Elementos traza en el agua subterránea : rol de la zona no saturada como fuente de aporte de flúor

Abstract

El acuífero freático en la región pampeana representa una fuente importante para el abastecimiento de agua a poblaciones. Un factor limitante de su uso lo constituye la presencia de flúor, cuya ingestión prolongada genera alteraciones en la salud. Su existencia es asignada a procesos de lixiviación de cenizas volcánicas contenidas en los sedimentos loéssicos que constituyen los acuíferos. Sin embargo es probable que otros componentes mineralógicos de la zona no saturada (ZNS) jueguen un rol significativo como fuente de aporte de fluoruros. Este trabajo establece el rol de la ZNS como fuente de flúor y cuantifica y relaciona los contenidos de este elemento en agua subterránea e intersticial, sedimentos, vidrio volcánico y tosca asociados con el acuífero. Para su realización se implementó el estudio de la ZNS de la cuenca del arroyo Napostá Grande (Buenos Aires, Argentina) mediante el monitoreo de pozos cavados siguiendo la dirección de una línea principal de flujo del agua subterránea. Se obtuvieron muestras de agua de la zona saturada (ZS), determinándose in situ diversos parámetros físicoquímicos. Se colectaron muestras de sedimento de la ZNS para la obtención de agua intersticial sobre las que se determinaron humedad gravimétrica, granulometría y mine-ralogía por difractometría de rayos X. Sobre las mismas se realizó tamizado en seco efectuándose análisis químicos en la fracción fina ( 63 m), sobre la cual también fue determinada el área BET. Adicionalmente se llevó a cabo el análisis químico de muestras de tosca de los mismos sitios de muestreo. Se evaluaron diversos métodos para la extracción del agua intersticial entre los cuales el de desplazamiento con líquidos inmiscibles resultó el más adecuado. A partir de la fracción > 63 m de sedimentos seleccionados se obtuvieron concentrados de vidrio volcánico utilizando soluciones de politungstato de sodio. Sobre los concentrados de vidrio volcánico se efectuaron análisis químicos completos. Se evaluaron las relaciones entre las concentraciones de ciertos elementos en el material litológico con valores guías. Fue establecida la relación del contenido de elementos entre cada tipo de material litológico analizado. Se efectuaron ensayos batch para establecer la relación entre la capacidad de liberación de fluoruros y arsénico de sedimentos loéssicos, fracciones finas y vidrios volcánicos, en función del tiempo de contacto con el agua. Mediante análisis del agua de lluvia de la cuenca superior se evaluaron tres posibles fuentes de sus componentes: la corteza terrestre, la superficie oceánica y los procesos antropogénicos. Se determinaron las concen-traciones de elementos mayoritarios, minoritarios, traza y ultratraza del agua intersticial y del agua subterránea. Se evaluó la presencia de ciertos elementos de interés ambiental y la distribución de las especies presentes en el agua sub-terránea y se calcularon sus índices de saturación respecto de diversos minerales. Se evaluó la calidad del agua sub-terránea destinada al consumo del ganado, para consumo humano y con fines de riego. Se estudió la movilidad de fluoruros y elementos de interés ambiental en ZNS y ZS. Se analizaron las correlaciones establecidas entre el flúor y los demás elementos en las fases sólidas y líquidas.

The phreatic aquifer in the Pampean region represents one important source for water supply to the population. A limiting factor for its use constitutes the fluorine presence, whose prolonged ingestion generates health consequences. Its presence is assigned to leaching pro-cesses from volcanic ashes, which are contained in the loessic sediments that constitute the aquifer. Neverthe-less, it is probable that other mineralogical components of the unsaturated zone (UZ) also play a significative role as fluoride source. This work establishes the role of the UZ as a fluorine source and quantifies the contents of this element in groundwater, soil solution, sediments, volcanic glass and calcretes associated with the aquifer. To accomplish its objectives, a study of the Napostá Grande watershed (Buenos Aires, Argentina) unsaturated zone was implemented. Boreholes were monitoring, in the direction of a main groundwater flow line. In those wells, water samples were obtained, determining in situ various physical-chemical parameters. To obtain soil solution, UZ sediments were collected. Gravimetric humidity and granu-lometric composition of sediments were evaluated and their mineral composition was determined by means of xrays difractometry. Dry sieving was performed on their samples, chemical analyses over fine fraction ( 63 m) were carried out and BET area was appraised. In addition chemical analysis of shallow calcrete was carried out Several methods for the extraction of soil solution were evaluated for the study of UZ water among which the displacement with immiscible liquids was revealed like most suitable for the extraction. Volcanic glass concen-trates were obtained from the fraction > 63 m of selected sediments by means of separation with sodium politungstate solutions. Complete chemical analyses were performed on the volcanic glass concentrates. The relationships between maximum concentrations of certain elements in the litho-logic material and the guiding values were evaluated. The relationship among the element content for each type of analyzed lithologic material was investigated. A series of batch tests aimed at establishing the relationship between the capacities of liberation of fluorides and arsenic from samples of loessic sediments, fine fractions and volcanic glasses, based on the time of contact with the water was carried out. Rainwater samples in the upper basin of Napostá Grande watershed were analyzed. In order to deter-mine the origin of its components, three possible sources were evaluated: the terrestrial crust, the oceanic surface and the anthropogenic processes. Chemical analysis of soil solutions and groundwater samples, determining the con-centrations of majority, minority, trace and ultratrace elements were carried out. The presence of certain ele-ments of environmental concern and the distribution trend of the species present in the groundwater of the watershed were evaluated and their saturation indexes with respect to diverse minerals were calculated. The quality of the water aimed for the consumption by cattle and for human consumption and for irrigation was evaluated. The mobility of fluoride and elements of environmental concern in UZ and SZ was studied. The correlations established among fluorine and other elements in the solid and liquid phases were analyzed.