Propiedades químicas y superficiales de los sedimentos de dos acuíferos cuaternarios de la llanura tucumana

GARCÍA M. G

Congreso; X Reunión Argentina de Sedimentología:; 2004

El impacto producido el hombre sobre el medio físico ha afectado en buena medida la calidad del agua y de los suelos en grandes extensiones de territorio. Esta situación se va agudizando y ya existen fuertes señales de alerta acerca de la disponibilidad de agua potable y suelos fértiles en el futuro. Es por ello que, para poder compatibilizar el crecimiento económico y tecnológico de la sociedad con el cuidado del medioambiente, gran parte de los estudios de geoquímica ambiental se han orientado al análisis del comportamiento de los contaminantes que son arrojados al medio.             En los ambientes acuáticos, la composición química del agua está controlada por las reacciones que se producen con los sedimentos y rocas con las que se encuentran en contacto. Asimismo, la distribución de contaminantes está regulada en parte por los procesos que se producen en la interfaz agua-sedimento, principalmente intercambio iónico y adsorción. Estos procesos dependen del pH, la fuerza iónica y la temperatura del medio y de las propiedades superficiales de los sólidos involucrados tales como el punto de carga cero (pzc, por sus siglas en inglés), el área superficial y la cantidad de sitios superficiales disponibles para la adsorción.   Como parte de un estudio geoquímico de las aguas subterráneas de la cuenca hidrogeológica del SE de la Provincia de Tucumán, se tomaron muestras puntuales de los sedimentos de dos acuíferos de la cuenca. El objetivo fue conocer las propiedades químicas y superficiales de los sedimentos que están en contacto con el agua alojada en esos acuíferos y que controlan la movilidad de los elementos traza presentes en el agua. Los sedimentos estudiados corresponden al acuífero freático y al acuífero semiconfinado desarrollado en los sedimentos depositados por el río Salí. El primero se desarrolla en los sedimentos de la Formación Tucumán (Bonaparte y Bobovniqov, 1974) que cubre gran parte de la llanura tucumana y que consiste en loess de color ligeramente rojizo a pardo con un contenido en carbonato de calcio y cuarzo relativamente bajo y abundante presencia de vidrio volcánico (Sayago 1995). Estos materiales alcanzan una profundidad de aproximadamente 30 metros. El segundo está conformado por los sedimentos gravosos depositados en el valle del río Salí, que alcanzan un espesor de 150 metros. De cada uno de estos acuíferos se seleccionaron muestras que fueron separadas en dos grupos: las pertenecientes al acuífero freático que se denominaron ?loess? y las correspondientes al acuífero semiconfinado del Río Salí que fueron denominadas ?sedimentos fluviales?. En estas muestras se determinó pH, conductividad, materia orgánica-carbono total, textura, capacidad de intercambio catiónico, cationes intercambiables, carbonatos, cationes y aniones solubles, siguiendo las normas propuestas por López Ritas y López Melida (1990). Además se determinó la composición química mayoritaria y algunos metales pesados (Fe, Mn, Cr, Cu, Al y As) de la fracción total recuperable mediante espectrofotometría de absorción atómica. Para definir el punto de carga cero del material se realizaron ensayos de movilidad electroforética y titulaciones potenciométricas. La identificación mineralógica de la fracción limoarcillosa de los sedimentos se realizó por difractometría de rayos X. La composición química mayoritaria de ambos tipos de sedimentos no muestra diferencias importantes. El contenido de Na2O es de alrededor de un 5%, el de K2O 1%, CaO 4% y MgO 2%. El contenido de Fe2O3 oscila entre un 8 y un 11%, el de SiO2 entre un 55 y un 63% y el de Al2O3, entre un 12 y un 16%. Entre los elementos traza determinados, la concentración de As varía entre 2 y 10 ppm, la de Cr entre 20 y 41 ppm y el Cu puede alcanzar hasta 450 ppm. El pH es débilmente alcalino en ambos tipos de sedimentos. El contenido de materia orgánica oscila entre 0 y 1,15%. En los sedimentos fluviales el contenido de materia orgánica duplica al del loess.             Los valores de capacidad de intercambio catiónico son bajos como consecuencia de la predominancia de la fracción arenosa. Los valores más elevados corresponden al loess. Texturalmente ambos tipos de sedimentos se clasifican como arenosos, franco arcillosos y franco arcillo ? arenosos. En general, la fracción arena predomina sobre las fracciones limosa y la arcillosa, que se encuentran en proporciones semejantes. La composición mineralógica de los sedimentos fluviales está representada por clorita, hidrobiotita, illita y lepidocrocita, cuarzo, feldespatos y yeso. En el loess, los minerales identificados son illita, lepidocrocita, smectitas, caolinita, hidrobiotita, zeolitas y yeso.  A estos debe agregarse la presencia de vidrio volcánico, el cual no puede identificarse mediante análisis estándares de rayos X, debido a su naturaleza amorfa. De acuerdo con estudios previos, el contenido de vidrio volcánico en el loess pleistocénico varía entre un 3 y 6%, mientras que en el loess holocénico, el contenido es de entre 3 y 12% (Ovejero, 1980).             Si bien en los sedimentos estudiados existe un predominio de minerales con puntos de carga cero bajos (alrededor de 3), el resultado de las titulaciones potenciométricas muestra valores altos de pH para los cuales la densidad de carga superficial es igual a cero. En cualquier caso el punto de carga cero experimental está muy alejado del valor esperado considerando las mediciones de movilidades electroforéticas, las cuales arrojan valores de carga superficial negativa en el rango de pH de 3 a 11.             Los minerales con bajos puntos de carga cero adsorben los cationes presentes en la solución del suelo dando lugar a la formación de especies superficiales ºSOM. Estas especies al entrar en contacto con el agua de los acuíferos o del río liberan nuevamente a la solución estos cationes, alcalinizando el medio:  ºSOM + H2O ®  ºSOH + M+ + OH-                                                            donde M representa un catión monovalente y S un ion metálico superficial. Por las características de los sedimentos estudiados se entiende que predominarán los sitios superficiales ºSiOH (silanol). Como consecuencia de la alteración superficial, la afinidad hacia los protones de la sílice aumenta a cualquier valor de pH. Consecuentemente, se observa valores de carga protónica positiva aún en condiciones de pH en los cuales esa carga es negativa en la sílice pura (2 £ pH £ 6). Esa mayor afinidad por los protones está vinculada con la presencia de silicatos que le confieren a la superficie carga negativa. La carga global que determina el potencial en el plano de cizalla es negativa y consecuentemente lo son las movilidades electroforéticas.             La alteración de la carga superficial observada en los sedimentos como consecuencia de la presencia de iones provenientes de sales solubles puede modificar la capacidad de los mismos para adsorber elementos traza u otros compuestos