Autores:

Soler, A.; Otero, N; Rosell, M.; Carrey, R.; Domènech, C.
Grup de Mineralogia Aplicada i Geoquímica de Fluids
Dep. Cristal·lografia, Mineralogia i Dipòsits Minerals, Facultat de Geologia, Universitat de Barcelona 

 

Los isótopos en los estudios medioambientales tienen principalmente cuatro aplicaciones:

1) datar la edad (normalmente del agua) mediante isótopos radioactivos,

2) conocer el origen del agua o de los contaminantes a partir de los isótopos estables de agua y/o solutos,

3) conocer las reacciones biogeoquímicas y las vías de degradación de contaminantes que tienen lugar en un emplazamiento a partir de estudios multi-isotópicos y finalmente

4) cuantificar la eficiencia de los procesos de descontaminación, tanto naturales como inducidos a partir del conocimiento del fraccionamiento isotópico.


La principal utilidad de los isótopos radiactivos es el cálculo de la “edad” del agua, es decir, del tiempo que ha transcurrido desde que se infiltró en el acuífero. No obstante, conocer la edad absoluta es generalmente una tarea difícil y, a menudo, solo se determina si es anterior o posterior a los ensayos nucleares de 1950 a partir del contenido en tritio (3H) del agua. No obstante, es posible conocer la edad del agua a partir de estudios detallados de tritio, 14C o 36Cl Link 1 Datacion


La composición isotópica del agua es como una huella dactilar, pues aguas de distintos orígenes poseen diferente composición isotópica. El agua de lluvia presenta diferentes composiciones isotópicas en función de la altitud, latitud, temperatura, etc (Fig. 1.1).

T2 Fig 1 1

 Fig. 1.1. Variación de la composición isotópica de la lluvia debida al efecto de continentalidad asociado los cambios de temperatura y al fraccionamiento cinético.

Las precipitaciones generadas a partir de una nube formada por la evaporación del agua del mar se sitúan a lo largo de la Línea Meteórica Mundial -LMM- (Fig. 1.2).

 

T2 Fig 1 2

Fig. 1.2 Las precipitaciones generadas a partir de una nube formada por la evaporación del agua del mar se sitúan a lo largo de la Línea Meteórica Mundial (LMM). Las aguas que han experimentado evaporación presentan pendientes más bajas, situándose a la derecha y por debajo de la Línea Mundial de las Aguas Meteóricas. La composición isotópica típica de las precipitaciones que se producen en la mayor parte de la Península Ibérica se encuentra a la izquierda de la Línea Mundial de las Aguas Meteóricas, dando excesos de deuterio comprendidos entre el 12‰ y 16‰.

 

Las aguas que han experimentado evaporación presentan pendientes más bajas, situándose a la derecha y por debajo de la Línea Mundial de las Aguas Meteóricas. (Fig. 1.2). Los isótopos estables de la molécula del agua se utilizan principalmente para conocer las fuentes de recarga al acuífero (origen del agua subterránea, ubicación de la recarga, las condiciones climáticas existentes en el momento/lugar de la recarga o los procesos que han modificado la composición del agua desde que ésta se recargó (evaporación, pérdidas de pantanos, reacciones agua-roca, mezcla de distintas aguas, etc.. Link 2 Isotopos agua

 

Los isótopos de algunos solutos disueltos en el agua subterránea, o presentes en los suelos contaminados, como el sulfato, nitrato, carbonato, estroncio, etc. se utilizan para conocer el origen de estos compuestos.

La composición isotópica del sulfato, compuesto presente como soluto habitualmente en aguas subterráneas y superficiales, y en forma sólida en los suelos como yeso u otros compuestos de azufre (sulfuros, fertilizantes, etc.), suele ser un excelente trazador del origen del sulfato y por ende en numerosas ocasiones de otros contaminantes presentes Link3 Sulfato

En el caso del 15N, este isótopo junto con el 18O en las especies oxidadas de nitrógeno, es útil para discriminar entre fuentes de contaminación agrarias y/o ganaderas y de redes de saneamiento urbano. Así mismo, los isótopos de nitrógeno son cada vez más utilizados para monitorizar emplazamientos mediante Atenuación Natural Monitorizada, o para cuantificar procesos inducidos de atenuación de la contaminación, como bioestimulación, barreras reactivas permeables ´BRP-, estratos reactivos permeables ERP en recarga artificial, etc. Link4 Nitrato

Los isótopos de carbono inorgánico disuelto permiten conocer las condiciones de recarga y corregir el aporte de 13C por disolución de carbonatos en el cálculo de la edad del agua mediante 14C. Link5 CID


La composición isotópica de 13C, 35Cl y 2H en compuestos orgánicos permite discriminar distintas plumas de contaminación. Además la existencia de fraccionamiento isotópico (Fig. 1_3) asociado a la degradación de estos compuestos e inexistente en procesos de dilución, dispersión por transporte, sorción etc (Fig. 1_4) confiere a la composición isotópica de estos compuesto un enorme potencial para cuantificar (Fig. 1_5) la eficiencia de procesos de degradación natural o inducida (bioestimulación, bioaumentación, Oxidación Química, BRP, ERP, ANM, etc.).

T2 Fig 1 4

 Fig. 1.3. Fraccionamiento isotópico, al ser la fuerza covalente del enlace proporcional a la masa del isótopo, a lo largo de una reacción química, la velocidad de esta es más rápida para el isótopo de menor masa que para el de masa mayor. Por ello en el equilibrio la composición isotópica de reactante y producto serán distintas. Este proceso generalmente no afecta a procesos de dilución, dispersión por transporte, sorción, etc.

T2 Fig 1 3

Fig. 1.4.En un emplazamiento contaminado, el contaminante suele tener una historia compleja desde su penetración en el suelo con la presencia de procesos de volatilización en función del compuesto. Al llegar al nivel freático en función de su densidad penetrara o quedará en la superficie y sufrirá procesos de disolución en el agua, dispersión por transporte y en ocasiones si las condiciones son favorables degradación.

Además, el distinto valor del fraccionamiento isotópico, de los distintos elementos que configuran estos compuestos, en función de las bacterias y/o condiciones redox permiten determinar las rutas metabólicas de degradación. Link6 CSIA

 

Si bien los isotopos de nitrato permiten discriminar entre fuentes agrícolas y ganaderas, no permiten discriminar entre la contaminación por actividades ganaderas y perdidas de redes de saneamiento. Los isotopos de boro permiten discriminar entre estas dos fuentes de contaminación, y en algunos casos también se han usado para determinar la presencia de agua de mar, ya sea connata o por intrusión salina. Link7 Boro


Bibliografia.

BIBLIOGRAFIA del Tema 2