno de los factores es dominante en el modo de adquisición de la composición química de las aguas, las relaciones entre las concentraciones iónicas y la conductividad eléctrica son de tipo lineal. Si más de un factor posee un peso semejante en este proceso, las ecuaciones de segundo grado ajustan mejor. En este último caso se observa, por lo general, más de un patrón hidrogeoquímico.

En el caso de aguas subterráneas que se encuentran estratificadas como resultado de mezcla con el mar o con otro horizonte acuífero, como sucede en los acuíferos carbonatados litorales y en aguas de mezcla en general, la evolución ocurre según una serie de patrones hidrogeoquímicos. En el caso de los acuíferos costeros, en dirección a la costa y a mayor profundidad, se va incrementando, de manera progresiva, el contenido de los iones Cl-, Na+ y K+ y en menor medida Mg2+ y SO4

2-, así como decreciendo el de los iones HCO3

- y Ca2+. La actividad del hombre, especialmente la sobreexplotación de los acuíferos para el abasto o el regadío altera los patrones hidrogeoquímicos naturales.

Para controlar la composición química de estas aguas mediante mediciones de conductividad eléctrica y el empleo de ecuaciones de correlación matemática, es necesario procesar los datos por tipos de patrones hidrogeoquímicos, sobre la base de los cambios en sus relaciones iónicas, para lo cual dan buenos resultados los denominados métodos de reconocimiento de patrones. Estos métodos son especialmente útiles para la comparación y control de la composición química de las aguas minerales, ya que las mismas se caracterizan por presentar un sólo patrón hidrogeoquímico.

Si en el procesamiento de los datos hidroquímicos de una fuente de posible origen termal se obtiene más de un patrón, se puede sospechar que existe un proceso de mezcla y desechar la hipótesis de que el agua es mineral.



2.7. VARIACION ESPACIAL Y TEMPORAL DE LA COMPOSICION QUIMICA DE LAS AGUAS MINERALES

Los cambios temporales en la composición química de las aguas se han clasificado en función de la escala de tiempo como: cambios seculares (producidos en el orden del tiempo geológico) y cambios a corto plazo (Paces, 1980). A cada una de estas categorías le corresponden a su vez, cambios de tipo periódico, abrupto y sistemático.

Los cambios seculares se refieren a la evolución del agua oceánica en el orden del tiempo geológico. Como ejemplo de este tipo de cambio se puede considerar la variación de la relación iónica Mg2+/ Ca2+, experimentada en los sedimentos carbonatados durante los últimos 2 000 millones de años.

En realidad los cambios de la composición química de las aguas a corto plazo son más estudiados, por su posible medición.

Los cambios periódicos se observan a menudo como respuesta a la radiación solar y pueden ser de tipo diurno o estacional, como ejemplo del primer caso se puede considerar las variaciones que se producen en el intervalo de 24 h en las magnitudes del contenido de CO2, las concentraciones de los iones HCO3

- y Ca2+. Estos cambios son inducidos por los organismos fotosintéticos cuya respiración durante la noche incrementan el CO2, mientras que por el día esta actividad disminuye y causa una variación en el equilibrio de los carbonatos.

Los cambios estacionales de la composición de un agua están determinados por las variaciones en la temperatura y el régimen de precipitación en las diferentes estaciones del año. En Cuba se distinguen en la práctica dos períodos: el seco, que se extiende desde noviembre a abril y el lluvioso, de mayo a octubre.

Los cambios abruptos en la composición química de las aguas son causados, por lo general, por la transición de un agua de un medioambiente a otro, cuyas propiedades químico-físicas y biológicas son muy diferentes.

Por último, los cambios sistemáticos son de tipo continuo y no periódico, que se manifiestan en la variación de la masa disuelta desde un estado inicial hasta otro final.

La composición química espacial de las aguas en una región determinada, sólo da una información parcial del funcionamiento de ese medio. La variación a lo largo de uno o más años hidrológicos, así como durante los períodos de intensas lluvias, ofrece mucho más información. Las determinaciones conjuntas a lo largo del tiempo de la composición química de las aguas y el caudal en los manantiales y pozos, así como el registro simultáneo de los elementos del clima, ofrece la oportunidad de correlacionar las respuestas hídrica y química en relación con las precipitaciones, lo cual permite conocer cómo está organizado interiormente el sistema rocoso y brinda la posibilidad de discernir acerca de su carácter mineral o no.

La variación estacional de la dureza, la mineralización y la conductividad se ha utilizado por muchos investigadores para interpretar la forma en que se mueven las aguas en el



medio. Shuster y White (1971) propusieron el empleo del coeficiente de variación de la dureza en lugar de la dureza misma, como un índice para determinar si las aguas se mueven en forma difusa o a través de conductos en un medio cársico. Las aguas que discurren por fisuras y conductos abiertos poseen un mayor coeficiente de variación (por encima del 5 %), puesto que en esas condiciones se produce un mayor efecto del clima en la fluctuación de la dureza. En Cuba, además del coeficiente de variación de la dureza se ha empleado la temperatura y la conductividad eléctrica, para distinguir la forma en que tiene lugar el escurrimiento del agua a través de los macizos carbonatados (Fagundo et al, 1981; 1986).

Como las aguas minerales se caracterizan por presentar una composición química estable, el coeficiente de variación de la mineralización o de la conductividad puede ser un valioso indicador para evaluar el grado de fluctuación de su composición como consecuencia de los cambios en el régimen de precipitación y las condiciones de alimentación y estructuración del sistema. Aunque no se ha determinado la magnitud de este tipo de estadígrafo (coeficiente de variación) para discernir entre una agua mineral y otra no mineral, este valor siempre será inferior al 5 % para las aguas minerales.

Estos estadígrafos han sido incluidos también en el sistema informático SACAN (Tillán et al, 1996) para establecer cuándo un agua cumple lo establecido en las normas de agua mineral. Se puede tomar como criterio que los coeficientes de variación de la mineralización, de la conductividad eléctrica y de los contenidos de los iones mayoritarios (mayor de un 20 % de meq/L) no deban exceder el 5 %.

Otro criterio para la caracterización del tipo de flujo ha sido establecido por Bakalowicz (1979). El mismo utiliza como criterio la frecuencia de distribución de la conductividad eléctrica, la cual puede ser de tipo unimodal en aquellos acuíferos cuyas aguas se mueven a través de flujos difusos, o plurimodal, cuando las aguas se mueven a través de conductos o sistemas mixtos. Este método ha sido empleado por Fagundo et al (1997) para distinguir aguas superficiales o subsuperficiales de aquellas que proceden del drenaje profundo en la Sierra del Rosario.

2.8. ANALISIS QUIMICO DE LAS AGUAS MINERALES En las aguas minerales, sus factores mineralizantes son, en gran medida, responsables de sus acciones terapéuticas, tanto si se utilizan como bebida o en tratamiento en un centro termal. De aquí el interés de conocer, con la mayor precisión y exactitud posible su composición físico-química. Con este fin se ha trabajado mucho y desde tiempos remotos, si bien no fue hasta siglo XVIII, que se obtuvieron resultados realmente significativos lo que se debió probablemente, por carecer de instrumentos de medición lo suficiente precisos para estos propósitos. Muchos investigadores de la época como Paracelso, Van Helmont, Boyle, entre otros se reforzaron por alcanzar un conocimientoprecisos de la química de las aguas minerales que les permitiera justificar sus acciones terapéuticas. En 1783 se demostró la composición intrínseca del agua, siendo particularmente importantes las investigaciones y deducciones de Cavendish y Lavoisier. Paralelamente,



el progreso en los conocimientos físico-químicos permitió mejorar las técnicas analíticas, siendo muy destacado el trabajo de Bergman, que fue considerado el mejor analista del siglo XVIII. El profesor Bergman de Upsala, aportó avances significativos en las técnicas volumétricas y gravimétricas, pero además como mejor medio para comprobar la certeza de sus análisis de aguas minerales, procedía a la síntesis de las mismas y a la comparación del producto sintetizado con las originales. El perfeccionamiento de las técnicas analíticas tuvo una repercusión importante en la Hidrología Médica, del interés que despertaron sus aplicaciones se puede ofrecer como dato interesante, que de los 294 trabajos publicados en Italia en el siglo XVIII sobre aguas minerales, 45 eran expresamente relacionados con el análisis de las mismas, lo que representó un 15% del total, cifra significativa en esa época de despegue. Ya en el siglo XIX, al aparición de la teoría de la disociación de Arrhenius, sin duda, una de las más importantes en el campo de al química, permitió comenzar la interpretación de las acciones de las aguas mineromedicinales en el organismo humano. En este mismo siglo se inició un espectacular desarrollo de las técnicas y de los instrumentos de laboratorio, lo que permitió llegar el análisis de componentes que en cantidades sumamente pequeñas pueden encontrarse en las soluciones acuosas y que hasta que se dispuso de tales medios era imposible detectar. De estos importantes avances salió enormemente favorecido el análisis de las aguas minerales, que ya en estos momentos se puede considerar estandarizado con procedimientos y métodos muy novedosos, que además son revisados periódicamente para incluir aquello que permita su perfeccionamiento. El análisis de un agua mineral tiene que incluir necesariamente los valores cuantitativos de los parámetros físico-químicos y la concentración de las sustancias presentes, magnitudes necesarias para poder clasificarla inequívocamente en un grupo definido (Armijo-Castro, 1994).

Un conocido y viejo axioma dice que el resultado obtenido por cualquier procedimiento analítico que realice a una muestra, nunca podrá ser mejor que la muestra en si misma, y esto se cumple inexorablemente.

El objetivo del muestreo es tomar una porción de muestra, de poco volumen que pueda ser transportada y manipulada convenientemente en el laboratorio y que a su vez, sea capaz de representar exactamente la fuente tomada. Esto implica, primero: que la concentración de todos los componentes debe ser la misma en la fuente muestreada como en la muestra tomada y segundo: que la muestra debe ser manipulada de forma tal que no ocurran cambios significativos en la composición original.

De forma general resulta imposible establecer procedimientos detallados para el muestreo de agua ya sea mineral u otra, debido a la diversidad de componentes que éstas contienen, y a la variedad de determinaciones analíticas que se utilizan para su caracterización, En el mejor de los casos donde la naturaleza de la muestra permita ser preservada, de ningún modo podrá ser obtenida la estabilidad completa de todos los constituyentes.



No obstante, se hace necesario emplear técnicas de preservación aunque éstas sólo puedan retardar los cambios químicos y biológicos que inevitablemente continúan después que la muestra es extraída de su fuente.

Los cambios que suelen ocurrir en las muestras pueden ser como ya se dijo anteriormente de tipo químico o biológico. Ciertos cambios que ocurren en la estructura química de los constituyentes se producen en función de las condiciones físicas. Los cationes metálicos pueden precipitar como hidróxidos o formar complejos con otros componente; los cationes pueden sufrir cambios en su valencia bajo ciertas condiciones de oxidación o reducción; otros componentes pueden disolverse o volatilizarse en el transcurso del tiempo. Los cationes metálicos pueden absorberse sobre la superficie interior de los contenedores como por ejemplo el hierro y el plomo. Los cambios biológicos que se producen en las muestras se manifiestan como cambios de valencia de un elemento o un radical a otras valencias. Los componentes solubles pueden convertirse en materia orgánica formando parte de una estructura celular, o la destrucción de células puede producir la aparición de diferentes componentes en solución. Los conocidos ciclos del nitrógeno y el fósforo son ejemplos de la influencia biológica en loa composición de la muestra.

De todo ello se deduce que lo mejor es analizar la muestra tan pronto como sea posible después de su colección y esto es especialmente necesario cuando las concentraciones esperadas están en el orden de los mg/l.

Los métodos de preservación son relativamente limitados y sus propósitos generales son:

• Retardar la acción biológica.

• Retardar la hidrólisis de compuestos químicos y complejos.

• Reducir la volatilidad de los componentes

• Reducir los efectos de absorción.

Estos están limitados al control del pH, a la acción de componentes químicos y a la refrigeración de las muestras antes de trasladarse al laboratorio.

En cualquier caso antes de iniciar los trabajos de caracterización es necesario establecer:

1. El objetivo del análisis.

2. Los parámetros o componentes a determinar

3. Donde y cuando se deben de tomar las muestras

4. Como se deben de tomar las muestras.

5. Que métodos analíticos se van a utilizar.

6. Como se van a expresar los resultados.



7. Que se va a hacer con los resultados obtenidos.

Lógicamente, es incumbencia de quien solicita el análisis el definir correctamente información que pide y al analista corresponde facilitarle esa información. No obstante, el analista debe comprobar por si mismo que lo solicitado está claro, justificado y correcto. Establecido de modo inequívoco el objetivo del análisis, hay que plantearse si toda la información se consiguen con las técnicas con que se dispone en el laboratorio, lo cual incluye para las especies químicas a determinar: los intervalos de concentración de interés, el máximo tolerable de los errores sistemáticos y las desviaciones normales de los resultados a lo largo de los intervalos de concentración y la precisión, exactitud, reproducibilidad, límite de detección y descripción y seguridad del procedimiento seleccionado.

El análisis cuantitativo se compone de:

1. Determinaciones organolépticas: color, olor, sabor, turbidez. 2. Determinaciones físico-químicas en la fuente: conductividad, pH, potencial redox,

temperatura. 3. Determinación de sustancias ionizadas:

• Componentes Mayoritarios: cloruros, sulfatos, carbonatos, bicarbonatos, calcio, magnesio, sodio.

• Otros componentes mayoritarios: nitratos, potasio.

• Elementos minoritarios: Hierro, litio, fluoruros, bromuros, yoduros, estroncio, manganeso, arsenico , nitritos, amonio, azufre reducido (sulfuros y sulfhidratos), boro y otros elementos trazas.

4. Determinación de gases: anhídrido carbónico, sulfuro de hidrógeno y oxígeno disuelto.

5 Determinación de elementos no ionizados: sílice.

6 Determinaciones auxiliares: residuo seco, dureza, alcalinidad, acidez.

7 Determinación, de la radioactividad.

Las técnicas más utilizadas para realizar estos análisis son: A) Análisis gravimétrico:

En este análisis el elemento, radical o compuesto que se desea determinar, se aísla del resto de los constituyentes en forma de un compuesto poco soluble de composición definida, que se separa, por filtración, determinándose el peso de la sustancia aislada o de algún derivado formado por la calcinación. La exactitud de un análisis gravimétrico depende de la insolubilidad del precipitado, de la calidad de las técnicas de separación y de la pureza del precipitado.

B) Análisis volumétrico: En este tipo de análisis cuantitativo, una disolución valorada reacciona directa o indirectamente con la sustancia que se trata de determinar. Como resulta fácil la medida de un volumen de líquido, los métodos volumétricos son más sencillos y rápidos y



permiten trabajar con muestras más pequeñas. Las reacciones del análisis volumétrico deben ser de oxidación-reducción, neutralización, precipitación o formación de complejos y además deben ser cuantitativas, estequiométricas, rápidas y con un procedimiento fácil de manifestar el punto de equivalencia.

C) Conductimetría: En este tipo de volumetrías se miden las variaciones de la conductividad de la disolución a valorar, como función del volumen de reactivo añadido.

D) Potenciometrías: Una potenciometría es una volumetría en la que el punto de equivalencia se determina por medio de una medida de potenciales.

Las volumetrías en las que se produce un cambio capaz de traducirse en una variación del potencial de la disolución pueden realizarse por vía potenciométrica, utilizando un electrodo de referencia como potencial patrón y un electrodo indicador para captar el potencial de la disolución. La exactitud de las potenciometrías depende principalmente de la calidad de los dos tipos de electrodos.

E) Nefelometría: La nefelometría se basa en medir la intensidad de la luz dispersada cuando un haz luminoso atraviesa un sistema disperso que contiene partículas de pequeño tamaño. La nefelometría se utiliza en la determinación de sustancias susceptibles de formar suspenciones estables y con partículas de tamaño parecido.

F) Espectrofotometría: La espectrofotometría, también llamada absorciometría o colorimetría, consiste en determinar la absorción que sufre un rayo luminoso al atravesar una disolución o un gas. Comprende los métodos que se refieren a la medida de la absorción de la luz ordinaria y de la ultravioleta; donde de la intensidad de la absorción producida se deduce la concentración de la disolución.

Estos métodos se aplican a la determinación de compuestos coloreados o incoloros, cuando estos últimos se convierten en coloreados por reacción con un reactivo adecuado.

G) Espectrometría de llama: Esta técnica está basada en que al colocar en una llama una solución, el agua se evapora disociándose los solutos en forma de átomos o radicales. Estos productos excitados por aporte energético de la llama, emiten una radiación de frecuencia característica, al retornar al estado fundamental. La intensidad de la radiación emitida es proporcional a la concentración del elemento en la solución.

La determinación suele realizarse mediante lectura directa de las soluciones del agua problema, comparada con una curva de calibración calculada con tres o cuatro soluciones patrón. El método es sólo aplicable a ciertos cationes.

H) Espectrofotometría de absorción atómica: Cuando los átomos de un cierto elemento se excitan por la acción de la energía que les proporciona una llama, de manera semejante a lo que ocurre con la fotometría de llama,



los mismos pueden absorber una radiación de frecuencia bien definida y propia del elemento.

Este elemento, dispersado en forma de vapor de llama, de manera que sus átomos estén disociados, absorbe una radiación incidente de manera proporcional a la concentración del elemento en la muestra.

I) Electrodos selectivos: Los electrodos selectivos para iones constituyen la base de una técnica analítica que proporciona mediciones directas, tanto de cationes como de aniones, así como de ciertos gases en disolución como el anhídrido carbónico, el oxígeno o el amoníaco.

El fundamento de esta técnica se basa en que la diferencia de potencial existente entre un electrodo selectivo y un electrodo de referencia colocados en una solución diluida es una función de la concentración de los iones correspondientes al electrodo específico.

J) Cromatografía iónica: La cromatografía iónica es un método físico de separación en la que los componentes de una mezcla se distribuyen entre dos fases, una de las cuales constituye una fase estacionaria de gran desarrollo superficial y la otra es un fluido (fase móvil) que pasa a través o a lo largo del lecho estacionario.

En la cromatografía iónica se utilizan resinas de intercambio iónico como fases estacionarias, en las que los iones se separan sobre la base a sus afinidades relativas en relación con el intercambiador, siendo detectadas a la salida de la columna por un sistema de detección adecuado, normalmente el de conductividad con supresión de eluyente. La fase estacionaria se dispone dentro de una columna de relleno añadiéndose la fase móvil mediante una bomba. La migración de los componentes se va produciendo hasta que éstos emergen ya separados de la fase estacionaria.

K) Espectrometría de Emisión atómica con plasma acoplado por inducción. (AEA-ICP).

Este tipo de espectrometría desde su aparición, a finales de la década del setenta, se ha establecido como una herramienta analítica poderosa para la cuantificación elemental presentes en diferentes materiales de estudio. Alta sensibilidad y productividad, bajos límites de detección y relativo bajo costo, así como un vertiginoso desarrollo de la automatización han convertido a la E. E. A – I. C. P en un medio de determinación efectivo para más de sesenta elementos químicos. Las ventajas anteriores han hecho posible la aplicación sistemática de esta moderna instrumentación en el análisis de aguas de diferentes tipos, entre ellos los minerales.

En este caso la muestra se coloca en un dispositivo que alcanza una temperatura de hasta 30,000 OK, mediante el uso de una antorcha de gas argón; al evaporarse y excitarse la muestra a tan alta temperatura se produce la emisión de los elementos presentes, lo cual se detectan en sistemas electronicos adecuados. Mediante el uso de software acoplados al equipo en su computadora, es posible detectar simultáneamente,



los elementos solicitados en un rango de concentración de hasta 1 µg/l. (Montero, 1998).

2.9 REPRESENTACION GRAFICA DE LA COMPOSICION QUIMICA DE LAS AGUAS MINERALES La representación gráfica de los datos hidroquímicos constituye una herramienta de trabajo muy eficiente en la interpretación de las propiedades de un agua, así como para hacer comparaciones. También permite ver con facilidad el comportamiento y evolución de un agua en un territorio determinado y a través del tiempo (Fagundo, 1996).

Para la representación gráfica de los análisis de las aguas mineromedicinales son muchos los métodos propuestos, pero ninguno alcanza el ideal de expresar de manera clara y rotunda la mineralización total y la concentración porcentual en miliequivalentes de los diferentes iones, parámetros indispensables para clasificar un agua (Armijo-Castro, 1994).

Entre los métodos gráficos más utilizados se destacan los siguientes: diagrama de barra, diagrama circular, diagrama de Stiff, diagrama triangular, diagrama vertical.

Los diagramas de barras o de columna se han empleado ampliamente por su sencillez. La composición química se puede expresar en mg/l, meq/L o % meq/L. La forma más común consiste en presentar en la columna de la derecha el porcentaje de los miliequivalentes de aniones en el orden Cl-, SO4

2-, HCO3- de arriba hacia abajo y en la

columna de la izquierda, Na+, Mg2+, Ca2+.

El diagrama circular expresa la composición mediante un círculo, cuyos ángulos son proporcionales a las concentraciones y sus radios o diámetros al total de sólidos disueltos, mientras que la suma de los aniones y de los cationes es igual a 1800. Constituye uno de los métodos más útiles para expresar la composición química en el mapa de una zona.

El diagrama de Stiff emplea un sistema de ejes horizontales paralelos y un eje vertical. En cada uno de estos se coloca un ion determinado. Una forma adecuada consiste en colocar en los ejes de la izquierda las concentraciones (meq/L) de los iones Na+ + K+, Ca2+y Mg2+ de arriba hacia abajo y, en el mismo orden, en los ejes de la derecha, los iones Cl-, HCO3

-+ CO32-, así como SO4

2- .

Este método permite apreciar y comparar en forma rápida los diferentes tipos de agua, cuando éstas se encuentran en cantidades limitadas. Es especialmente útil cuando se quieren apreciar cambios en el comportamiento de un agua en determinado tiempo, por características climáticas, hidrogeológicas o efectos antrópicos.

Los mapas hidrogeoquímicos ofrecen una valiosa información sobre las relaciones existentes entre el quimismo de las aguas y las condiciones geológicas, así como físico-geográficas, cuando se superponen en el mismo, la litología presente, la red de drenaje y los diagramas (circulares o de Stiff) con la composición química de las aguas.

Recientemente se ha propuesto por Defrancesco (1991) un tipo de diagrama circular en el cual se representa en una escala logarítmica tanto macro como microconstituyentes y



en la misma gráfica se representa la composición de la muestra estudiada y la del patrón de agua potable, mineral o de bebida envasada según la norma correspondiente (Tillán et.) al, 1996).

Capitulo 3.

MATERIALES Y METODOS

3.1. MARCO GEOGRAFICO, GEOLOGICO E HIDROGEOLOGICO El Balneario San Diego de los Baños se encuentra ubicado junto al pueblo del mismo nombre, municipio Los Palacios, provincia de Pinar del Río (Cuba), en las coordenadas N 315 037 E 256 008 (Fig. 1). Comprende tres manantiales fundamentales: El Tigre, El Templado y La Gallina, los cuales brotan en el cauce del río San Diego de los Baños. A unos 7 Km aguas arriba alumbran, en el propio cauce, varios manantiales denominados M1, M2, M3, M4 y M5 (coordenadas N 318 351 E 250 468). Todas estas manifestaciones termales están asociadas a las fallas Pinar y San Diego de los Baños. La primera falla separa las zonas estructuro-faciales Guaniguanico y San Diego de los Baños, mientras que la segunda falla separa las dos subzonas en que se divide la unidad



tectónica Guaniguanico (Sierra de los Órganos y Sierra del Rosario). Leyenda:

∆ --Manantiales

• --Pozos

Figura 1. Sitios de muestreo en el sector hidrogeológico San Diego de los Baños-Bermejales durante los trabajos de búsqueda detallada realizados por Peláez et. al. (1990).

La geología de la Sierra del Rosario, donde se encuentra ubicado la zona los manantiales del yacimiento objeto de estudio, se caracteriza por una complejidad litológica y estructural, como consecuencia del desplazamiento y transporte tectónico de rocas ocurrido durante el Eoceno Medio (Pszczoiowski, 1978; Academia de Ciencias, 1988 ). Los sedimentos carbonatados acuíferos de la Fm. Artemisa (Jurásico-Superior Cretácico-Inferior) se encuentran intercalados con sedimentos impermeables de tipo efusivo sedimentario, ultrabásico y esquisto arenoso pizarroso de la Fm. San Cayetano (Jurásico Superior). Esta disposición estructural condiciona la formación de un relieve cársico (cokpitkarst), diferente a la de la Sierra de los Órganos, donde es más típica la morfología de mogotes (karren karst). Desde el punto de vista hidrogeológico se pueden distinguir varios sistemas de acuíferos:

a) Complejo acuífero de las rocas efusivo-sedementarias (Cretácico); b) Complejo acuífero asociado a las rocas ultrabásicas, c) Complejo acuífero asociado a materiales terrígeno- carbonatados del Paleógeno; d) Sistema acuífero desarrollado de las calizas del Cretácico; e) Zona de las aguas minerales y f) Complejos acuíferos asociados a las pizarras y esquistos arcillo arenosos (Jurásico- Cretásico). Las características de estas unidades son las siguientes:

a) El complejo de rocas terrígenas de tipo efusivo sedimentarias se encuentra localizado en la parte Norte de la Sierra del Rosario y no guarda relación hidráulica con las aguas minerales estudiadas. En este complejo de rocas se originan cursos superficiales y acuíferos cuyas aguas son del tipo bicarbonatas sódicas o cálcicos sódicas con mineralización entre 0.5 y 1 g/l. Está constituido por aleurolitas, argilitas, areniscas, lavas basálticas andesíticas, calizas y margas de las formaciones Vía Blanca y Encrucijada.

b) El complejo de rocas ultrabásicas está compuesto por serpentinitas, harzburgitas y otras rocas serpentinizadas de edad Cretácico. Originan corrientes superficiales y acuíferos en fisura, cuyas aguas son del tipo bicarbonatas magnesianas con mineralización del orden de 300 mg/l.

c) Estas rocas están distribuidas por toda la Sierra del Rosario, aunque el macizo de mayor elevación se encuentra en la vertiente Norte, sin conexión aparente con las aguas minerales de San Diego de los Baños.



d) El complejo de rocas terrígenos carbonatadas del Paleógeno, por sus características poco permeable y por encontrarse intercaladas entre las calizas, constituyen parte-aguas de las cuencas hidrográficas y vías de conducción autóctonas de cursos superficiales de los sistemas cársicos. No forman sistemas de acuíferos importantes.

e) El complejo de calizas del Cretácico está representado principalmente por calizas masivas organógenas (formaciones Guajaibón y Sierra Azul) y calizas de estratos finos (formación Artemisa). También forman parte de este complejo calcarenitas, aleurolitas y otras rocas. Las aguas de esta unidad hidrogeológica son del tipo bicarbonatada cálcica con mineralizaciones que oscilan entre 0.3 a 0.6 mg/l en dependencia de las características texturales de la roca o del contenido de CO2 y del tiempo de contacto entre el agua y las calizas.

f) Las aguas minerales están asociadas a las rocas de la Fm. Artemisa. Constituyen el drenaje profundo del carso, desarrollado por lo general, en condiciones de confinamiento entre secuencias impermeables.

g) Las secuencias de la formación San Cayetano (edad Jurásico), constituidas por esquistos, pizarras y areniscas, forman parte de las capas impermeables de los yacimientos de aguas minerales. La formación San Cayetano está representada en el área de estudio por areniscas cuarzosas con intercalaciones de aleurolitas, y con escasas intercalaciones de calizas. Estas rocas presentan la composición que se muestra en la tabla 3.

Tabla 3. Composición de los constituyentes presentes en las rocas de la Fm. San Cayetano muestreadas durante los trabajos geológicos efectuados por Peláez et al. (1990). Tipo de roca Constituyente Composición (%)

Areniscas − Granos de cuarzo

− Plagioclasas

− Moscovita

− Turmalina y clorita

− Sericita

60-75

2-5

1-2

1

< 1

Aleurolitas − Cuarzo

− Plagioclasas

− Moscovita

− Fragmentos de roca silícica

− Turmalina

− Sustancias carbonosas

65-70

3

1-2

< 1

< 1

< 1

La formación Artemisa (miembro Zaza) fue cortada, en los trabajos de búsqueda detallada, llevados a cabo en el área por Pelaez et al. (1990), por los pozos 1, 3, 16 y 17.



Está constuida por calizas de estratificación fina que poseen venas de calcita e intercalaciones de aleurolita. El miembro Sumidero de la Fm. Artemisa presenta calizas fétidas de granos muy finos con estratificación de media a gruesa, con venas de calcita e intercalaciones de pedernal.

La presencia de la Fm. Cascarajícara es limitada en el área de estudio. Ocurre en forma de brechas calcáreas, constituídas por fragmentos de pedernales y calizas unidas por un cemento calcáreo.

La formación Manacas se encuentra igualmente distribuída tanto al Norte como al Sur de la zona de estudio. Está representada por aleurolitas, arenas cuarzosas y fragmentos de calizas y aleurolitas.

La zona estructuro facial San Diego de los Baños está representada en el área por afloramientos de areniscas y aleurolitas de la Formación Capdevila.

Los estudios geofísicos y geológicos de pozos arrojaron los siguientes resultados:

El pozo 1 cortó fundmentalmente calizas de la Fm. Artemisa hasta los 344 m. Las aguas del tipo SO4-Ca aparecieron desde los 80 m de profundidad. Mediante estos estudios fueron detectadas cinco zonas u horizontes acuíferos (Tab. 4).

Tabla 4. Horizontes acuíferos que cortó el pozo 1 durante los trabajos de búsqueda desarrollados por Peláez et al. (1990). Horizonte acuífero Tipo de agua T (oC)

0-60 HCO3-Ca 30

60-120 SO4-Ca 31

120-200 SO4-Ca 40

200-280 SO4-Ca 43

280-300 SO4-Ca 46

El pozo 2 comienza en la Fm. San Cayetano, a partir de 88 m corta los depósitos de la Fm. Artemisa, extiendiéndose hasta el final del pozo con excepción de una capa de esquistos ubicada al terminar el corte. El pozo 3 corta primero la Fm. San Cayetano, luego una brecha tectónica y más tarde la Fm. Artemisa. El pozo 4 corta la Fm. Artemisa al principio y al final, mientras que centralmente se localizan los depósitos de la Fm. San Cayetano. El contacto superior entre San Cayetano y Artemisa es transicional, mientras que el contacto inferior es brusco, deteminado al parecer por una brecha tectónica y rocas serpentiníticas que se localizan entre los 194-213 m.

3.2 INVENTARIO DE PUNTOS DE MUESTREO Como fuentes de información se utilizaron algunos textos, revistas especializadas, informes técnicos y trabajos de prospección geológicas realizados por el MINBAS en los yacimientos de aguas minerales estudiadas en esta tesis.



Para la realización de este estudio se tomaron 128 juegos de datos, correspondientes al muestreo realizado por Peláez et al. (1990) entre junio de 1877 y abril de 1990, en manantiales y pozos (a diferentes niveles de profundidad), estos últimos en condiciones de régimen estático y de bombeo continuo, del sistema termal San Diego de los Baños – Bermejales (Pinar del Río, Cuba). Además, se tomaron como referencia 18 juegos de datos adicionales, correspondientes al manantial Mil Cumbres, cuya zona de alimentación está constituida por materiales acuíferos de la Fm. Artemisa, similares a los que ocurren en el área de estudio.

En la tabla 5 (Anexo) se muestra el fichero de datos, el cual contiene el nombre de la muestra, la fecha, la temperatura (oC), el pH, la mineralización expresada en términos de Total de Sólidos Disueltos (TSS, en mg/l), el contenido de CO2 (mg/l), las concentraciones de los iones HCO3

-, CO32-, SO4

2-, Ca2+, Mg2+ y Na++K+ (meq/l), así como la dureza (expresada como mg/l de CaCO3) y los contenidos de H2S (mg/l) y sílice, esta última como H2SiO3 (mg/l). Los datos correspondientes al manantial Mil cumbre se presentan en la tabla 6 (Anexo).

3.3 MÉTODOS ANALÍTICOS Los métodos analíticos utilizados en el estudio realizado por Peláez y colaboladores fueron establecidos por el LACEMI y el Lab. de la Empresa Geológica de Pinar del Río, basados en la metodología de caracterización de aguas minerales, lo cual estaba fundamentada en las técnicas estandarizados para todos los componentes determinados, recogidos en el Standard Methods (APHA, AWWA, WPCF, 1986). Además se estableció un laboratorio de campo ubicado en las propias instalaciones del Balneario de San Diego que permitio realizar en menos de 24 horas la determinaciones siguientes: alcalinidad (HCO3

-, CO32-), Ca2+, Mg2+, SO4

2-, Cl- , Na por técnicas de volumetría y residuos secos (110ºC), gravimetría y fotometría de llama, así como algunos microcomponentes como NO-

2 , NO-3, NH4

+, Fe2+, H2SiO3 por espectrometría UV- visible.

Las determinaciones de temperatura y pH se hicieron “in situ” y otras determinaciones por cálculo, como el contenido de CaCO3 y SST.

El control de la calidad y otras determinacuiones complementarias se realizaron en el laboratorio de la empresa y funmdamentalmente en el laboratorio José I. del Corral (LACEMI), acorde a la metodología establecida para esos trabajos.

3.4 PROCESAMIENTO Y REPRESENTACIÓN DE LOS DATOS Mediante los sistemas DB3PLUS y EXCEL se crearon las bases de datos hidroquímicos tanto de laboratorio como los correspondientes a los yacimientos de aguas minerales, y este último sistema informático también fue utilizado para el procesamiento estadístico de la información de laboratorio.



Los datos fueron procesados por los sistemas informáticos SAPHIQ (Alvarez y Fagundo, 1991; 1998), SACAN (Tillán et al, 1996), ROCKWARE (1995) y Statistica for Windows realease 4,5 (Stat Soff, 1993).

Capítulo 4. 4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

4.1 RESULTADOS ANALITICOS

4.1.1. ANALISIS HISTORICO DE LA COMPOSICION QUIMICA DE LOS MANATIALES DE SAN DIEGO. El descubrimiento de los manantiales de San Diego de los Baños, como la de tantos otros manantiales mineromedicinales de Cuba, esta asociado al uso accidental por parte de los esclavos, de este tipo de fuente. En este caso, un esclavo nombrado “Taita Domingo”, enfermo y por ello separado del resto de la dote, para no contagiarlos, curó su enfermedad dermatológica en esta "aguas milagrosas". Los detalles de esta versión se recoge en la monografía histórica sobre San Diego de los Baños editada por el Editorial Orbe. Instituto del Libro, en 1974 (Revisión Técnica y Edición Dr. Delgado y Olga Ríos Gil) . En esta obra se reseña que en 1632 se concedió por el Ayuntamiento de la Habana, la merced a Don Diego de Sayas y Soto, ubicada junto al Charco de las 12 Palmas y el mogote de la Guira. Otra versión afirma que en el propio año 1632, el



Sr.Don Mateo de Sayas cedió parte de su merced a Diego de Sayas, denominándose a este sitio "Corral de San Diego"

El uso de estas aguas con fines terapéuticos es conocido a partir de 1700. Desde esa fecha según consta en la monografía antes citada (Delgado y Ríos Gil, 1974), acudían al poblado los primeros enfermos, con el fin de darse baños en sus aguas curativas.

Los primeros análisis químicos de estas aguas se realizaron mucho después. En éstos, reportados para el Manantial El Templado, se tomaba como base el residuo que dejaba entre 2 y 4 libras de agua evaporadas hasta sequedad, así, cada libra de agua del manantial contenía: gas hidrógeno sulfurado 0,46 granos; sulfato de cal (Ca SO4), 10,54 granos; hidroclorato de magnesio, 1,0 granos y carbonato de magnesia (MgCO3) , 1,75 granos.

En el trabajo "Análisis de las aguas minerales de San Diego de los Baños", publicado en 1856 en la Revista Médica de la Habana, por el Dr. Mialhe, farmacéutico y Prof. Agregado de la Facultad de Medicina de París (en Delgado y Ríos Gil), se reporta que 1 litro de las aguas minerales de La Paila, El Tigre y El Templado, suministraba la siguiente composición: (expresada en gramos).



Tabla 7. Composición de las aguas de los manantiales de San Diego (1856)

Composición 1 2 3

Sulfato de cal (CaSO4) 1..308 1.195 1.303

Cloruro de Sodio ( NaCl) 0.020 0.036 0.018

Carbonato de Magnesio ( MgCO3) 0.152 0.080 0.039

Carbonato de Cal ( Ca CO3) - - 0.047

Alúmina 0.013 0.009 0.008

Oxido de Hierro - - -

Acido Carbónico libre . - -

Oxígeno - - -

Azufre - -

Azoe -

Materia Orgánica . . -

Sólidos Totales (residuo seco) 1510 1420 1415

!) La Paila; 2) El Tigre; 3) El Templado

Según este autor las aguas estudiadas poseen una composición similar a las de Contrexville (Francia), Louesche (Suiza) y Lucques ( Italia).

El Barón Alejandro de Humbolt, en la obra "Ensayo político sobre la Isla de Cuba " señala que los manantiales El Tigre y El Templado surgen con una temperatura de 95ºF , y en referencia a los análisis del Dr. Estevez , estimó para cada libra de agua 0,40 granos de Hidrógeno Sulfurado (H2S), coincide con sulfarto de cal y clorato de magnesio e inferior en el carbonato de magnesio, en este caso 1, 0 granos, con respecto a los resultados del Dr. Mialhe.

El Dr. José Estevez en 1841 señaló que el agua de los manantiales El Tigre y el Templado procedían de la misma vena de agua, siendo el caudal de la segunda mayor, pero ambos "hediondos", con abundante H2S, cuyo olor es muy sensible al olfato.

En el trabajo de Exploración Detallada de esta región realizada por Pelaez y cols., en 1990, se reportan análisis químicos de estos manantiales efectuados en 1907 y entre 1948- 1965, expresados en términos de sales, similares a los reportados anteriormente con la siguiente composición:



Tabla 8. Composición de agua de manantiales de San Diego (1900-1948) FUENTE 4 5 6 7 8

COMPONENTE mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L

Gas Hidrogeno Sulfurado (H2S) 27.6 78.2 120 10.0 10.0

Sulf.ato de Calcio 630.0 808.0 1552.0 1007.0 1110.2

Sulfato de Sodio 77.4 45.4 44.3

Sulfato de Magnesio 25.9 182.0

Hidroclorato de Magnesio 60.0

Carbonato de Magnesio 105.0

Bicarbonato de magnesio 203.0 336.0 208.0 220.0

Bicarbonato de Calcio 141.0 87.5

Cloruro de sodio 39.0 54.9 54.9 54.9

Acido silícico 29.0

Acido carbónico 65.0

Materia Orgánica 33.0

Sólidos totales 2095.6 1497.3 1477.8

4. Manantial del Balneario (antes de 1900); 5. Manantial del Balneario (Jorge A. Fernández, 1907); 6. Manantial La Gallina (Instituto Nacional de Hidrología y Climatología Médicas, 1948); 7. Manantial El Templado (Instituto Nacional de Hidrología y Climatología Médicas, 1948); 8. Manantial El Tigre (Instituto Nacional de Hidrología y Climatología Médicas, 1948).

Con relación a la radiactividad de esta agua se reportan los siguientes contenidos:

Tabla 9. Radioactividad de las aguas de los manantiales de San Diego Componente 1 2 3 4

(concentración) mµcuries/l mµcuries/l mµcuries/l mµcuries/l

Rn 1.8 2.1 2.2 3.3

R 0.051

1. Manantial El Templado ( Dr. Guerra, 1947); 2. Manantial El Templado ( Dr. Guerra, 1947);3. Manantial El Tigre (Dr. Guerra,1947); 4. Manantial La Gallina, 1947)



4.1.2. ANALISIS RECIENTE DE LAS AGUAS MINERALES DE SAN DIEGO DE LOS BAÑOS

Con el objetivo de darle continuidad a los estudios hidroquímicos realizados en San Diego de los Baños a finales de la década del 80 y principios de la del 90, se realizaron varios muestreos recientes (1998-1999) a los principales manantiales de este Balneario: La Gallina y El Tigre (constituido ahora estos últimos por la mezcla de los manantiales El Tigre y El Templado). En esta ocasión se determinaron “in situ”, mediante modernos equipos electrónicos de campo , sensibles y precisos métodos de análisis: temperatura, pH, Eh, O2 disuelto, conductividad eléctrica (CE), residuo seco (RS), CO2 y H2S. Los macroconstituyentes se determinaron en los Laboratorios LACEMI del MINBAS y del CNIC, mediante las técnicas establecidas para ello(APHA-AWWA-WPCF, 1992) y los microconstituyente fueron analizados en los Laboratorio mediante método de ICP, así como en la Universidad de Huelva mediante el método de ICP-MASAS (Tablas 10 y 11).

Lo novedoso de estas determinaciones con respecto a las anteriores (Peláez et al., 1990), lo constituyen las mediciones de potencial redox, O2 disuelto, CE, RS y microconstituyentes. Las mismas ponen de manifiesto un ambiente muy reductor en las emergencias con una relativamente baja disponibilidad de O2, la existencia de concentraciones de macroconstituyentes similares a las obtenidas en los finales de la década del 80 y el comienzo de la actual y la presencia de un gran número de componentes minoritarios, cuya acción terapéutica específica o conjuntamente con los restantes componentes de estas aguas, pudieran explicar los beneficios que las mismas ofrecen en el Balneario.

El completamiento de la información hidroquímica brinda, además, la posibilidad de obtener los diagramas hidroquímicos de Defrancesco (1992), mediante el algoritmo desarrollado por Tillán et al., (1996). En estos diagramas (Figs. 2 y 3) se compara la composición química de las aguas de La Gallina y El Templado con la del patrón de agua mineral establecido en la Normas Cubana de Agua Mineral (NC 93-01-218), poniéndose de manifiesto el carácter mineral de las mismas, ya que un grupo de componentes sobrepasan la concentración mínima requerida en la misma: TSS, H2S, SO4

2-, Ca2+, entre otros.



Tabla 10. Composición química reciente (07-09-98 y 17-02-99) de los manantiales de San Diego de los Baños. Concentraciones en mg/l. Laboratorio LACEMI (MINBAS).

Parametro La

Gallina El

Templado El

Templado Parametro La Gallina

La Gallina

El Templado

El Templado

Fecha 17-2-99 7-9-98 17-2-99 - 7-9-98 17-2-99 7-9-98 17-2-99 pH 6.9 6.8 7.0 Al < 0.10 < 0.10 < 0.10 < 0.10 CE 2170 1510 1480 As <0.060 <0.80 < 0.10 <0.080 TSS 2119 1294 1309 Ba 0.027 1.076 0.035 1.181 R.S 2141 - 1258 Be 0.002 < 0.002 < 0.002 < 0.002

CaCO3 1535 855 1258 B 0.30 < 0.10 0.16 < 0.10 H2SiO3 22.0 25.4 21.8 Cd <0.005 <0.005 <0.005 < 0.005 HCO3

2- 257 294 304 Cr <0.020 <0.020 <0.020 <0.020 CO3

2- <2 <2 <2 Cu <0.010 <0.010 <0.020 <0.010 Cl- 27 22 25 Fe 0.098 0.051 0.065 0.109

SO42- 1231 628 625 Li <0.05 0.05 <0.05 <0.05

NO3- < 10 < 0.03 < 10 Mn 0.076 0.109 0.040 0.037

NO2 < 0.05 - 0.05 Mo <0.010 - <0.010 - S2- < 1 - < 1 Hg <0.020 - <0.020 -

Ca2+ 529.0 300.6 301.9 Ni <0.010 <0.010 <0.010 <0.010 Mg2+ 50.9 25.5 27.5 P <0.20 - <0.20 - Na+ 23 23 25 Si 20.5 - <0.5 - K+ 1 1 1 Sr 6.390 7.11 3.460 3.58

NH4+ - - - Se <0.040 <0.040 <0.040 <0.040

Sn <0.020 - <0.020 - Sb <0.080 - <0.080 - V <0.010 <0.05 <0.005 <0.005 Zn <0.010 - <0.010 - Cu <0.010 <0.010 <0.010 < 0.10 Pb <0.010 - Pb -



Tabla 11. Composición química reciente (15-08-98) de los manantiales de San Diego de los Baños. Concentraciones en mg/l. Laboratorios CNIC y Universidad de Huelva.

Parametro Unidad La

Gallina El

Templado Parametro Unidad La Gallina

El Templado

Fecha 7-9-98 7-9-98 Fecha 7-9-98 7-9-98 T OC 37.7 34.7 Ca2+ mg/l 450.0 298.6

pH UPH 6.77 6.86 Mg2+ mg/l 42.0 26.4 Eh mV -265.50 -226.0 Na+ mg/l 20.5 20.7

O2 d mg/l 2.8 2.7 K+ mg/l 1.2 1.14 CE mg/l 2220 1570 NH4 mg/l - 0.89 RS mg/l - 1483 B mg/l 0.30 < 0.10

TSS mg/l 1839 1134 Li+ mg/l 0.022 0.013 CaCO3 mg/l 1300 850 Sr mg/l 2.376 1.49

CO2 mg/l 46.2 46.2 Fe mg/l 0.098 < 0.11 H2S mg/l 17.3 9.5 As mg/l 0.0003 0.00036

H2SiO3 mg/l 29.0 24.5 Ba mg/l 0.013 0.012

HCO-3 mg/l 228.8 298.6 Zn mg/l 0.011 0.0044

CO32- mg/l 0 0 Cu mg/l 0.00187 0.001

Cl- mg/l 40.5 33.5 Co mg/l <0.01 (nd) 0.00036 SO4

2- mg/l 1058.0 456.0 Mo mg/l < 0.01 < 0.01 mµc/lNO3

- mg/l <0.2 <0.2 Al mg/l < 0.10 < 0.10 NO2

- mg/l <0.02 <0.02 Pb mg/l 0.00131 0.00075 PO4

3- mg/l - <0.4 Cu mg/l 0.00085 0.0024 F- mg/l 1.1 1.11 Mn mg/l 0.076 < 0.20 Br- mg/l - 0.012 V mg/l <0.005 (nd) I- mg/l - 0.91 Cd mg/l <0.005 n.d 0.00005

Rn mµc/l 1.25 1.04 Hg mg/l <0.02 < 1.0 Ag mg/l 0.000 81 < 0.01 n.d Ni mg/l 0.001 0.0041 Be mg/l n.d 0.00003

Ga mg/l 0.00051 0.00092 Se mg/l 0.0023 0.0022 Rb mg/l 0.00169 0.00085 In mg/l n.d < 0.02 Cs mg/l 0.0047 0.00093 Tl mg/l 0.00014 n.d Bi mg/l 0.00131 n.d U mg/l 0.00029 0.00012



Figura 2. Diagrama de Defrancesco del manantial La Gallina.

Figura 3. Diagrama de Defrancesco del manantial El Templado.



4.2. CARACTERIZACION QUIMICO - FISICA DEL SISTEMA HIDRORTERMAL SAN DIEGO DE LOS BAÑOS - BERMEJALES A PARTIR DEL INFORME GEOLOGICO DE 1990

A partir de los datos hidroquímicos obtenidos durante los trabajos de búsqueda y exploración detallada realizadas en el sistema termal San Diego de los Baños-Bermejales (Peláez et al, 1990), se identifican los proceso geoquímicos que tienen lugar en esa región. El modo de adquisición de la composición química es explicado mediante un modelo geoquímico que establece procesos de disolución de minerales (calcita, dolomita y minerales silícicos), oxidación de piritas con reducción parcial de sulfatos, así como mezclas de aguas de diferentes orígenes.

.

4.2.1. VARIACIÓN ESPACIAL DE LA COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LAS AGUAS Para la mejor interpretación de la información hidroquímica disponible (tabla 5 del Anexo), se seleccionaron un grupo de muestras representativas, cuya composición se muestra en forma de diagramas hidroquímicos de Stiff (1951) en las figuras 4 -10 correspondientes a los manantiales de San Diego de los Baños y Bermejales, así como los pozos 1, 2, 3, 4, 16-19 y 106. Junto a dichas figuras se presenta los correspondientes valores de temperatura, pH, TSS, CaCO3 (tablas 12- 18); en términos de mg/l (tablas 19, 22, 25, 28, 31, 34, 37); en términos de meq/l (tablas 20, 23, 26, 29, 32, 35 y 38); en términos de % meq/l ( tablas 21, 24, 27, 30, 33, 36 y 39).

4.2.1.1 MANANTIALES Y POZOS Las aguas de los manantiales de San Diego de los Baños (El Tigre, El Templado y La Gallina), poseen temperaturas ligeramente mayores (31-36 oC) que las de los manantiales de Bermejales (M1, M2, M3, M4 y M5), las cuales varían entre 31 y 32 oC El pH tiende a ser más bajo (7.15-7.16) y el CO2 más elevado (49-60 mg/l) en las aguas de San Diego y la de los manantiales M1 y M2 de Bermejales (pH entre 7.5 y 7.79 y CO2

entre 29 y 49 mg/l). El H2S es menor en las aguas de San Diego (7.42-11.9) que en Bermejales (31.3-34.8). El contenido de H2SiO3 oscila entre 23.5 y 40 mg/l para todas las aguas, tendiendo a ser algo más elevados en los manantiales de Bermejales. En cuanto a la mineralización, ésta es mayor en los manantiales de Bermejales (2256-2409 mg/l) que en los manantiales de San Diego (1506-1847 mg/l). Por último, el contenido de Rn es mucho más pequeño en los manantiales de Bermejales (1.9-2.3 emanes) que en los manantiales de San Diego de los Baños (9.3-12.5). Los mayores contenidos de TSS se corresponden con los valores de SO4

2-, Ca2+, Cl- y Na+.

En cuanto a las facies hidroquímicas presentes, se observan dos ligeramente diferentes, una de tipo sulfatada bicarbonatada cálcica, presente en el manantial El Templado y ocasionalmente en el manantial El Tigre, y otra de tipo sulfatada cálcica, presente en el resto de los manantiales.



En todos los casos, las aguas pueden ser considerarse como hipertermales de acuerdo a la clasificación de Schoeller (1962) o moderadamente tibias según Borgamov (en Armijo y San Martín, 1994).

Los caudales de todos estos manantiales presentan una gran estabilidad en la descarga durante todo el año, variando entre 1,4 y 1.8 l/seg en El Tigre más El Templado y entre 0.6 y 0.8 g/l en La Gallina. En los manantiales de Bermejales el caudal es del orden de 1 L/seg

Del comportamiento global de los parámetros químico – físicos de los manantiales de San Diego de los Baños y Bermejales, se infiere un origen común de las aguas. La fracción de las precipitaciones que se infiltran en la región a través de las grietas y fisuras presentes en las calizas de la Fm. Artemisa, descienden hasta una cierta profundidad donde se calientan en virtud del gradiente geotérmico, ascendiendo luego por la Falla San Diego de los Baños. Las diferencias observadas con relación a la magnitud de los diferentes parámetros en ambos sitios, pueden deberse a diferencias locales de tipo litológicas y estructurales, así como a la profundidad de descenso, tiempo de residencia y velocidades de ascenso de las aguas, así como su posible mezcla con otras más someras.

Así, el mayor contenido de Rn en las aguas de San Diego de los Baños apunta a un mayor tiempo de contacto agua-roca que en las aguas de Bermejales. En correspondencia con esto, debía esperarse una mayor mineralización y contenidos de CO2 disueltos en las aguas de San Diego. A pesar de que la concentración de este gas es superior en dichos manantiales, ocurre lo contrario con la mineralización, la cual es mayor en los manantiales de Bermejales. Esto pudiera deberse a que las aguas que emergen por San Diego, se mezclan antes con otras menos mineralizadas ubicadas más cerca de la superficie. El hecho de que las aguas de El Tigre y El templado poseen un alto contenido relativo de HCO3

- (19-23 % meq/l) sugiere una posible mezcla con aguas del tipo bicarbonatadas sódicas, típicas de los acuíferos desarrollados en los esquistos, pizarras y areniscas de la Fm. San Cayetano.

El menor contenido de H2S en los manantiales de San Diego con respecto a los de Bermejales pudiera explicarse asumiendo un mayor proceso de reducción bacteriana de sulfatos en las primeras.

Por último, la relativamente menor temperatura de las aguas de los manantiales de Bermejales pudiera deberse a un recorrido más distante (lo cual no es coherente con el comportamiento del Rn), a una menor proporción de mezcla que las de San Diego, o a que dichas aguas ascienden desde una distancia menos profunda. Pudieran conjugarse también más de una de estas causas.



Figura 4. Composición química mediante diagramas de Stiff de los manantiales San Diego de los Baños - Bermejales.

Tabla 12. Propiedades químico físicas de las aguas mineromedicinales de San Diego de los Baños (El Tigre, El Templado y La Gallina) y Bermejales (BM1 –B M5).

No. ToC pH CO2 (mg/l)

H2S (mg/l)

H2SiO3

(mg/l) TSS (mg/l)

CaCO3

(mg/l) Rn (mµc/l)

El Tigre 31 7.16 49 7.72 24.5 1847 1188 0.93

El Templado 36 7.15 49 11.9 24.5 1506 925 1.0

La Gallina 32 7.15 49 11.9 24.5 1846 1175 1.2

BM1 31 7.60 60 38.5 27.1 2277 1494 0.23

BM2 31 7.10 60 33.9 25.3 2329 1520 0.19

BM3 31.5 7.50 29 31.3 40 2308 1520 0.24

BM4 32 7.70 29 34.7 40 2409 1520 0.22



BM5 31 7.50 49 34.8 23.5 2256 1482 0.22

Figura 5. Composición química mediante diagramas de Stiff de las aguas del Pozo 1 (Sector San Diego de los Baños).

Tabla 13. Propiedades químico físicas de las aguas mineromedicinales de Pozo 1 (Sector San Diego de los Baños).


H2S (mg/l)

H2SiO3

(mg/l) TSS

(mg/l) CaCO3

(mg/l) 0-87 26.0 8.0 11.0 0.0 5.1 440 209 0-122 28.0 7.8 22.0 9.1 23.2 1386 985 120-200 34.0 7.7 22.0 19.5 25.7 1761 1217 240-281 36.0 7.6 27.0 28.5 31.3 2654 1911 237-320 46.0 7.2 38.0 39.7 34.2 3042 1886 surgente 36.0 7.3 38.0 24.2 40.0 2694 1848



surgente 36.5 6.75 33.0 25.9 29.2 2675 1821 bombeo 36.0 7.25 33.0 25.0 39.5 2855 1681

bombeo 35.9 7.2 38.0 26.6 39.5 2861 1681

Figura 5. Composición química mediante diagramas de Stiff de las aguas del Pozo 2 (Sector San Diego de los Baños-Bermejales).

Tabla 14. Propiedades químico físicas de las aguas mineromedicinales de Pozo 2 (Sector San Diego de los Baños-Bermejales).


H2S (mg/l)

H2SiO3

(mg/l) TSS

(mg/l) CaCO3

(mg/l) 23 26.0 7.4 18.0 0.0 14.0 871 473



90 30.0 7.7 33.0 0.0 13.9 514 290 110-114 31.0 7.60 8.0 0.0 0.3 183 68 164-167 31.5 7.3 16.0 0.0 4.5 339 152 197-293 31.5 8.0 27.0 0.0 15.3 672 299

Figura 6. Composición química mediante diagramas de Stiff de las aguas del Pozo 3 (Sector San Diego de los Baños-Bermejales).

Tabla 15. Propiedades químico físicas de las aguas mineromedicinales de Pozo 3 (Sector San Diego de los Baños-Bermejales).


H2S (mg/l)

H2SiO3

(mg/l) TSS

(mg/l) CaCO3

(mg/l)



40 25.0 9.0 0.0 0.0 15.3 345 35 0-90 26.0 7.5 33.0 0.0 7.4 606 334 173 28.0 7.8 22.0 0.0 5.2 579 330

0-173 30.0 7.6 27.0 0.0 6.6 564 292 290 34.0 7.9 33.0 0.0 7.4 585 330

Figura 7. Composición química mediante diagramas de Stiff de las aguas del Pozo 4 (Sector Bermejales).

Tabla 16. Propiedades químico físicas de las aguas mineromedicinales de Pozo 4 (Sector Bermejales).


H2S (mg/l)

H2SiO3

(mg/l) TSS

(mg/l) CaCO3

(mg/l)

Bp4 surgente 30.0 7.7 33.0 81.6 18.7 2145 1462 Bp4/100 30.0 7.4 65.0 116.9 20.5 2073 1421



Bp4/103-206 30.2 8.9 0.0 120.0 15.9 1166 62.0 Bp4/145-195 30.5 7.9 33.0 23.9 18.1 1710 766 Bp4/222-288 30.3 7.1 121.0 120.0 4.7 1261 135 Bp4a/bombeo 30.0 8.9 0.0 23.9 15.9 1189 62 Bp4a/103-206 30.5 8.9 0.0 23.9 15.9 1183 62

Bp4a/206-300 30.2 8.65 0.0 28.4 26.3 1303 210 Figura 8. Composición química mediante diagramas de Stiff de las aguas de los Pozos 16, 17, 18, 19 y 106 (Sector San Diego de los Baños).

Tabla 17. Propiedades químico físicas de las aguas mineromedicinales de los Pozos 16, 17, 18, 19 y 106 (Sector San Diego de los Baños).

No ToC pH CO2 (mg/l)

H2S (mg/l)

H2SiO3

(mg/l) TSS

(mg/l) CaCO3

(mg/l)



P16 34.0 7.25 44.0 26.6 37.1 2874 1681

P17/0-250 36.0 7.95 11.0 5.0 29.2 2107 1542 P17/surgente 34.0 7.3 44.0 20.6 37.1 2449 1528 P17/bombeo 33.5 7.25 44.0 26.8 40.5 2680 1681 P18/surgente 35.0 7.7 5.0 0.0 23.7 1017 422

P19 34.0 7.15 55.0 7.4 21.0 1499 968 P19/surgente 33.8 7.4 55.0 7.3 25.5 1958 917 P106/bombeo 34.0 7.85 22.0 0.0 19.7 1546 1044

Figura 9. Composición química mediante diagramas de Stiff de las aguas de los Pozos 12 y 13 (Sector Bermejales). Tabla 18. Propiedades químico físicas de las aguas mineromedicinales de los Pozos 12 y 13 (Sector Bermejales).


H2S (mg/l)

H2SiO3

(mg/l) TSS

(mg/l) CaCO3

(mg/l)



24/01/90 30.5 7.2 55.0 51.2 31.0 2301 1338 25/01/90 29.0 7.35 44.0 51.3 31.3 2393 1324 26/01/90 30.0 7.3 44.0 51.9 27.6 2363 1324 7/02/90 30.0 7.3 55.0 51.9 27.6 2346 1324 8/02/90 29.5 7.3 55.0 49.6 24.2 2370 1324 9/02/90 31.0 7.3 55.0 50.1 25.8 2315 1324 17/02/90 30.0 7.7 22.0 49.3 19.7 2163 1249 19/02/90 30.0 7.55 22.0 49.6 19.7 2218 1249 21/02/90 30.0 7.8 22.0 49.4 19.7 2187 1250 Pozo13 30.0 8.0 44.0 46.3 15.0 591 274

Tabla 19. Concentración (mg/l) de los manantiales de San Diego de los Baños.

Muestra Na+K Ca Mg Cl HCO3 CO3 SO4 El Tigre 67.62 405.00 42.00 37.99 305.00 0.00 989.76 El Templado 73.37 295.00 45.00 37.99 305.00 0.00 749.76 La Gallina 17.71 515.00 57.00 42.25 228.75 0.00 1263.84 BM1 76.36 503.20 56.76 61.06 319.64 0.00 1260.00 BM2 83.72 518.20 53.76 85.91 326.96 0.00 1260.00 BM3 75.44 513.20 56.76 61.06 317.20 0.00 1284.00 BM4 107.18 513.20 56.76 51.12 314.76 0.00 1365.60 BM5 72.91 498.00 56.76 39.05 319.64 0.00 1270.08

Tabla 20. Concentración (meq/l) de los manantiales de San Diego de los Baños. Muestra Na

(meq/l) Ca (meq/l)

Mg (meq/l)

Cl (meq/l)

HCO3 (meq/l)

CO3 (meq/l)

SO4 (meq/l)

El Tigre 2.94 20.25 3.50 1.07 5.00 0.00 20.62 El Templado 3.19 14.75 3.75 1.07 5.00 0.00 15.62 La Gallina 0.77 25.75 4.75 1.19 3.75 0.00 26.33 BM1 3.32 25.16 4.73 1.72 5.24 0.00 26.25 BM2 3.64 25.91 4.48 2.42 5.36 0.00 26.25 BM3 3.28 25.66 4.73 1.72 5.20 0.00 26.75 BM4 4.66 25.66 4.73 1.44 5.16 0.00 28.45 BM5 3.17 24.90 4.73 1.10 5.24 0.00 26.46



Tabla 21. Concentración (% meq/l) de los manantiales de San Diego de los Baños. Muestra %Na %Ca %Mg %Cl %HCO3 %CO3 %SO4

El Tigre 11.0 75.9 13.1 4.0 18.7 0.0 77.3 El Templado 14.7 68.0 17.3 4.9 23.1 0.0 72.0 La Gallina 2.5 82.3 15.2 3.8 12.0 0.0 84.2 BM1 10.0 75.8 14.2 5.2 15.8 0.0 79.0 BM2 10.7 76.1 13.2 7.1 15.8 0.0 77.1 BM3 9.7 76.2 14.0 5.1 15.4 0.0 79.4 BM4 13.3 73.2 13.5 4.1 14.7 0.0 81.2 BM5 9.7 75.9 14.4 3.4 16.0 0.0 80.7

Tabla 22. Concentración (mg/l) del Pozo 1 del sistema hidrotermal de San Diego de los Baños-Bermejales.

Muestra Na+K Ca Mg Cl HCO3 CO3 SO4 0-87 17.48 90.00 10.56 14.56 151.28 0.00 156.00 0-122 8.05 332.80 36.60 22.01 254.37 0.00 732.00 120-200 34.73 400.00 52.08 22.01 195.20 0.00 1057.44 237-320 162.15 636.80 70.44 33.73 168.97 0.00 1969.92 240-281 27.14 636.80 76.56 29.11 154.94 0.00 1729.92 surgente 66.70 612.00 76.44 34.44 174.46 0.00 1729.92 surgente 69.69 616.40 67.20 22.01 170.19 0.00 1729.92 bombeo 188.37 570.60 61.08 50.77 213.50 0.00 1770.24 bombeo 190.90 570.60 61.08 54.67 213.50 0.00 1770.24

Tabla 23. Concentración (meq/l) del Pozo 1 del sistema hidrotermal de San Diego de los Baños-Bermejales. Muestra Na

(meq/l) Ca (meq/l)

Mg (meq/l)

Cl (meq/l)

HCO3 (meq/l)

CO3 (meq/l)

SO4 (meq/l)

0-87 0.76 4.50 0.88 0.41 2.48 0.00 3.25 0-122 0.35 16.64 3.05 0.62 4.17 0.00 15.25 120-200 1.51 20.00 4.34 0.62 3.20 0.00 22.03 237-320 7.05 31.84 5.87 0.95 2.77 0.00 41.04 240-281 1.18 31.84 6.38 0.82 2.54 0.00 36.04



Surgente 2.90 30.60 6.37 0.97 2.86 0.00 36.04 Surgente 3.03 30.82 5.60 0.62 2.79 0.00 36.04 Bombeo 8.19 28.53 5.09 1.43 3.50 0.00 36.88 Bombeo 8.30 28.53 5.09 1.54 3.50 0.00 36.88

Tabla 24. Concentración (% meq/l) del Pozo 1 del sistema hidrotermal de San Diego de los Baños-Bermejales. Muestra %Na %Ca %Mg %Cl %HCO3 %CO3 %SO4 0-87 12.4 73.3 14.3 6.7 40.4 0.0 52.9 0-122 1.7 83.0 15.2 3.1 20.8 0.0 76.1 120-200 5.8 77.4 16.8 2.4 12.4 0.0 85.2 237-320 15.8 71.1 13.1 2.1 6.2 0.0 91.7 240-281 3.0 80.8 16.2 2.1 6.4 0.0 91.5 Surgente 7.3 76.7 16.0 2.4 7.2 0.0 90.4 Surgente 7.7 78.1 14.2 1.6 7.1 0.0 91.4 Bombeo 19.6 68.2 12.2 3.4 8.4 0.0 88.2 Bombeo 19.8 68.1 12.1 3.7 8.3 0.0 88.0


Muestra Na+K Ca Mg Cl HCO3 CO3 SO4 23 65.32 104.60 50.76 61.06 383.08 0.00 206.40 90 19.09 102.00 8.28 14.56 336.72 0.00 33.12 110-114 26.45 26.00 0.60 17.04 73.20 0.00 39.36 164-167 32.43 54.00 4.20 17.04 190.32 0.00 41.28 197-293 82.57 94.00 15.24 122.48 302.56 0.00 55.20

Tabla 26. Concentración (meq/l) del Pozo 2 del sistema hidrotermal de San Diego de los Baños-Bermejales.

Muestra Na (meq/l)

Ca (meq/l)

Mg (meq/l)

Cl (meq/l)

HCO3 (meq/l)

CO3 (meq/l)

SO4 (meq/l)

23 2.84 5.23 4.23 1.72 6.28 0.00 4.30 90 0.83 5.10 0.69 0.41 5.52 0.00 0.69



110-114 1.15 1.30 0.05 0.48 1.20 0.00 0.82 164-167 1.41 2.70 0.35 0.48 3.12 0.00 0.86 197-293 3.59 4.70 1.27 3.45 4.96 0.00 1.15

Tabla 27. Concentración (% meq/l) del Pozo 2 del sistema hidrotermal de San Diego de los Baños-Bermejales.

Muestra %Na %Ca %Mg %Cl %HCO3 %CO3 %SO4

23 23.1 42.5 34.4 14.0 51.1 0.0 35.0 90 12.5 77.0 10.4 6.2 83.4 0.0 10.4 110-114 46.0 52.0 2.0 19.2 48.0 0.0 32.8 164-167 31.6 60.5 7.8 10.8 70.0 0.0 19.3 197-293 37.6 49.2 13.3 36.1 51.9 0.0 12.0


Muestra Na+K Ca Mg Cl HCO3 CO3 SO4 40 88.78 8.00 3.60 17.04 204.96 0 34.56 0-90 27.14 122.60 6.60 26.98 383.08 0.00 39.36 173 22.08 114.00 10.80 22.01 363.56 0.00 47.04 0-173 33.12 109.00 4.80 22.01 353.80 0.00 41.76 290 23.69 119.00 7.80 24.50 358.68 0.00 50.88


Muestra

Na (meq/l)

Ca (meq/l)

Mg (meq/l)

Cl (meq/l)

HCO3 (meq/l)

CO3 (meq/l)

SO4 (meq/l)

40 3.86 0.40 0.30 0.48 3.36 0.00 0.72 0-90 1.18 6.13 0.55 0.76 6.28 0.00 0.82 173 0.96 5.70 0.90 0.62 5.96 0.00 0.98



0-173 1.44 5.45 0.40 0.62 5.80 0.00 0.87 290 1.03 5.95 0.65 0.69 5.88 0.00 1.06


Muestra %Na %Ca %Mg %Cl %HCO3 %CO3 %SO4

40 84.6 8.8 6.6 10.5 73.7 0.0 15.8 0-90 15.0 78.0 7.0 9.7 79.9 0.0 10.4 173 12.7 75.4 11.9 8.2 78.8 0.0 13.0 0-173 19.8 74.8 5.5 8.5 79.6 0.0 11.9 290 13.5 78.0 8.5 9.0 77.1 0.0 13.9


Muestra Na+K Ca Mg Cl HCO3 CO3 SO4

Bp4surgente 53.13 482.20 61.44 44.02 234.24 0.00 1270.08

Bp4/100 46.46 468.40 60.00 39.05 239.12 0.00 1220.16

Bp4/103-206 356.04 2.40 13.44 97.27 460.55 120.00 116.64

Bp4/145-195 209.30 209.20 58.20 57.87 385.52 0.00 790.08

Bp4/222-288 323.15 30.00 14.40 154.43 672.83 0.00 65.76

Bp4a/bombeo 362.48 2.40 13.44 97.27 472.75 120.00 120.48

Bp4a/103-206 360.64 2.40 13.44 97.27 472.75 120.00 116.64

Bp4a/206-300 334.42 58.60 15.24 113.60 503.25 120.00 157.92


Muestra Na (meq/l)

Ca (meq/l)

Mg (meq/l)

Cl (meq/l)

HCO3 (meq/l)

CO3 (meq/l)

SO4 (meq/l)

Bp4surgente 2.31 24.11 5.12 1.24 3.84 0.00 26.46



Bp4/100 2.02 23.42 5.00 1.10 3.92 0.00 25.42 Bp4/103-206 15.48 0.12 1.12 2.74 7.55 4.00 2.43 Bp4/145-195 9.10 10.46 4.85 1.63 6.32 0.00 16.46 Bp4/222-288 14.05 1.50 1.20 4.35 11.03 0.00 1.37 Bp4a/Bombeo 15.76 0.12 1.12 2.74 7.75 4.00 2.51 Bp4a/103-206 15.68 0.12 1.12 2.74 7.75 4.00 2.43 Bp4a/206-300 14.54 2.93 1.27 3.20 8.25 4.00 3.29


Muestra %Na %Ca %Mg %Cl %HCO3 %CO3 %SO4 Bp4surgent 7.3 76.4 16.2 3.9 12.2 0.0 83.9 Bp4/100 6.6 76.9 16.4 3.6 12.9 0.0 83.5 Bp4/103-206 92.6 0.7 6.7 16.4 45.2 23.9 14.5 Bp4/145-195 37.3 42.9 19.9 6.7 25.9 0.0 67.4 Bp4/222-288 83.9 9.0 7.2 26.0 65.9 0.0 8.2 Bp4a/bombeo 92.7 0.7 6.6 16.1 45.6 23.5 14.8 Bp4a/103-206 92.7 0.7 6.6 16.2 45.8 23.6 14.4 Bp4a/206-300 77.6 15.6 6.8 17.1 44.0 21.3 17.6

Tabla 34. Concentración (mg/l) de los Pozos 12 y 13 del sistema hidrotermal de San Diego de los Baños-Bermejales.

Muestra Na+K Ca Mg Cl HCO3 CO3 SO4 24/01/90 150.42 448.40 51.96 54.67 335.50 0.00 1260.00 25/01/90 186.30 438.20 54.96 42.96 320.25 0.00 1350.24 26/01/90 176.64 438.20 54.96 42.96 320.25 0.00 1330.08 7/02/90 172.04 438.20 54.96 50.77 320.25 0.00 1309.92 8/02/90 179.17 438.20 54.96 46.86 320.25 0.00 1330.08 9/02/90 162.84 438.20 54.96 58.58 320.25 0.00 1280.16 17/02/90 149.04 417.80 48.96 23.43 213.50 0.00 1309.92 19/02/90 165.60 417.80 48.96 31.24 244.00 0.00 1309.92 21/02/90 154.10 428.00 43.20 23.43 228.75 0.00 1309.92 Pozo13 53.59 86.00 14.04 38.70 361.12 0.00 37.92

Tabla 35. Concentración (meq/l) de los Pozos 12 y 13 del sistema hidrotermal de San Diego de los Baños-Bermejales.

Muestra Na (meq/l)

Ca (meq/l)

Mg (meq/l)

Cl (meq/l)

HCO3 (meq/l)

CO3 (meq/l)

SO4 (meq/l)

24/01/90 6.54 22.42 4.33 1.54 5.50 0.00 26.25 25/01/90 8.10 21.91 4.58 1.21 5.25 0.00 28.13 26/01/90 7.68 21.91 4.58 1.21 5.25 0.00 27.71



7/02/90 7.48 21.91 4.58 1.43 5.25 0.00 27.29 8/02/90 7.79 21.91 4.58 1.32 5.25 0.00 27.71 9/02/90 7.08 21.91 4.58 1.65 5.25 0.00 26.67

17/02/90 6.48 20.89 4.08 0.66 3.50 0.00 27.29 19/02/90 7.20 20.89 4.08 0.88 4.00 0.00 27.29 21/02/90 6.70 21.40 3.60 0.66 3.75 0.00 27.29

Pozo13 2.33 4.30 1.17 1.09 5.92 0.00 0.79 Tabla 36. Concentración (% meq/l) de los Pozos 12 y 13 del sistema hidrotermal de San Diego de los Baños-Bermejales.

Muestra %Na %Ca %Mg %Cl %HCO3 %CO3 %SO4 24/01/90 19.6 67.3 13.0 4.6 16.5 0.0 78.9 25/01/90 23.4 63.3 13.2 3.5 15.2 0.0 81.3 26/01/90 22.5 64.1 13.4 3.5 15.4 0.0 81.1 7/02/90 22.0 64.5 13.5 4.2 15.5 0.0 80.3 8/02/90 22.7 63.9 13.4 3.9 15.3 0.0 80.8 9/02/90 21.1 65.3 13.6 4.9 15.6 0.0 79.4

17/02/90 20.6 66.4 13.0 2.1 11.1 0.0 86.8 19/02/90 22.4 64.9 12.7 2.7 12.4 0.0 84.8 21/02/90 21.1 67.5 11.4 2.1 11.8 0.0 86.1

Pozo13 29.9 55.1 15.0 14.0 75.9 0.0 10.1

Tabla 37. Concentración (mg/l) de los Pozo Pozos 16, 17, 18, 19 y 106 del sistema hidrotermal de San Diego de los Baños-Bermejales.

Muestra Na+K Ca Mg Cl HCO3 CO3 SO4 P16 196.19 570.60 61.08 62.84 213.50 0.00 1770.24 P17/0-250 7.59 514.60 61.08 34.44 189.10 0.00 1299.84 P17/surgente 123.28 489.20 73.32 39.05 244.00 0.00 1479.84 P17/bombeo 131.79 570.60 61.08 50.77 213.50 0.00 1652.16 P18/surgente 144.44 142.60 15.84 19.88 66.49 0 627.84 P19 48.76 341.40 27.48 24.50 276.94 0.00 780.00 P19/surgente 225.17 310.80 33.60 31.24 228.75 0.00 1128.00 P106/bombeo 32.20 321.00 58.08 19.53 334.89 0 780.00

Tabla 38. Concentración (meq/l) de los Pozos 16, 17, 18, 19 y 106 del sistema hidrotermal de San Diego de los Baños-Bermejales.

Muestra Na (meq/l)

Ca (meq/l)

Mg (meq/l)

Cl (meq/l)

HCO3 (meq/l)

CO3 (meq/l)

SO4 (meq/l)

P16 8.53 28.53 5.09 1.77 3.50 0.00 36.88 P17/0-250 0.33 25.73 5.09 0.97 3.10 0.00 27.08



P17/surgente 5.36 24.46 6.11 1.10 4.00 0.00 30.83 P17/bombeo 5.73 28.53 5.09 1.43 3.50 0.00 34.42 P18/surgente 6.28 7.13 1.32 0.56 1.09 0.00 13.08 P19 2.12 17.07 2.29 0.69 4.54 0.00 16.25 P19/surgente 9.79 15.54 2.80 0.88 3.75 0.00 23.50 P106/bombeo 1.40 16.05 4.84 0.55 5.49 0.00 16.25

Tabla 39. Concentración (% meq/l) de los Pozos 16, 17, 18, 19 y 106 del sistema hidrotermal de San Diego de los Baños-Bermejales.

Muestra %Na %Ca %Mg %Cl %HCO3

%CO3 %SO4

P16 20.2 67.7 12.1 4.2 8.3 0.0 87.5 P17/0-250 1.1 82.6 16.3 3.1 10.0 0.0 86.9 P17/surgente 14.9 68.1 17.0 3.1 11.1 0.0 85.8 P17/Bombeo 14.6 72.5 12.9 3.6 8.9 0.0 87.5 P18/surgente 42.6 48.4 9.0 3.8 7.4 0.0 88.8 P19 9.9 79.5 10.7 3.2 21.1 0.0 75.7 P19/surgente 34.8 55.2 10.0 3.1 13.3 0.0 83.5 P106/Bombeo 6.3 72.0 21.7 2.5 24.6 0.0 72.9



Pozo 1 Este pozo fue perforado hasta unos 300 m de profundidad, durante los trabajos de búsqueda detallada y exploración orientativa realizados en 1990en el sector hidrogeológico de San Diego de los Baños (Fig. 1) por Peláez y colaboradores. El mismo sólo cortó calizas de la Fm. Artemisa y de acuerdo a las propiedades de las aguas muestreadas, se pudieron determinar hasta cinco zonas hidrogeoquímicas (figura 3 y tablas 2, 3 y 4). Como regla general, se aprecia un aumento creciente de la temperatura, desde 26 oC en la primera zona hasta los 46 oC en la última. En ese sentido descienden el pH (de 8.0 a 7.2) y se incrementan el CO2 (de 11 a 38 mg/l), el H2S (de 0 a 39.7), el H2SiO3 (de 51.1 a 34.2 mg/l), la mineralización (de 440 a 3042 mg/l) y la dureza (de 209 a 1886 mg/l).

Durante los experimentos hidrogeológicos este pozo se hizo surgente. En las referidas figuras y tablas también se muestran los resultados del muestreo realizado en el pozo 1 en condiciones de surgencia y de bombeo, cuya composición es similar entre sí y a la de los horizontes acuíferos más profundos.

Si se realiza una comparación entre los resultados reportados en las tablas 19 y 22 se muestra una mayor variabilidad relativa de la composición de las aguas de este pozo con respecto a las aguas de los manantiales siendo más significativa la de los iones HCO3

- y SO42-.

Pozo2 Se encuentra ubicado entre los manantiales de San Diego de los Baños y los de Bermejales, más próximo a los primeros (Fig. 1). Durante la perforación este pozo comenzó cortando la Fm. San Cayetano y a partir de los 88 m, cortó la Fm. Artemisa hasta el final, cerca de los 300 m de profundidad.

En la figura 5 se observa la composición química de las aguas muestreadas desde 0 hasta 293 m de profundidad, detectándose cinco zonas hidrogeoquímicas, correspondientes a horizontes acuíferos diferentes.

En la primera zona las aguas son del tipo bicarbonatadas sulfatadas cálcicas magnésicas sódicas (Tab. 25), con mineralización del orden de 473 mg/l, baja temperatura (26 oC), pH neutro (7.4) y bajo contenido de CO2 (18 mg/l), ausencia de H2S , bajos contenidos de sílica (14 mg/l) y relativamente alta dureza (473 mg/l). Esta facies hidroquímica pudiera tener su origen en los procesos de disolución de calizas, dolomitas y silicatos presentes en el melange de rocas carbonatadas y silicatos asociados al material brechoso que se produce en el contacto tectónico entre las capas de las formaciones Artemisa y San Cayetano.

A los 90 m ocurre un horizonte acuífero cuyas aguas son del tipo bicarbonatadas cálcicas con temperaturas del orden de 30 oC, mediana mineralización (514 mg/l) y dureza (260 mg/l), pH neutro (7.7), alto contenido de CO2 (33 mg/l), ausencia de H2S y



bajo contenido de sílice 13.9 mg/l), originadas, al parecer, por disolución de calizas puras.

En el intervalo de 110-114 m el horizonte acuífero es poco permeable, característico de un material constituido por calizas poco permeables o areniscas cuyos poros se encuentran parcialmente cementados.

Las aguas en esta capa, del tipo bicarbonatadas sulfatadas cálcicas sódicas, poseen muy baja mineralización (183 mg/l) y dureza (68 mg/l), temperatura similar a la anterior, pH neutro (7.6), poco CO2 (8 mg/l), ausencia de H2S, my bajos contenido de sílice (0.3 mg/l).

En el intervalo de 164-167 m, las aguas son similares en composisicón química relativa a las anteriores, pero con mayor mineralización (339 mg/l), contenidos iónicos y dureza (152 mg/l). El pH es más bajo (7.3) y el CO2 mayor (16 mg/l). Tampoco posee H2S y el H2SiO3 es algo más alto que en el caso anterior (15.3 mg/l). La temperatura de estas aguas aumenta ligeramente con la profundidad, desde 26 hasta 32 oC.

Pozo 3 Se encuentra ubicado entre los manantiales de San Diego de los Baños y los de Bermejales, más próximo a estos últimos (Fig. 1). Corta primero a la Fm. San Cayetano, luego una brecha tectónica y posteriormente las calizas de la Fm Artemisa. En los primeros 40 m, el acuífero presenta aguas del tipo bicarbonatadas sódicas de bajas temperatura (25 oC) y mineralización (345 mg/l) y dureza (35 mg/l) (Fig. 26, Tabs(15, 28) Son aguas básicas (pH = 9) donde están presentes iones CO3

2- junto a HCO3-. El

catión predominante es el Na+, no posee CO2 ni H2S y el contenido de sílice es de 15.3 mg.l. Esta composición es característica de un agua que drena sedimentos y rocas constituidas por silicatos.

A partir de esta profundidad hasta los 290 m, el pozo exhibe aguas del tipo bicarbonatadas cálcicas originadas seguramente por disolución de calizas relativamente puras. Su temperatura asciende lentamente desde 26 hasta 34 oC, la mineralización oscila entre 564 y 606 mg/l, la dureza lo hace entre 292 y 334 mg/l, el pH es neutro tendiendo a ligermente básico (7.5-7.9) y el contenido de CO2 es relativamente alto (22-33 mg/l). En forma similar a las aguas del pozo 2 y las de la primera capa del pozo 3, éstas tampoco contienen H2S. En cuanto al sílice, su contenido es inferior (5.2-7.4) a las aguas que drenan la Fm. San Cayetano.

Pozo 4 Este pozo fue perforado en las cercanías de los manantiales de Bermejales (Fig. 1). Corta al principio y al final la Fm. Artemisa, mientras que en las zonas intermedias (entre los 200 y 300 m) corta la Fm. San Cayetrano. Mientras el primer contacto tectónico es de tipo transicional, el segundo es brusco, apareciendo una brecha tectónica y una serpentinita (Peláez et al., 1990).

La temperatura en este pozo varía poco, entre 28 y 30.5 oC.



Hasta los 100 m de profundidad las aguas son similares en su composición a las de los manantiales de Bermejales. Poseeen temperaturas del orden de 30 oC, mineralización (2073-2143 mg/l) y dureza (1421-1462 mg/l) elevadas, pH neutro (7.4-7.7) con contenidos relativamente altos de CO2 (33-65 mg/l) y muy altos de H2S (81.6-116.9 mg/l).

Entre los 100 y 200 m, aproximadamente, las aguas muestran una facies hidroquímica del tipo bicarbonatada sódica, con pH elevado (8.9), ausencia de CO2 y presencia de iones CO3

2- junto a HCO3-. La mineralización de estas aguas es alta (1166 mg/l),

mientras que la dureza es baja (62 mg/L). Poseen un elevado contenido de H2S (120 mg/l) y contrario a lo esperado, poseen un relativamente bajo contenido de sílice (15.6 mg/l).

El origen de estas aguas está asociado, posiblemente, a los procesos geoquímicos y biogeoquímicos de disolución de silicatos en condicones hidrotermales.

Entre los 145 y 195 m la facie hidroquímica es sulfatada cálcica sódica, al parecer originada por mezcla entre aguas de los tipos sulfatadas cálcicas y bicarbonatadas sódicas, asociadas a las formaciones Artemisa y San Cayetano respectivamente. Estas aguas presentan valores de pH, CO2, H2S, H2SiO3, TSS y CaCO3 que son intermedios entre las muestras tomadas a 100 y 103-106 m respectivamente (Tab. 16).

Entre 222 y 300 m, las aguas poseen una composición química similar a la de la muestra tomada entre 103 y 106 m, siendo de nuevo la facies hidroquímica presente la bicarbonatada sódica.

Pozos 16-19 y 106. Estos pozos fueron perforados en el sector hidrogeológico de San Diego de los Baños (Fig. 1). Sus propiedades químico-físicas se muestran en las figuras 7 y las tablas 17 y 37-39.

Las aguas en estos pozos tienden a presentarse como sulfatadas cálcicas, sulfatadas bicarbonatadas cálcicas y sulfatadas cálcicas sódicas, con mineralización que varía entre 1499 y 2874 mg/l, y dureza entre 698-1681 mg/l. El pH oscila entre 7.15 y 7.95, mientras que el contenido de CO2, relativamente alto en ocasiones, varía entre 5 y 55 mg/l. El H2S varía mucho también (0-26.8 mg/l) y la sílice, más estable, varía entre 19.7 y 40.5 mg/l.

Pozos 12 y 13 Fueron perforados en el sector hidrogeológico de Bermejales. Su composición se muestra en las figuras 8 y en las tablas 18y 34-36).

Las aguas del pozo 12 son del tipo sulfatadas cálcicas sódicas, con elevadas mineralización (1250-1338 mg/l) y dureza (1249-1378 mg/l), con pH generalmente neutro (7.3-7.8), con alto o mediano contenido de CO2 (22-55 mg/l) y elevado contenido de H2S (49.4-51.9 mg/l). La sílice es relativamente alta (19.7-31.3 mg/l).



Las aguas del pozo 13, por el contrario son del tipo bicarbonatadas cálcico sódicas de mediana mineralización (591 mg/l) y dureza (274 mg/l). El pH es básico (8.0), mientras que el CO2 es anormalmente alto y no coherente con el pH. El H2S es también elevado (46.3 mg/l). El contenido de sílice no es elevado (15 mg/l).

4.2.2. VARIACIÓN TEMPORAL DE LA COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LAS AGUAS

Las aguas minerales comunmente poseen una composición química estable, al igual que la microflora presente, la temperatura y el caudal (Armejo y San Martín, 1994), lo cual se manifiesta por los cambios poco apreciables del quimismo ante el efecto del ciclo hidrológico. El requisito de estabilidad de estos atributos es exigido incluso en las normas de aguas mineales de muchos paises (NC 93-01-218; 1995).

Sin embargo, la literatura científica recoge algunos ejemplos de surgencias, donde la composición química de las aguas han sufrido cambios apreciables en un período de tiempo prolongado. Este es el caso, por ejemplo, de la Fuente del Piano (Forti, (1988), resurgencia cársica situada en el macizo de Emilia Romagna (Italia), la cual posee aportes autóctonos y alóctonos de carácter subsuperficial y aportes del drenaje profundo de tipo hidrotermal. Según los reportes analíticos, el contenido de NaCl de estas aguas era de 15 g/l en 1862; 6.5 g/l en 1907; 4.1 g/l en 1947; 2.3-3.4 g/l en 1977 y 3.0 a 3.1 g/l en 1984.

La evolución en el tiempo de los principales parámetros químico-físicos de los manantiales de San Diego de los Baños y Bermejales, no puede determinarse con precisión a partir de los datos disponibles, debido a que el muestreo no fue realizado de manera sistemática a lo largo de uno o más años hidrológicos, los mismos fueron llevados a cabo durante algunos meses del intervalo 1987-1990, No obstante, el procesamiento estadístico de los datos brinda la posibilidad de evaluar la variabilidad de los principales parámetros a partir de algunos estadígrafos como la desviación estándar (D.S.) y el coeficiente de variación (C.V.). En el caso del manantial La Gallina, hay datos que cubren prácticamente un año hidrológico, por lo que es posible estudiar la variación de la composición química de los principales parámetros químico-físicos a través del análisis de series cronológicas (Fig.10).



En la tabla 40 observa que la mayor variabilidad corresponde al SO42-, debido

posiblemente a las deficiencias que se presentan en el procedimiento utilizado en la determinación de este ion. En general, los coeficientes de variación de la mineralización (TSS) oscilan entre 3.8 y 11.5 %, los de los sulfatos entre 6.3 y 16.4 %, los de los bicarbonatos entre 4.4 y 11.9 %, y los del calcio entre 2,9 y 12.8 %. La mayor estabilidad tiende a presentarse en el manantial el Templado y la menor en el manantial El Tigre.

En la tabla 41 se presentan los resultados estadísticos referidos a la variación temporal de los principales datos hidroquímicos correspondientes al pozo 1 en condiciones de surgencia (23-10-88 a 03-10-89). Salvo el pozo 1que contiene aguas de tipo termomineral, los restantes pozos presentan una variación muy grande, al menos en alguno de sus componente mayoritarios, con C.V superiores al 50 %.



Figura 10. Efecto del bombeo continuo sobre la temperatura (oC), TSS (mg/l) y las concentraciones de SO42-, Ca2+ y H2S (mg/l) de las aguas del Pozo 1.

Pozo 1

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264 336 360 348 408 432 456 480T iem po (h)

Ca,

SO

4 y

TSS

(mg/

l)

0

10

20

30

40

Tem p eratu ra (oC )

H2S

(mg/

L)

T SS(m g/l)SO 4(m g/l)C a(m g/l)H 2S(m g/l)T EMP

C.V.= 0 .42%

C.V .= 2 .84%

C.V.= 6 .03%

C.V.= 2 .27%

C .V .= 0.34%



TAB 40 Estadígrafos de los componentes más abundantes en los manantiales de San Diego de los Baños y Bermejales

Estadígrafo

Sitio de muestreo Parámetro

Media Mínimo Máximo D.E. C.V. (%)

TSS 1651 1430 1849 190.5 11.5 HCO3

- 317 305 337 13.9 4.4 SO4

2- 843 695 990 138.5 16.4

Manantial El Tigre (N = 5) Ca2+ 356 314 405 45.5 12.8

TSS 1547 1473 1642 50.2 3.8 HCO3

- 315 290 336 15.8 5.0 SO4

2- 764 715 851 48.5 6.3

Manantial

El Templado (N = 6) Ca2+ 307 295 316 8.9 2.9

TSS 1936 1724 2138 151.2 10.0 HCO3

- 260 229 295 26.0 10.0 SO4

2- 1104 830 1265 117.2 10.6

Manantial La Gallina

(N = 7) Ca2+ 460 419 516 36.2 7.9 TSS 2385 2053 2661 240.8 10.1 HCO3

- 174 244 320 32.7 11.4 SO4

2- 1395 1110 1621 198.8 14.3

Manantial M1

Bermejales (N = 7) Ca2+ 457 439 504 22.3 4.9

TAB. 41. Estadígrafos de los componentes más abundantes en algunos pozos del sistema hidrotermal San Diego de los Baños-Bermejales

Estadígrafo

Sitio de muestreo Parámetro

Media Mínimo Máximo D.E. C.V. (%)

TSS 2818 2657 3045 97.6 3.5 HCO3

- 205 155 293 18.5 9.0 SO4

2- 1763 1651 1971 68.7 3.9

Pozo 1 (N = 31)

Ca2+ 578 561 637 19.6 3.4 TSS 516 183 872 270.9 52.5 HCO3

- 257 73 386 125.1 48.6 SO4

2- 75 33 207 73.9 98.3

N Pozo 2(N = 5) (N = 5)

Ca2+ 76 26 105 34.7 45.5 TSS 536 345 606 108.0 20.1 HCO3

- 328 181 383 83.2 25.4 SO4

2- 43 35 51 6.4 15.0

Nb Pozo 3 (N = 5)

Ca2+ 95 8 123 48.7 51.5 TSS 2297 2165 2395 85.2 3.5 HCO3

- 292 214 336 47.9 16.4 SO4

2- 1311 1261 1351 27.0 2.1

Pozo 12 (N = 9)

Ca2+ 430 418 449 10.4 2.4



4.3 PROCESOS GEOQUIMICOS Y ORIGEN DE LA COMPOSICION

QUIMICA DEL SISTEMA HIDROTERMAL SAN DIEGO DE LOS BAÑOS – BERMEJALES.

4.3.1 RECONOCIMIENTO DE PATRONES HIDROGEOQUIMICOS Debido a la estabilidad relativa de la composición química de las aguas minerales, los métodos de reconocimiento de patrones constituyen una herramienta prometedora para el análisis de los tipos de aguas presentes en un sistema hidrotermal, sus posibles cambios y sus orígenes. Entre estos métodos, el propuesto por Fagundo (1996, 1998) ha mostrado gran utilidad para la interpretación de los procesos geoquímicos que tienen lugar en el medio acuatico y para el control de la calidad de las aguas mediante métodos basados en modelos hidrogeoquímicos (Fagundo, 1996; Fagundo y Rodríguez, 1991). En el campo de las aguas minerales, el empleo de estos métodos de reconocimiento de patrones han permitido establecer diferencias hidroquímicas en distintas fuentes (Sánchez et al, 1996; Tillán et al, 1997) En el método mencionado en el párrafo anterior, la composición química es expresada en términos de tanto por diez, lo cual se logra dividiendo por 10 la concentración expresada en porcentaje de meq/l y luego redondeando a números enteros entre 1 y 9. Según esta notación, cada patrón se expresa mediante un juego de seis números enteros (tres para los aniones y tres para los cationes), ordenados según la secuencia: Na++K+:Ca2+:Mg2+ Cl-:HCO3

-:SO42-. De esta forma se pueden crear hasta 27X27=729

combinaciones numéricas o patrones hidrogeoquímicos. La operación de clasificación de los datos y la representación gráfica de los patrones (diagramas de Stiff), se realiza mediante un sistema automatizado, el cual además realiza la clasificación hidroquímica por el método de Kurlov. (Vinardell et al., 1999). En la tabla 42 se presentan los resultados del procesamiento de 117 datos hidroquímicos, correspondientes al muestreo realizado por Peláez et al. (1990). Se obtienen por esta vía un total de 27 patrones y 13 tipos hidroquímicos de agua (Fig. 11) de su análisis se puede inferir que dichos patrones pudieran originarse a partir de los siguientes caminos de reacción:



Figura 11. Patrones hidrogeoquímicos en el sistema hidrotermal San Diego de los



Baños-Bermejales.



Tabla 42- Patrones hidrogeoquímicos y tipos de aguas presentes en el sistema hidrotermal San Diego de los Baños - Bermejales. No. Patrón (Fagundo) Tipo de agua (Kurlov) N

P1 181 - 181 HCO3 - Ca 4 P2 271 - 181 HCO3 - Ca 1 P3 361 - 181 HCO3 - Ca > Na 1 P4 361 - 172 HCO3 - Ca > Na 1 P5 244 - 253 HCO3 > SO4 - Ca > Na 1 P6 244 - 154 HCO3 > SO4 - Ca > Na >Mg 1 P7 451 - 451 HCO3 > Cl- Ca > Na 1 P8 811 - 172 HCO3 - Na 1

P9 811 - 262 HCO3 > Cl- Na HCO3 > SO4 >Cl- Na 4

P10 811 - 361 HCO3- Cl- Na 3 P11 451 - 118 SO4 - Ca > Na 2 P12 361- 118 SO4 - Ca > Na 6

P13 271 - 118 SO4 - Ca > Na SO4 - Ca 38

P14 172 - 118 SO4 - Ca 1 P15 181 - 118 SO4 - Ca 26 P16 181 -127 SO4 > HCO3- Ca 5

P17 172 - 127 SO4 > HCO3- Ca SO4 > HCO3- Ca >Mg 8

P18 172 - 136 SO4 > HCO3- Ca 2 P19 172 - 145 SO4 > HCO3- Ca 1

P20 271 - 127 SO4 > HCO3- Ca SO4 > HCO3- Ca > Na 5

P21 271 -.118 SO4 > HCO3- Ca > Na 2 P22 361 - 127 SO4> HCO3- Ca > Na 1 P23 442 - 127 SO4> HCO3- Ca > Na 1 P24 442 - 136 SO4> HCO3- Ca > Na 1

1. Disolución de calizas (reacción favorecida a bajas temperaturas) con la participación

de una cierta cantidad de CO2 de carácter biogénico o hidrotermal. En este caso no se produce cambio de patrón hidrogeoquímico, la composición del agua cambia cualitativamente y no cuantitativamente:

181 - 181 --------> 181 - 181 (HCO3 - Ca --------> HCO3 - Ca)

En el caso en que se produzca una reconcentración del Cl- por evapotranspiración o efecto termal, la evolución pudiera ser del tipo:

181 - 181 --------> 181 - 271 (HCO3 - Ca -------------> HCO3 > Cl- - Ca)

2. Disolución de aluminosilicatos (reación favorecida por las altas temperaturas) y reconcentración de Cl- por los mecanismos anteriores:

811 - 181 --------> 811 - 271



(HCO3 - Na --------> HCO3 > Cl - Na) 3. Oxidación de piritas en un agua bicarbonatada cálcica. 181- 181 --------> 181-145 -------->181-127 -------->181-118 (HCO3 - Ca ---> SO4 > HCO3 - Ca ----> SO4 > HCO3 - Ca---> SO4- Ca) 4. Reducción de sulfato generando agua con mayor o menor contenido de H2S. Por lo

general se produce sin cambio de patrón. 181 - 118 --------> 181 - 118 (SO4- Ca----> SO4- Ca) Las reacciones químicas que explican los procesos de disolución o precipitación de minerales, así como de oxidación de piritas y reducción parcial de sulfato se muestran en la tabla 43.

Tabla 43. Reacciones químicas que explican los principales procesos geoquímicos que originan las aguas del sistema hidrotermal San Diego de los Baños – Bermejales 1 Disolución y precipitación

de calcita

CO2 + H2O + CaCO3 = Ca2+ + 2 HCO3-

Calcita

2 Disolución y precipitación de dolomita

2 CO2 + 2 H2O + CaMgCO3 = Ca2+ + Mg2+ 4 HCO3-

Dolomita

3 Disolución de halita

NaCl = Cl- + Na+ Halita

4 Disolución y precipitación de albita

2 CO2 + 2 H2O + NaAlSi3O8 = 2 Na+ + 2 HCO3- H4SiO4 + Al2SiO8(OH)4

Albita Caolinita

5 Disolución y precipitación de cuarzo

SiO2 + 2 H2O = H4SiO4

Cuarzo

6 Oxidación de pirita

4 FeS2 + 15 O2 + 14 H2O = 4 Fe(OH)3 + SO42- + 16 H+

Pirita Hematita 7 Reducción de sulfato

2 CH2O + 8 SO4

2- = 2 HCO3- + H2S

8 Equilibrio de los carbonatos

CO2 + H2O = H+ + HCO3-

El origen de otras facies hidroquímicas puede ser explicado mediante procesos de mezclas de aguas: 5- Formación de aguas HCO3 - Ca > Na Los patrones 361-181 y 361-127, tipicos de aguas bicarbonatadas cálcicas sódicas pueden ser originadas por mezclas de agus bicarbonatadas cálcicas y bicarbonatadas sódicas:

181- 181 + 811-172 -------->361-181



(HCO3 - Ca + HCO3 - Na-- --> HCO3 - Ca > Na) 6. Formación de aguas SO4 > HCO3 - Ca Los patrones 172 - 136, 172 - 127 y 172 - 136, característicos de aguas sulfatadas bicarbonatadas sódicas, pueden originarse a partir de una mezcla de aguas sulfatadas cálcicas y bicarbonatadas cálcicas:

172- 181 + 181-181 -------->172-136 (SO4 - Ca + HCO3 - Ca -- --> SO4> HCO3 - Ca)

7. Formación de aguas SO4> HCO3 - Ca > Na Los patrones 442-136, 442-127, 268 - 127 y 271-118, propio de las aguas sulfatadas bicarbonatadas cálcicas sódicas pueden originarse a partir de la mezcla de aguas sulfatadas cálcicas y bicarbonatadas sódicas:

127-118 + 811-172---> 442 - 136

(SO4 - Ca + HCO3 - Na -- > SO4 > HCO3- Ca > Na) 4.3.2 BALANCE DE MASAS

1- El cálculo del balance de masas es útil a menudo, para la identificación de reacciones que pueden explicar diferencias en la química de las aguas a lo largo de su trayectoria, tanto para reacciones de intemperismo de los silicatos, como para carbonatos, reacciones de oxidación reducción, etc. En ocasiones estos cálculos constituyen el primer paso en la elucidación de los procesos geoquímicos, antes de considerar las aproximaciones más complejas de la modelación del camino de reacción (Appelo y Postma, 1993). No obstante se deben tener en cuenta las siguientes limitaciones:

2- Las soluciones de las ecuaciones de balance de masas no son necesariamente únicas. Diferentes bases de datos seleccionadas pueden dar iguales esquemas de reacciones consistentes.

3- No existen restricciones en las ecuaciones de balance de masas. Los cálculos de estas ecuaciones pueden servir para predecir reacciones imposibles, como precipitación de plagíoclasa a baja temperatura o precipitación de gibbsita cuando la caolinita es la fase estable.

Los métodos de balance de masas han sido utilizados para estimar la fracción de masa extraída de la roca por la acción de la lluvia, que pasa a las aguas superficiales y subtérraneas durante el proceso de intemperismo (Garrels y Mackencie, 1967). También, este tipo de aproximación ha encontrado aplicación para establecer los cambios producidos en las aguas, las divisiones existente dentro de un mismo acuífero (Hidalgo et al., 1997) y para identificar proceso de mezclas de aguas por efecto de la explotación de una red de pozos (Gómez- Artiola et al., 1997). En los últimos años se han utilizados modelos hidrogeoquímicos para predecir el efecto de la mezcla del agua en diferentes condiciones hidrogeológicas sobre la composición química del agua resultante. También para determinar el grado de mezcla e identificar los procesos geoquímicos de



interacción agua-roca que se producen en los acuíferos. Entre estos modelos se pueden citar: BALANCE (Parkhust et al., 1982), PHREEQE (Parkhust et al., 1980) y NET PATH (Plummer et al., 1991).

Con el objetivo de estudiar la aplicación de los métodos de balance de masas para interpretar los principales procesos geoquímicos que controlan la composición química de las agus estudiadas en el sistema hidrotermal San Diego de los Baños - Bermejales se seleccionaron diferentes muestras, representativas de los dos miembros extremos del proceso inicial (A) y final (B). Los procesos geoquímicos más importantes que tienen lugar en el sistema hidrotermal estudiado, excluyendo las mezclas de agua, pueden representarse mediante las reacciones químicas que se presentan en la tabla 43

4.3.2.1 PROCESOS DE DISOLUCIÓN- PRECIPITACIÓN DE MINERALES Y DE OXIDACCIÓN- REDUCCIÓN

Comenzaremos por determinar los procesos geoquímicos relacionados con la meteorización de las rocas fundamentales de la zona de alimentación del acuífero, esto es, las calizas de la Fm. Artemisa, para lo cual estudiaremos la cantidad de componentes que extraen las lluvias que caen en la región y percolan a través de estas rocas. Con el objetivo de ilustrar estos procesos, se tomaron muestras de lluvia y del manantial Mil Cúmbres, ubicado a 15 km al norte del sistema hidrotermal, el cual drena en condiciones subsuperficiales los sedimentos de la Fm. Artemisa (Fagundo, 1996).

En la tabla 44 se muestra, mediante balance de masas, que la composición química de este manantial puede explicarse a partir de procesos de intemperismo por parte de las lluvias locales. En este análisis se utilizan las diferencias iónicas (∆ ion) entre los dos miembros extremos que se consideran, comenzando con el proceso de disolución de dolomita, ya que constituye la única fuente de Mg2+ disponible, luego se sigue con el proceso de disolución de calcita (descontando la cantidad de ∆ Ca2+ utilizada en el proceso anterior). La disolución de halita constituye el siguiente paso. El resto del ∆Na+ que queda puede atribuirse al proceso de disolución de los silicatos sódicos (albita) y potásicos (feldespato K), este último en menor proporción. Finalmente el Δ SO4

2- puede atribuirse a la oxidación de piritas. El proceso geoquímico neto implica disolución de calcita, dolomita y albita; disolución de NaCl (reconcentrado en las capas más superficiales por evapotranspiración o procesos hidrotermales) y oxidación de pirita. En este último caso se requiere un aporte adicional de CO2 del orden de 100 mg/l, cantidad ésta que el agua de lluvia puede extraer de la materia orgánica disponible en el suelo y de las capas de los sedimentos rocosos.



Tabla 44. Balance de masas y procesos goquímicos explicados a partir de la extracción por las lluvias de los componentes presentes en los sedimentos de la Fm. Artemisa como resultado del intemperismo. Concentración en mmol/l excepto TSS (mg/l).

Componentes químicos Agua de lluvia

Manantial Mil Cumbres

Δ

HCO3- 0.18 4.45 +4.27

CO2 0.09 0.45 +0.27

Cl- 0.17 0.53 +0.36

SO42-

0 0.45 +0.45

Ca2+ 0.003 2.00 +1.99

Mg2+ 0.01 0.30 +0.29

Na++K+ 0.27 1.28 +1.01

TSS 24 450 +426

Procesos geoquímicos N0. Procesos HCO3

- CO2 Cl- SO42- Ca2+ Mg2+ Na++K+

1 Disolución de dolomita +1.16 -0.58 +0.29 +0.29

2 Disolución de calcita +3.40 -1.70 +1.70

3 Disolución de halita +0.36 +0.36

4 Disolución de albita +0.65 -0.65 +0.65

5 Oxidación de pirita -0.90 +0.90 0.45

6 Aporte extra de CO2 biogénico +2.30

Balance de reacciones +4.26 +0.27 +0.36 0.45 +1.99 +0.29 +1.01

Balance iónico real (∆ ) +4.27 +0.27 +0.36 0.45 +1.99 +0.29 +1.01

Error +0.01 0 0 0 0 0 0

El segundo ejemplo corresponde a un proceso de disolución de calizas, (calcita y dolomita), acompañado de otras reacciones químicas. Estos procesos están bien representados en aquellos acuíferos desarrollados en las calizas de la Fm. Artemisa que



no tienen contacto con las fisuras y grietas de la falla San Diego de los Baños. Para ilustrar los mismos, se tomaron dos muestras del manantial Mil Cumbres.

En la tabla 45 se presentan los resultados del balance de masas y de la interpretación de los procesos geoquímicos que tienen lugar en ese sitio. Nótese que las diferencias entre los ∆ iónicos obtenidas por balance de masa a partir de las variaciones propuestas y las obtenidas por la diferencia entre los miembros extremos de la reacción son nulos o muy bajos, con excepción del CO2, que requiere de un suministro extra al igual que en el caso anterior.

Tabla 45. Balance de masas y procesos geoquímicos, explicados a partir de dos muestras tomadas en el manantial Mil Cumbres, que drena un acuífero desarrollado en sedimentos de la Fm. Artemisa. Concentraciones en mmol/l, excepto TSS (mg/l). Componentes

Químicos

A B Δ

HCO3- 3.85 4.70 +0.85

CO2 0.21 0.23 -0.08

Cl- 0.39 0.43 +0.04

SO42- 0.20 0.63 +0.43

Ca2+ 1.86 2.19 +0.36

Mg2+ 0.24 0.39 +0.15

Na++K+ 0.44 1.23 +0.79

TSS 430 560 +130

Procesos geoquímicos No Procesos HCO3

- CO2 Cl- SO42- Ca2+ Mg2+ Na++K+

1 Disolución de dolomita +0.60 -0.30 +0.15 +0.15

2 Disolución de calcita +0.42 -0.21 +0.21

3 Disolución de halita +0.04 +0.04

4 Disolución de albita +0.75 -0.75 +0.75

5 Oxidación de pirita -0 .86 +0.86 +0.43

6 Aporte extra de CO2 biogénico o hidrotermal

+0.32

Balance de reacciones +0.91 -0.40 +0.04 +0.43 +0.36 +0.15 +0.79

Balance iónico real (∆ ) +0.85 -0.08 +0.0 +0.43 +0.36 +0.15 +0.79

Error -0.06 0 0 0 0 0 0



A continuación se discute un proceso de evolución química en aguas bicarbonatadas sódicas donde intervienen además del proceso de disolución de aluminosilicatos, otros procesos geoquímicos. Este proceso es común en las aguas que drenan los materiales acuíferos de la Fm. San Cayetano y puede ilustrarse mediante las muestras tomadas en el pozo 3 a 40 m (A) y el pozo 4A (103- 206 m), tal como se ilustra en la tabla 46. En este caso se obtiene un buen balance de masas, asumiendo la combinación de procesos de disolución de los minerales calcita, dolomita, albita y halita combinadas con precipitación de cuarzo, oxidación de piritas y reducción parcial de sulfatos (tabla 46)

Tabla 46. Balance de masas y procesos geoquímicos explicados a partir de dos muestras tomadas en la Fm. San Cayetano: pozo 3 a 40 m (A) y pozo 4A entre 103 y 206 m (B). Concentraciones en mmol/l excepto TSS (mg/l). Componentes químicos A B Δ

HCO3- 3.36 11.75 +8.36

CO2 0 0 0 Cl- 0.48 2.74 +2.26

SO42- 0.36 1.26 +0.90

H2S 0 0.35 +0.35 H4SiO4 0.16 0.16 0

Ca2+ 0.20 0.06 -0.14 Mg2+ 0.15 0.56 +0.41

Na++K+ 3.86 15.76 +11.90 TSS 345 1183 +838

Proceso geoquímicos

No. Procesos HCO3

- CO2 Cl- SO4

2- H2S H4SiO4 Ca2+ Mg2+ Na++K+

1 Disolución de dolomita +1.64 -0.82 +0.41 0.41 2 Precipitación de calcita -1.10 +0.55 -0.55 3 Disolución

de halita +2.76 +2.26

4 Disolución de albita

+9.64 -9.64 +19.28 +9.64

5 Reducción de Sulfato

+0.70 -0.35 +0.35

6 Oxidación de pirita -2.48 +2.48 +1.24 7 Precipitación de cuarzo +8.40 -19.20 8 Aporte extra de CO2 biogénico +7.43



o hidrotermal Balance de reacciones +8.40 -7.43 +2.26 +0.89 +0.35 0 -0.14 +0.41 +11.90 Balance iónico real (∆ ) +8.36 0 +2.26 +0.90 +0.35 0 -0.14 +0.41 +11.90 Error

del Balance -0.04 0 0 +0.01 0 0 0 0 0

El siguiente ejemplo refleja la ocurrencia de un proceso geoquímico complejo, donde intervienen reacciones de disolución y precipitación de minerales, así como de oxidación de piritas y reducción de sulfatos. La evolución de las aguas del pozo 1, interpretadas a partir de muestras tomadas entre 0 y 84 m y entre 84 y 122, m constituye un ejemplo interesante cuyo comportamiento puede explicarse a través de la ocurrencia de un conjunto de procesos combinados, tal como se aprecia en la tabla 47.

En este caso; el balance es bueno para la mayoría de los componentes, con excepción de HCO3

- y CO2 donde los desbalances son de 0.26 y 5.10 mmol/l respectivamente. El exceso de CO2 respecto al real puede estar relacionado con un posible aporte de tipo hidrotermal.

Tabla 47. Balance de masas y procesos geoquímicos explicados a partír de dos muestras captadas en el pozo 1 entre 0- 84 m (A) y 84- 122 m (B), el cual fue perforado en calizas de la Fm Artemisa e intercepta grietas y fisuras de la falla San Diego de los Baños. Concentraciones en mmol /l excepto TSS (mg/l). Componentes químicos A B Δ

HCO3- 2.48 4.17 + 1.69

CO2 0.25 0.50 + 0.25 Cl- 0.40 0.62 + 0.22

SO42- 2.25 7.63 + 5.38

H2S 0.27 -0.58 + 0.31 H4SiO4 0.05 0.24 + 0.19

Ca2+ 2.25 7.82 + 5.57 Mg2+ 0.41 1.53 + 1.12

Na++K+ 0.76 0.32 - 0.44 TSS 440 1386 + 946

Procesos geoquímicos No. Proceso HCO3

- CO2 Cl- SO42- H2S H4SiO2 Ca2+ Mg2+ Na++K+

1 Disolución de dolomita +4.44 -2.22 +1.11 +1.11 2 Disolución de calcita +8.92 -4.46 +4.46 3 Disolución de halita +0.22 +0.22 4 Precipitación de albita -0.66 +0.66 -1.32 -0.66 5 Reducción de sulfato +0.62 -0.31 +0.31 6 Oxidación de pirita -11.37 +11.37 +5.69 7 Disolución de cuarzo +1.51 8 Aporte extra de CO2

biogénico o hidrotermal +5.10

Balance de reacciones +1.95 +5.35 +0.22 +5.38 +0.31 +0.19 +5.57 +1.11 -0.44



Balance iónico real (Δ ) +1.69 +5.35 +0.22 +5.38 +0.31 +0.19 +5.57 +1.12 -0.44 Error del balance -0.26 0 0 0 0 0 0 -0.01 0

Los procesos que explican este tipo de evolución química implican disolución de los minerales calcita, dolomita, halita y cuarzo, conjuntamente con precipitación de albita, oxidación de piritas y redución parcial de sulfato, necesitándose para el completo balance un aporte adicional de CO2 (5.10 mmol/l) como en casos anteriores (tabla 47).

4.3.2.2. PROCESOS DE MEZCLA DE AGUAS

En el análisis de reconocimiento de patrones hidrogeoquímicos realizados anteriormente se presentaron varios posibles procesos de mezclas de aguas, las cuales eran capaces de originar otras aguas de diferentes naturaleza hidroquímica. En este acápite se aplicarán las técnicas de balance para fundamentar esos procesos. En estos casos las aguas pueden mezclarse en diferentes proporciones, de modo que se puede expresar en forma general:

mA+ mB ---> Ct

Donde la concentración teórica de Ct será: n A + m B

Ct = ----------------- n + m

La validación de la hipótesis de mezcla, se realiza comparando el componente Ct obtenido mediante el cálculo numérico y la concentración del componente de referencia que se supone sea originado (C).

El primer ejemplo corresponde a la mezcla de aguas del tipo bicarbonatadas cálcica con aguas bicarbonatadas sódicas, las cuales originan otra del tipo bicarbonatada cálcica sódica. Como miembros extremos de la mezcla pueden tomarse el pozo 3 (90 m) y el pozo 3 (40 m), y como resultado de la mezcla el pozo 13 (tabla 48). En la tabla 39 se demuestra que, sobre la base de una proporción de mezcla de 1.2 a 1 (54.5 y 45.5 % respectivamente), se obtiene un agua con una composición química muy parecida a la tomada de referencia. Las diferencias encontradas pueden deberse al carácter no lineal de estos procesos, los cuales dan lugar a la ocurrencia simultánea de otros.

Tabla 48. Balance de masas en un proceso de mezcla de aguas que conduce a la formación de facies hidroquímicas del tipo bicarbonatada cálcica sódicas. Concentraciones en mmol /l excepto TSS (mg/l).

Ejemplo químico A B Ct C Δ

HCO3- 3.36 6.28 5.96 5.92 -0.04

CO2 0 0.25 0.67 1.00 +0.33 Cl- 0.48 0.76 0.73 1.09 +0.36

SO42- 0.36 0.41 0.40 0.40 0

H2S 0 0 0 1.36 +1.36 H4SiO4 0.16 0.77 0.70 0.16 -0.54



Ca2+ 0.20 3.06 2.74 2.15 -0.59 Mg2+ 0.15 0.28 0.52 0.59 +0.07

Na++K+ 3.86 1.18 1.48 2.33 +0.85 TSS 345 606 577 591 +14

A: Pozo 3 (40 m); B: Pozo 3 (90 m); C: 13; n = 1 (11.1 %); m = 8 (88.9 %).

El segundo ejemplo de mezclas de aguas que se presenta, trata de explicar la formación de aguas del tipo sulfatadas bicarbonatadas sódicas cálcicas (pozo 4 entre 115- 195 m) a partir de la mezcla de aguas de del tipo sulfatada càlcica (pozo 4 a 100 m) y del tipo bicarbonatada sódicas (pozo 4 entre 103 - 206 m). Las aguas que se mezclan corresponden a horizontes acuíferos desarrollados en la Fm. Artemisa (que al parecer interactúan con aguas procedentes del drenaje profundo a través de las fallas) y la Fm. San Cayetano. El agua resultante fue tomada en un horizonte acuífero subyacente. Durante los trabajos de campos realizados por Peláez et al. (1990), se detectaron estas mezclas como resultado de la conexión hidráulica de esos horizontes durante la perforación y explotación. En la tabla 49 se presentan los resultados del cálculo del balance de masas correspondiente a esta mezcla en proporciones de 1:1, notándose que existe muy buena similitud entre los datos calculados y los reales Tabla 49. Balance de masas en un proceso de mezcla de aguas que conduce a la formación de facies hidroquímicas del tipo sulfatada bicarbonatada sódíca cálcica. Concentración en mmol/l, excepto TSS (mg/l ). Componentes químicos A B Ct C Δ

HCO3- 3.92 11.55 7.74 6.32 -1.42

CO2 1.48 0 0.74 0.75 +0.01 Cl- 1.10 2.74 1.92 1.63 -0.29

SO42- 12.91 1.22 7.06 8.23 +1.17

H2S 3.44 3.53 3.49 0.70 -2.79 H4SiO4 0.21 0.17 0.19 0.19 0

Ca2+ 11.71 0.06 5.89 5.30 -0.59 Mg2+ 2.50 0.56 1.53 2.43 +0.90

Na++K+ 2.02 15.48 8.75 9.10 +0.35 TSS 2073 1166 1620 1710 -91

A: Pozo 4 (100m); B= Pozo 4 (103-206 m); C= Pozo 4 (145-195 m); n = 1 (50 %); m = 1 (50 %)

El tercer ejemplo de mezclas de aguas trata de explicar la formación de las facies hidroquímicas sulfatadas bicarbonatadas cálcicas (pozo1; 0-122 m) a partir de las facies bicarbonatadas cálcicas (pozo2; 90 m) y sulfatadas cálcicas (pozo 1; 237-320 m).

El origen de este tipo de mezcla pudiera atribuirse a el contacto de aguas procedentes del drenaje profundo, las cuales ascienden a través de la falla, con aguas más someras originales por intemperismo de las calizas de la Fm. Artemisa .



En la tabla 50 se presentan los resultados de los cálculos numéricos sobre la base de una proporción de mezcla de 1.5 a 1 (60 % y 40 % respectivamente). Como puede observarse, las diferencias entre los datos reales y los calculados no son muy grandes y los mismo pueden deberse, como en los casos anteriores, al carácter no lineal de la mezcla que da lugar a la ocurrencia simultánea de otros procesos geoquímicos.

Tabla 50. Balance de masas en un proceso de mezcla de aguas que conduce a la formación de facies hidroquímicas del tipo sulfatada bicarbonatadas cálcica. Concentraciones en mmol/l, excepto TSS (mg/l ). Componentes químicos A B Ct C Δ

HCO3- 5.52 2.77 4.42 4.12 +0.30

CO2 0.75 0.86 0.75 0.75 +0.24 Cl- 0.41 0.95 0.63 0.62 +0.01

SO42- 0.35 20.52 8.42 7.63 +0.79

H2S 0 0.90 0.36 0.21 +0.15 H4SiO4 0.15 0.36 0.24 0.24 0

Ca2+ 2.55 15.92 7.90 8.32 +0.42 Mg2+ 0.35 2.94 1.38 1.53 +0.15

Na++K+ 0.83 7.05 3.22 0.35 -2.87 TSS 514 3042 1525 1385 -60

A; Pozo 2 (90 m); B: Pozo1 (237-320); Pozo1 (0-122 m); n =1.5 (60 %), m = 1 (40 %)

Con excepción del Na++K+, los restantes componentes químicos ajustan bastante bien al balance de masas. Este exceso de masas respecto a la muestra real pudiera explicarse asumiendo un proceso simultáneo de precipitación de cuarzo.

4.3.2.3. PROCESO DE ADQUISICIÓN DE LA COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LOS MANANTIALES DEL SISTEMA HIDROTERMAL SAN DIEGO DE LOS BAÑOS- BERMEJALES

La composición química de los manantiales de San Diego de los Baños y Bermejales varía entre sulfatadas bicarbonatadas cálcicas y sulfatadas cálcicas, representadas fundamentalmente por los patrones hidrogeoquímicos que se muestran en la tabla 51. Los patrones más abundantes son : 181-118 (N =19) y 181-127 (N = 9), los cuales representan el 54.3 y 25.7 % respectivamente del total de datos.

Tabla 51. Patrones hidrogeoquímicos de las aguas manantiales del sistema termal San Diego de los Baños - Bermejales.

PATRONES HIDROGEOQUIMICOS No Manantial

271-127 181-127 181-118 271-118 361-118 El Tigre (San Diego de los Baños) 0 3 2 0 0 5

El Templado (San Diego de los Baños) 3 6 0 0 0 9 La Gallina (San Diego de los Baños) 0 0 7 0 0 7



M1 (Bermejales) 0 0 3 1 3 7 M2 (Bermejales) 0 0 2 0 0 2 M3 (Bermejales) 0 0 2 0 0 2 M4 (Bermejales) 0 0 2 0 0 2 M5 (Bermejales) 0 0 1 0 0 1

Totales 3 9 19 1 3 35

La composición química de estos principales tipos de aguas puede ser explicada mediante el método de balance de masas, a partir de procesos geoquímicos que involucran, principalmente mezclas de aguas en diferentes proporciones de los tipos SO4-Ca y HCO3-Ca (aguas procedentes del drenaje profundo con las aguas de los horizontes acuíferos de la Fm. Artemisa). En la tabla 52 se presenta el resultado del balance de masas correspondiente a una mezcla de las aguas del pozo 1 (237-320 m ), con aguas del pozo 2 (90 m) en proporciones de 1.8 a 1.

Esta mezcla puede explicar la composición del agua del manantial La Gallina (muestreada el 15-10-87), siendo necesario para lograr un mayor balance, la ocurrencia adicional de un proceso geoquímico que involucra disolución de calcita y dolomita, precipitación de albita así como una reducción parcial de sulfato. Todos estos procesos son lógicos teniendo en cuenta que en la mezcla se producen variaciones de la temperatura y las presiones de CO2 y H2S, y que en la zona más la superficie, pudieran ocurrir procesos biogeoquímicos de redución anaeróbica de sulfatos (Drever, 1982; Bitton, 1994).



Tabla 52. Balance de masas en un proceso de mezcla de aguas que pudieran dar explicación a la composición química de las aguas del manantial La Gallina. Concentración en mmol/l, excepto TSS (mg/l). Componentes químico A B Ct C Δ

HCO3- 5.52 2.77 3.75 4.54 +0.79

CO2 0.75 0.86 0.82 1.11 +0.29 Cl- 0.41 0.95 0.76 1.10 +0.34

SO42- 0.35 20.52 13.32 12.71 -0.60

H2S 0 1.12 0.22 0.34 +0.12 H4SiO4 0.15 0.36 0.25 0.31 +0.06

Ca2+ 2.55 15.92 8.76 12.21 +3.45 Mg2+ 0.35 2.94 1.33 1.87 +0.54

Na++K+ 0.83 7.05 4.83 2.92 -1.90 TSS 514 2136 2139 2136 -3.1

A.: Pozo 2 (90 ), B: Pozo 1 (237- 320 m), C: Manantial La Gallina; n= 1; m= 18 La composición química del manantial El Templado puede ser explicada también por la mezcla de las aguas anteriores, pero con diferente proporción. Mediante cálculos numéricos a base de tanteo se arriba a que a partir de una proporción de 1.8 (64.3 %) partes del agua del pozo 2 (90 m) y 1 parte (35,7 %) de las aguas del pozo 1 (237-320), es posible explicar la composición de dicho manantial (Tab. 53).

Tabla 53. Balance de masas en un proceso de mezcla de aguas que puede explicar la composición química del manantial El Templado. Concentración en mmol/l, excepto TSS (mg/l).

Componentes químicos A B Ct C Δ

HCO3- 5.52 2.77 4.46 5.00 +0.54

CO2 0.75 0.86 0.79 1.11 +0.32 Cl- 0.41 0.95 0.62 1.07 +0.45

SO42- 0.35 20.52 8.11 7.81 -0.30

H2S 0 1.17 0.45 0.35 -0.10 H4SiO4 0.15 0.36 0.60 0.26 -0.34

Ca2+ 2.55 15.92 7.69 7.38 -0.31 Mg2+ 0.35 2.94 1.35 1.88 0.53

Na++K+ 0.83 7.05 3.22 3.19 -0.03 TSS 514 3042 1486 1506 +20

A: Pozo 2 (90 m): B: Pozo 1 (237-320 m); C: Manantial El Templado: n = 1.6; m = 1.

Para alcanzar la composición química real, además de la mezcla de estas aguas, se requiere considerar un proceso simultáneo de precipitación de calcita, disolución de dolomita y reducción de sulfato.



La composición química del manantial M1 (Bermejales), del tipo sulfatada cálcica sódica puede explicarse mediante una mezcla de aguas de tipo bicarbonatada sódica y sulfatada cálcica. Teniendo en cuenta la alta mineralización de las aguas del manantial M1, se seleccionó como miembro extremo del agua SO4-Ca, la del pozo 1 (237-320 m) y como agua bicarbonatada sódíca la del Pozo 4A (103-206 m). Se logran buenos resultados mediante una proporción de mezcla de 2.7 a 1, esto es, 77 % y 27 % respectivamente (tabla 5

Tabla 54.Balance de masas de un proceso de mezcla de aguas que puede dar explicación a la composición química de las aguas del manantial M1 (Bermejales). Composición en mmol/l, excepto TSS (mg/l).

Componentes químicos A B Ct C Δ

HCO3- 9.75 2.77 4.66 4.25 -0.41

CO2 0 0.86 0.63 1.11 +0.48 Cl- 2.74 0.95 1.43 0.66 +0.77

SO42- 1.22 20.52 15.30 15.94 +0.64

H2S 0.70 0.90 3.13 1.26 -1.77 H4SiO4 0.18 0.86 0.67 0.23 -0.45

Ca2+ 0.06 15.92 11.63 11.47 -0.16 Mg2+ 0.56 2.94 2.30 2.04 -0.26

Na++K+ 15.68 7.05 9.66 9.78 +0.12 TSS 1183 3042 2540 2545 +5

A: Pozo 4 A (103-206 m); B: Pozo 1 (233-320 m); C: M. Bermejales-.M1 (29-4-90); n = 1 (27 %); m = 2.7 (73 %). En forma similar, se pueden buscar proporciones adecuados que expliquen la composición química de los manantiales de Bermejales (M2-M5), tomando como muestras extremos en este caso, las del pozo 4 (cuya composición es similar a la del pozo 1, SO4- Ca) y la del agua del tipo HCO3-Ca, que pueden ser las del mismo pozo 2 o la del pozo 3, (más cercano) en el intervalo de 90 a 290 m de profundidad (Tab. 55).

Estas aguas son del tipo sulfatadas cálcicas y a su composición se puede arribar mediante una proporción de mezcla de 0.3 (30 %) y 0.7 (70 %) de las aguas de los pozos 3 (90 m) y 4 (103-206 m) aproximadamente. Las diferencias iónicas pueden deberse a otros procesos geoquímicos que se producen conjuntamente con la mezcla.



Tabla 55.Balance de masas de un proceso de mezcla de aguas que puede dar explicación a la composición química de las aguas del manantial M2-M5 (Bermejales). Composición en mmol/l, excepto TSS (mg/l). Componentes químicos A B Ct C Δ

HCO3- 5,52 2.77 3.56 5.20 +1.64

CO2 0.75 0.86 0.83 0.66 -0.17 Cl- 0.41 0.95 0.79 1.72 +0.93

SO42- 0.35 20.52 14.47 13.38 -1.09

H2S 0 0.90 0.63 0.92 +0.29 H4SiO4 0.15 0.86 0.65 0.40 -0.25

Ca2+ 2.55 15.92 11.91 12.83 +0.92 Mg2+ 0.35 2.94 2.16 2.37 +0.21

Na++K+ 0.83 7.05 5.18 3.28 -1.90 TSS 514 3042 2284 2308 +24

A: Pozo 3 (90 m); B: Pozo 1 (233-320 m); C: M. Bermejales-.M3 (muestreado el 27-8-87); n = 0.3 (30 %); m = 0.7 (70 %).

4.4 CONSIDERACIONES PRÁCTICAS DEL ESTUDIO TEÓRICO DE LAS MEZCLAS DE AGUA EN EL SISTEMA HIDROTERMAL. SAN DIEGO DE LOS BAÑOS - BERMEJALES. De este estudio se puede concluir que es posible obtener diferentes tipos de aguas, las cuales pueden tener acciones terapéuticas diversas. El principio consiste en que utilizando diferentes caudales de los miembros extremos de las mezclas, por ejemplo, el pozo P1 (237 y 320m), cuyas aguas son del tipo sulfatadas cálcicas, el pozo P2 (90m), con aguas bicarbonatadas cálcicas y el pozo P4A (102-206), cuyas aguas son bicarbonatadas cloruradas sódicas.

Con diferentes proporciones de mezcla se pueden obtener aguas de los tipos sulfatadas sódicas, con menos mineralización (semejantes a las de los manantiales La Gallina y M2-M5 de Bermejales); sulfatadas bicarbonatadas cálcicas (semejantes a las de los manantiales El Tigre y el Templado); sulfatadas cálcicas sódicas (similares a las de M1 Bermejales y el pozo12) y sulfatadas bicarbonatadas cálcicas sódicas, (similares a las de los pozos P4 y P4A) extraídos entre 145-195 y 206-307m respectivamente)

En todos los casos las aguas resultantes presentarán las diferentes proporciones de elementos de interés terapéutico, tales como H2S, H4SiO4, SO4

2-, HCO3-, Ca2+, Mg2+, Na+ ,

K+, Rn y temperatura.

En términos de caudales estas mezclas se obtienen mediante la aplicación de la ecuación.



C1 Q1 + C2 Q2 C3 = -------------------

(Q1 +Q2)

Donde C1: composición del pozo 1

C2: composición del pozo 2

C3: composición de la mezcla resultante

Q1: caudal del pozo 1

Q2: caudal del pozo 2

Por esta vía pueden obtenerse las siguientes aguas:

Aguas tipo I. SO4- Ca, con 46 oC de temperatura, 40mg/l de H2S, 34mg/l de H2SiO4, mineralización (TSS) del orden de 3g/l, contenidos de Na+, Ca2+, Mg2+, Cl-, HCO-

3 y SO4

2+ del orden de 162, 634, 70, 34, 169 y 1970 mg/l respectivamente. Su contenido de Rn debe ser similar o superior a los manantiales de San Diego de los Baños (0.9-1.2 mµc/l). Esta composición no requiere de mezcla de aguas, sólo basta explotar el pozo 1 u otro similar en el intervalo adecuado (230-320 m) hasta que no sobrepase su límite permisible para que no cambien sus propiedades químico-físicas.

Agua tipo II, HCO3-Ca de baja temperatura (260 C) y mineralización (560-580 mg/l), ausente de H2S y bajo contenido de sílice (5-7mg/l), con contenidos de Na+, Ca2+, Mg2+, Cl-, HCO3

- y SO42- del orden de 26, 116, 8, 24, 365 y 53 mg/l respectivamente y

contenido de Rn despreciable.

Esta composición tampoco requiere de mezcla, basta explotar el pozo P3 a los 100 m o perforar otro similar en sedimentos de la Fm Artemisa lejos de las grietas de la falla, con la debida explotación para evitar se mezcla con otras aguas.

Agua tipo III, HCO3-Cl > Na, con temperatura del orden de 300 C, contenido de H2S entre 24 y 130 mg/l, sílice del orden de 19 mg/l, contenidos de Na+, Ca2+, Mg2+, Cl-, HCO3

-, CO32- y SO4

2- del orden de 350, 2, 14, 100, 480, 120 y 130 mg/l y contenido de Rn despreciable. Esta composición tampoco requiere de mezcla, basta explotar el pozo 4 u otro similar perforado en sedimentos de la Fm. San Cayetano a una profundidad suficiente para que corte dichos materiales (en el caso del pozo 4 en el orden de 100 -300m).

Agua de tipo IV, HCO3-Ca > Na, similar a la 1 en cuanto a mineralización, T, H2S y H4SiO4, poco contenido iónico. Difiere sólo del primer tipo en que posee menor dureza y por tanto tiene buenas propiedades digestivas. Se puede obtener mezclando entre 80-70 % del agua bicarbonatada sódica (pozo 1) y entre 20-30 % del pozo 4, equivalente a 0.75 y 0.25 l/s respectivamente por un caudal de 1 l/s.

Agua de tipo V. SO4-Ca de menor mineralización y similares en composición a la de los manantiales de La Gallina y M2-M3 de Bermejales. Se logra bombeando entre el 64 y el



70 % de aguas del pozo 1 con 28 - 36 % de aguas del pozo 2. Si se quiere un caudal de 1 l/s equivalente a 0.65 y 0.35 l/s respectivamente (Fig. 12).

Agua del tipo VI . SO4 > HCO3-Ca, con una composición similar a los de los manantiales El Tigre y El Templado. Se obtiene bombeando alrededor del 60 % de aguas del pozo 1 y el 40 % del pozo 2, equivalente a 0.4 y 0.6 mg/l para obtener un caudal medio de 1 l/s (Fig. 13).



Figura 12. Mezcla de aguas entre el pozo 1 (232-320 m) y el pozo 2 (90 m) que explica la composición química de los manantiales de San Diego de los Baños y M1-

Bermejales.

0

10

20

30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100% de mezcla

Ci (

meq

/l)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

SO4 (meq/l)Ca (meq/l)Na+K (meq/l)TSS (mg/l)

TempladoTigre

Gallina

M3-Bermejales

P2

P1

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

% de mezcla

Ci (

meq

/l)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

TSS

(mg/

l)


P4 A (100-200 m)

Mil Cumbres

P 13

P2 (187-293 m)



Figura 13. Mezcla de aguas entre el manantial Mil Cumbres y el pozo 4 A (103-206 m) que explica la composición química de algunas muestras de los pozos 1 y 3 (sector hidrogeológico San Diego de los Baños-Bermejales).

Figura 14. Mezcla de aguas entre el pozo 1 (231-320 m) y el pozo 4 A (103-206 m) que explica la composición química del manantial M1-Bermejales y algunas muestras de los pozos 12, 4 y 4 A (sector hidrogeológico San Diego de los Baños -Bermejales).

Agua del tipo VII. SO4-Ca > Na, con composición similar a la del manantial M1 de Bermejales o al pozo 12, se puede obtener mediante la mezcla de 75 % del pozo 1 y el 25 % del pozo 4, equivalente a 0.75 y 0.25 l/s respectivamente para un caudal total de 1 l/s (Fig. 14).

Agua del tipo VIII. SO4 > HCO3 - Ca > Na , similar a la que se observó en los pozos 4 y 4A, al mezclarse estos acuíferos con el agua del drenaje profundo. Con un contenido de alrededor de 24 mg/l de H2S. 18mg/l de sílice y contenidos de Na+, Ca2+, Mg2+, Cl-, HCO3

- y SO42- del orden de 210, 210, 58, 58, 586 y 790 mg/l respectivamente . Este tipo

de agua se puede obtener mezclando 28 % de aguas del pozo 1 con 72% de aguas del pozo 4, equivalente a bombear de los mismos, alrededor de 0.28 y 0.72 l/s respectivamente (Fig. 15)

Las indicaciones de los diferentes tipos de aguas y sus contraindicaciones requiere de un estudio particular. Basta decir, que el primer tipo con menor temperatura y

0

5

10

15

20

25

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100% de mezcla

Ci (m

eq/l)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

TSS

(mg/

l)


M1-Bermejales

P12 (bombeo)

P4 (145-195 m)

P4 A (203-300 m)

P1 (231-320 m)

P4 A (103-206 m)



mineralización y contenidos iónicos, puede tener otros efectos en su aplicación terapéutica que la que poseen los manantiales actualmente en explotación.

Las aguas del tipo II, como fue señalada por Peláez, pueden ser usadas para fines de abasto, ya que es un agua potable con propiedades digestiva.

Las aguas del tipo III, posee una composición diferente, se asemejan a la de Santa María del Rosario en Ciudad de la Habana (Trelles, 1948).

Las aguas del tipo IV son aguas potables, menos duras que la 1 y pueden usarse con fines de abasto y para uso digestivo, a pesar de que no son aguas minerales.

Las aguas del tipo V-VII son similares a las de los manantiales de San Diego y Bermejales y deben poseer propiedades análogas.

Las aguas de tipo VIII, pueden poseer propiedades terapéuticas distintas a las anteriores, teniendo en cuenta su mineralización no muy elevada (760mg/l) y el carácter mixto en su composición. El balance de aniones y cationes que presenta le puede conferir acciones diferentes.

Las mezclas de aguas minerales, han sido utilizadas en otros lugares con determinados fines prácticos (Defrancesco, 1991), por ejemplo, para la obtención de un agua miscible en su composición aunque diferente. La aplicación de las mismas con fines terapéuticos, puede ser de interés tanto científico como práctico.

Otra aplicación de estas mezclas de aguas podría ser la de su uso para el cultivo de microalgas y bacterias saprofíticas, que pudieren ser útiles en la preparación de peloides y otros productos de interés terapéutico y cosmetológico. Las aguas del tipo SO4-Ca, por reducción de sulfatos dan lugar a H2S, azufre coloidal y otro compuesto sulfurado. De hecho las biogleas es un material de interés práctico que actualmente se obtiene en San Diego de los Baños. Las aguas del tipo bicarbonatadas cloruradas sódicas pudieran ser utilizadas, previa concentración, como medio de cultivo de microalgas del tipo Spirulina, cuya biomasa y derivados se comercializan en Cuba a partir de un cultivo sintético, lo cual desde luego, encarece su producción.

Según San Martín y Armijo-Castro (1994) las aguas sulfatadas cálcicas al igual que el resto de las aguas sulfatadas, tienen acción colagoga y en menor medida poseen una acción hidrocolerética. La acción purgante es más atenuada por el efecto del calcio, con respecto a las demás aguas sulfatadas. Estas aguas también pueden emplearse como diuréticas por su bajo contenido de sodio. Además poseen efectos neurovegetativos y pueden utilizarse en diferentes cuadros alérgicos.

Teniendo en cuenta el alto contenido de H2S, estas agua se clasifican también como sulfuradas. Las principales acciones asociadas al H2S son las siguientes: antirreumática, antialérgica, desintoxicante, antiflogísticas, antiinflamatorias y antiácidas. Están indicadas para las siguientes afecciones: reumatológicas, dermatológicas, neumológicas y otorrinolaringológicas, odontoestomatológicas, procesos ginecológicos y otros.

Estas acciones terapéuticas e indicaciones son válidas para las aguas de los grupos I, V, VI, VII y VIII, con diferentes adaptaciones según el caso. Así, por las aguas sulfatadas con mayor contenido de sodio (VII y VIII) tienen mayor acción purgante, mientras que



las aguas sulfatadas mixtas (VI) son también colagogas, pero no suelen ser diuréticas. Se utilizan preferentemente en afecciones del aparato digestivo (gastritis, afecciones hepatobiliares, insuficiencias hepáticas, etc.). La vía de administración puede ser oral o en forma de baños.

Entre las aguas de tipo SO4-Ca españolas, con una concentración similar a la de San Diego de los Baños, se encuentran las de Alhama de Murcia (3.7 g/l, 39 oC) y Villavieja de Nulas en Castellón (1.16 g/l, 29-45 oC), aunque la composición de las mismas se debe a la disolución del yeso (López-Chicano y Pulido-Bosh, 1996) y no por oxidación de piritas y procesos de mezcla con aguas de los tipo HCO3-Ca y HCO3-Na, como parecen formarse las del sistema San Diego de los Baños-Bermejales. En Cuba este tipo de agua aparece además en San Vicente y otras regiones (Trelles, 1948).

Las aguas del HCO3-Ca con mineralización menor de 1 g/l son de tipo acuíferas y cuando pasan de 1 g/l se consideran minerales, si además son estables en el tiempo. Las que nos ocupan (II), pueden ser utilizadas con fines de abasto. La administración de las aguas minerales bicarbonatadas cálcicas por vía oral es indicada para afecciones digestivas, debido a que las mismas se comportan como antiácidas en el estómago, aunque con un poder neutralizante menor de la acción gástrica que la de las aguas bicarbonatadas sódicas. Las aguas minerales de este tipo se utilizan, fundamentalmente, como aguas de mesa por ser de agradable ingestión y facilitan las funciones digestivas. Son también utilizadas en determinadas alteraciones metabólicas, en particular diabéticas, procesos gastroentéricos, colitis, afecciones dispépticas y como cura de diuresis en inflamación de las vías urinarias, calculosis, etc. (Armijo-Valenzuela, 1994).

Las aguas bicarbonatadas cloruradas (III), poseen acciones terapéuticas propias en dependencia del contenido relativo de ambos iones. Administradas por vía oral producen efecto colagogo y facilitan la excreción de colesterol y ácidos biliares. Las aguas que poseen altas temperaturas pueden utilizarse por vía tópica (duchas o chorros) y son favorables en afecciones reumáticas, post - traumáticas, etc. (Armijo-Valenzuela, 1994). Entre las aguas españolas con similar composición química se encuentran las de Onteniente en Valencia (5.53 g/l, 14 oC). En Cuba este tipo de agua, como ya se ha indicado, se presenta en Santa María del Rosario (Trelles, 1948).

Las aguas bicarbonatadas mixtas (V) se utilizan preferentemente en las afecciones digestivas, hepáticas y renales. Estas aguas se comportan como antiflogísticas y anticatarrales, pudiéndose utilizar por vía oral o tópica especialmente las hipertermales (Armijo-Valenzuela, 1994). Ente las aguas minerales de este tipo en España se encuentran las del Valle de Ribas en Gerona (1.18 g/l, 23 oC). Las detectadas en el sistema hidrotermal San Diego de los Baños-Bermejales, son no obstante, de menor mineralización.

Las aguas sulfatadas mixtas (VIII) poseen las propiedades tanto de las sulfatadas como las de las bicarbonatadas, al ser los iones SO4

2- y HCO3- los más abundantes en estas

aguas (más del 20% mg/l), su acción está determinada por las características terapéuticas de ambos aniones. De ahí que estas aguas, administradas por vía oral, produzcan en el estómago una acción semejante a la ejercida por las aguas alcalinas (menos intensa debido a su menor alcalinidad) y poseerán acción neutralizante frente a la acidez gástrica



y la actividad pépsica (Armijo-Valenzuela, 1994). Debido a esas acciones, son utilizadas como aguas de bebida para procesos dispépticos, colecistitis crónicas, discinesias biliares, etc. Aguas del tipo bicarbonatadas sulfatadas españolas (no exactamente sulfatadas bicarbonatadas se encuentran en Jabalca, Jaden (1.95 g/l, 30 oC) y en Valdegangas, Cuencas (1.3 g/l, 22 oC).

4.5 MODELO GEOQUIMICO De los estudios realizados mediante la utilización de técnicas de reconocimiento de patrones hidrogeoquímicos y métodos de balance de masas, se puede arribar a un modelo geoquímico que permita explicar la composición química de las aguas de los manantiales y pozos (a los diferentes niveles) del sistema hidrotermal San Diego de los Baños - Bermejales. Esta composición tan variada refleja un fuerte control litológico y estructural, así como la presencia de procesos de mezcla de agua. Los principales procesos que determinan el modo de adquisición de la composición química de las aguas en esta región han sido resumidos esquemáticamente en la tabla 43. No obstante, en este acápite se discutirán en forma detallada, estas reacciones químicas que dan lugar a dichos procesos geoquímicos.

Como puede apreciarse en la figura 15, los acuíferos desarrollados en calizas de la Fm. Artemisa hasta una profundidad de 300 m, cuando no interactúan con otro tipo de litología (pozo 3, desde 40 hasta 290 m), poseen aguas de tipo bicarbonatadas cálcicas, las cuales pueden originarse principalmente, por procesos de disolución de calizas por parte de las precipitaciones que se infiltran y en su camino toman del suelo un determinado contenido de CO2 de origen biogénico, el cual, en determinados casos, también puede ser aportado por los fluidos hidrotermales:

CO2 + H2O + CaCO3 = Ca2+ + 2 HCO3-

Calcita

Conjuntamente a la disolución de la calcita se produce la disolución de la dolomita, que en cierta proporción acompañan a aquella en la composición de las calizas:

2 CO2 + 2 H2O + CaMgCO3 = Ca2+ + Mg2+ + 4 HCO3-

Dolomita

Los horizontes acuíferos desarrollados en areniscas, esquistos y pizarras de la Fm. San Cayetano (pozo 4 desde los 100 m), donde el material rocoso está constituido, principalmente, por minerales de tipo aluminosilicatos y cuarzo, presentan aguas del tipo bicarbonatadas sódicas, cuya composición puede explicarse mediante un proceso de meteorización donde intervienen las precipitaciones y el CO2 en forma similar al proceso anterior. La disolución de estos minerales es incongruente (se produce con deposición de otro mineral) y se favorece con la temperatura, por lo que la mineralización tiende a aumentar con la profundidad en virtud del gradiente geotérmico:

2 CO2 + H2O + 2 NaAlSi3O2= Na+ + 2 HCO3- + H4SiO4 + Al2SiO8(OH)4



Albita Caolinita

La meteorización de los feldespatos sódicos, constituidos por minerales albita y otros similares origina en la fase líquida, aguas bicarbonatadas sódicas ricas en sílice mientras que en la fase sólida se deposita caolinita y cuarzo.

En las zonas de contacto tectónico, constituida por brechas y un melange de aluminosilicatos y calizas, las aguas pueden adquirir su composición por combinación de los procesos geoquímicos anteriores (pozo 2 a diferentes profundidades).



Figura 15. Composición química de los manantiales y pozos muestreados en el Sector Hidrogeológico San Diego de los Baños-Bermejales a lo largo de un perfil vertical.



Las aguas de los manantiales y los de los horizontes acuíferos que cortan las grietas y fisuras de la Falla San Diego de los Baños son del tipo sulfatadas cálcicas de alta mineralización, lo que al parecer está relacionado con los flujos hidrotermales ascendentes. La composición de estas aguas puede explicarse mediante procesos de oxidación de piritas:

4 Fes2 + 15 O2 + 14 H2O + 4 Fe(OH)2 + 8 SO42- + 16 H+

Pirita Hematita

El oxígeno necesario para esta reacción puede ser aportado por la materia orgánica presente en las calizas de la Fm. Artemisa, Estas rocas son fétidas debido a la presencia de sulfhídrico, al parecer ocluido en las mismas (Embil, 1947). La presencia de piritas pudiera estar relacionada con el material carbonoso y fétido de estas calizas (Peláez, 1990) o con polimetales constituidos por piritas y calcopiritas, presentes en la Fm. San Cayetano, la cual forma parte de las capas impermeables que limitan el acuífero confinado. La ocurrencia de aguas sulfatadas cálcicas en muchos sistemas termales se debe a los procesos de disolución de yeso o anhidrita (Lopez-Chicano y Pulido-Bosch, 1996), pero la presencia de estos minerales no ha sido reportada en los sedimentos de la Sierra del Rosario (Academia de Ciencias de Cuba, 1988).

Los procesos de oxidación de piritas pueden originarse durante la lenta percolación de las aguas hasta el acuífero profundo, utilizando el oxígeno disponible en las grietas de este sistema cársico. En profundidad puede enriquecerse el contenido de pirita en el contacto entre los sedimentos carbonatados de la Fm Artemisa y los sedimentos de la Fm. San Cayetano, a los cuales se encuentran asociados los minerales polimetálicos que abundan en la provincia de Pinar del Río.

La disolución de las piritas se produce con liberación de una cantidad apreciable de iones H+, los cuales pueden reaccionar con los carbonatos formando sulfato de calcio y CO2:

2 H+ + CaCO3 = Ca2+ + CO2 + H2O

Estequiométricamente, la cantidad de sulfato de calcio obtenida por oxidación de pirita es similar a la obtenida por disolución de yeso, por lo que no es posible discernir entre la ocurrencia de uno u otro proceso a partir de la información hidroquímica. En su ascenso las aguas sulfatadas cálcicas sufren procesos biogeoquímicos, reduciéndose parte del sulfato a sulfuro, con la participación de bacterias reductoras de azufre (Bitton, 1990) originándose H2S, HS- y azufre coloidal en dependencia del pH y el potencial redox.

La evolución de la composición química del pozo 4 puede ser explicada por la combinación de los procesos geoquímicos de disolución de calizas, de oxidación reducción y de mezcla de aguas.

En los manantiales El Tigre y El Templado, así como en algunos horizontes acuíferos se observan aguas del tipo sulfatadas bicarbonatadas cálcicas, cuya composición, como ha



sido demostrado por reconocimiento de patrones y balance de masas pudiera atribuirse a mezclas entre aguas sulfatadas cálcicas procedentes del drenaje profundo y aguas del tipo bicarbonatadas sódicas más someras. Otras facies hidroquímicas presentes en algunos pozos, a una determinada profundidad, pueden ser explicadas por mezclas de diferentes tipos de aguas (bicarbonatadas cálcicas con bicarbonatadas sódicas, bicarbonatadas cálcicas con sulfatadas cálcicas y estas últimas con bicarbonatadas sódicas).

En la figura 16 se presentan, en forma esquemática, las principales facies hidroquímica presentes en el sistema hidrotermal San Diego de los Baños-Bermejales, así como los principales procesos químico-físicos (disolución de calcita, dolomita y albita, oxidación de pirita y reducción parcial de sulfato) y de mezcla de aguas que explican los diferentes tipos de aguas presentes en el mismo.



Tabla 16. Procesos hidrogeoquímicos representados mediante Diagramas de Stiff (San Diego de los Baños-Bermejales)



Leyenda de la figura 17 DC-D: Disolución de calcita y dolomita. DA: Disolución de albita. OXS: Oxidación de piritas. RSO4: Reducción de sulfato. Patrones: (números romanos) I: Agua SO4-Ca. II: Agua HCO3-Ca.

III: AGUA HCO3>CL-NA. IV: Agua HCO3-Ca>Na. V: Agua SO4-Ca de mayor mineralización. VI: Agua SO4>HCO3-Ca. VII: Agua SO4-Ca>Na. VIII: Agua SO4>HCO3-Ca>Na. Los números decimales representan la proporción en que ocurren las mezclas.



CONCLUSIONES - Las aguas de los manantiales de San Diego de los Baños con una mineralización superior a 1 g/l y temperaturas por encima de 30 oC, poseen componentes mayoritarios, minoritarios y gases disueltos que le confieren propiedades minerales de acuerdo a la Norma Cubana de Aguas Minerales. Estas aguas poseen reconocidas propiedades medicinales, siendo sus principales agentes terapéuticos el sulfato, el calcio, el ácido sulfhídrico y el flúor. Además, existen otros componentes en cantidades muy bajas, los cuales han podido detectarse mediante métodos de análisis muy sensibles (ICP e ICP-Masa), cuyas propiedades favorables a la salud son aún desconocidas. - Los componentes de mayor concentración de los manantiales y pozos del sistema hidrotermal San Diego de los Baños – Bermejales, presentan una relativamente buena estabilidad en el tiempo, ante el efecto del ciclo hidrológico y de la explotación. - Los principales procesos geoquímicos que explican la composición química de las aguas asociadas al sistema hidrotermal estudiado son: disolución y precipitación de calcita, dolomita, albita y cuarzo; oxidación de piritas con reducción parcial de sulfatos; lixiviación o eliminación de NaCl por evapotranspiración o concentración; así como procesos de mezcla de aguas en diferentes proporciones entre miembros extremos de tipo HCO3 – Ca, HCO3 > Cl – Na y SO4 – Ca. - Las aguas del tipo HCO3 – Ca se encuentran asociadas a las calizas de la Fm. Artemisa. Las aguas del tipo HCO3 > Cl – Na se relacionan con las areniscas, esquistos y pizarras de la Fm. San Cayetano y las aguas del tipo SO4 – Ca, que emergen en los manantiales, proceden del drenaje profundo. - Las facies hidroquímicas presentes, las cuales quedaron explicadas por la metodología empleada, son las siguientes: bicarbonatadas cálcicas, bicarbonatadas cloruradas sódicas y sulfatadas cálcicas como miembros extremos; bicarbonatadas cálcicas sódicas, sulfatadas bicarbonatadas cálcicas, sulfatadas cálcicas sódicas y sulfatadas bicarbonatadas cálcicas sódicas, originadas mediante mezcla de las anteriores y los procesos geoquímicos referidos. - Controlando los caudales de las principales fuentes (pozo a 1, 3 y 4), se pueden obtener aguas con diferentes propiedades terapéuticas, las cuales pueden enriquecer las actualmente disponibles en los manantiales de San Diego de los Baños y Bermejales. - Las aguas sulfatadas cálcicas y sulfhídricas de tipo termominerales y con propiedades medicinales probadas, tienen un origen meteórico. Su composición se adquiere mediante procesos de interacción agua – roca y de mezcla con otras más someras. El azufre está presente tanto en las calizas de la Fm. Artemisa que constituyen el material acuífero, como en los sedimentos impermeables confinantes de la Fm. San Cayetano. El sulfato no es originado por disolución de yeso o anhidrita como suele ocurrir en otros sistemas hidrotermales, sino, a partir de los propios materiales del acuífero y de las capas impermeables que lo confinan, mediante procesos de oxidación- reducción. - Las aguas termominerales al ascender por las grietas y fisuras asociadas a las fallas, se mezclan con otras aguas que discurren por los horizontes acuíferos más superficiales, originando las restantes aguas. - Los procesos geoquímicos que determinan el modo de adquisición de la

composición química de las aguas del sistema hidrotermal San Diego de los Baños –



Bermejales ha sido demostrado mediante métodos de reconocimiento de patrones, balance de masas y diagramas de mezcla, constituyendo la aplicación sistemática de los mismos una metodología para determinar procesos geoquímicos en áreas geotérmicas.

RECOMENDACIONES Se propone la utilización de la metodología hidroquímica empleada en el estudio del sistema hidrotermal San Diego de los Baños – Bermejales, en otros sistemas hidrotermales del país, donde se dispone se una información hidrogeológica e hidrogeoquímica similar, con el objetivo de establecer los modelos hidrogeoquímicos y de dichos sitios.

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ANEXOS



Centro Nacional de Termalismo Víctor Santamarina · De modo especial dedico este trabajo a dos ......

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