Mantell freàtic

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca

El mantell freàtic o aigües subterrànies és el mantell subterrani d'aigües que reposa damunt un nivell de roques impermeables.

L'aigua subterrània representa una fracció important de la massa d'aigua present en cada moment en els continents, amb un volum molt més important que la massa d'aigua retinguda en llacs o circulant, i encara que menor al de les glaceres, les masses més extenses poden arribar a milions de km (com l'aqüífer guaraní). L'aigua del subsòl és un recurs important, però de difícil gestió, per la seva sensibilitat a la contaminació ia la sobreexplotació.

Aqüífer captiu o confinat[modifica | modifica el codi]

L'aigua es troba tancada entre dues capes impermeables i sotmès a una pressió diferent a l'atmosfèrica (superior). Només rep l'aigua de pluja per una zona on hi ha materials permeables, recàrrega lòctona on l'àrea de recàrrega es troba allunyada del punt de mesura, i pot ser directa o indirecta depenent de si és aigua de pluja que entra en contacte directe amb un aflorament de l'aigua subterrània, o les precipitacions han de travessar les diferents capes de sòl abans de ser integrada a l'aigua subterrània. A les zones de recàrrega se'ls pot dir zones d'alimentació. A causa de les capes impermeables que tanquen l'aqüífer, mai s'evidenciaran recàrregues autòctones (situació en la que l'aigua prové d'una àrea de recàrrega situada sobre l'aqüífer), cas típic dels aqüífers semiconfinats i els no confinats o lliures (freàtics).

És una creença comuna que l'aigua subterrània plena cavitats i circula per galeries. No obstant això, no sempre és així, ja que pot trobar-se ocupant els intersticis (porus i esquerdes) del sòl, del substrat rocós o del sediment sense consolidar, que en contenen com una esponja. L'única excepció significativa, l'ofereixen les roques solubles com les calcàries i els guixos, susceptibles de patir el procés anomenat karstificació, en el qual l'aigua excava avencs, cavernes i altres vies de circulació, model que més s'ajusta a la creença popular.

Aqüífers i nivells de pressió[modifica | modifica el codi]

L'aigua subterrània es troba normalment amarant materials geològics permeables que constitueixen capes o formacions als que se li denominen aqüífers. Un aqüífer és aquella àrea sota la superfície de la terra on l'aigua de la superfície (p. ex. Pluja) percola i s'emmagatzema. De vegades es mou lentament cap a l'oceà per fluxos subterranis. Una formació aqüífera ve definida per una base estanca (mur) i per un sostre, que pot ser lliure, semipermeable o impermeable, per el que són els continents de les masses d'aigua subterrània. Si es excava o perfora la terra per connectar amb un aqüífer, a través de pous o galeries filtrants es pot explotar aquesta massa d'aigua per a consum humà, agrícola o industrial. La capa freàtica és l'aqüífer subterrani que és a poca profunditat relativa i que tradicionalment proveeix els pous d'aigua potable. És, òbviament, la capa més exposada a la contaminació procedent de la superfície.

En llocs allunyats de rius, llacs o mars, aquests aqüífers són sovint l'única font d'aigua disponible, especialment en extenses àrees com els deserts d'Atacama, Kalahari i Sàhara. De vegades aquesta aigua surt a la superfície per si sola a través d'embassaments, fonts, (oasis, en els deserts), surgida per fonts, traspua, aigües termals o guèisers. La zona del subsòl en la qual els forats estan plens d'aigua es diu zona saturada. El nivell superior de la zona freàtica a pressió atmosfèrica, es coneix com a nivell freàtic. El nivell freàtic pot trobar-se a diferents profunditats, depenent de les circumstàncies geològiques i climàtiques, des de només uns centímetres fins a desenes de metres per sota de la superfície. En la majoria dels casos la profunditat varia amb les circumstàncies meteorològiques de les quals depèn la recàrrega dels aqüífers. El nivell freàtic no és horitzontal, a diferència del nivell superior dels mars o llacs, sinó que és irregular, amb pendent monòtonament decreixent des del nivell fix superior al nivell fix inferior. Per sobre de la zona saturada, des del nivell freàtic fins a la superfície, es troba la zona no saturada o zona vadosa, en la qual la circulació és principalment vertical, representada per la percolació, que és la circulació moguda per la gravetat, de l'aigua d'infiltració.

Quan el nivell freàtic no es troba a la pressió atmosfèrica, sinó que la supera, es diu que l'aqüífer no és lliure, sinó captiu o confinat, en aquest cas, quan realitzem un pou o sondeig, l'aigua tendeix a ascendir traspassant el sostre (semipermeable o impermeable) de l'aqüífer. En aquestes úniques condicions, el nivell freàtic passa a denominar-se llavors nivell piezomètric, el qual podria arribar fins a la superfície del terreny o fins i tot superar-la, provocant excepcionalment el que es coneix com surgència o pou artesià. Però en general, la majoria dels pous d'aqüífers captius no són artesians, sinó que l'aigua puja pel pou, sense arribar a la superfície. En rares vegades, els nivells piezomètrics poden fins i tot baixar dins del pou, fenomen que s'explica, per l'existència de dos aqüífers: un aqüífer superior (confinat o no) però a més pressió, que recàrrega l'existent inferior, procés singular que hauríem provocat nosaltres mateixos, a través de la connexió hidràulica per el pou.

D'aquesta manera, la principal diferència entre un nivell freàtic i un altre piezomètric, és que, mentre el primer és "real" i pràcticament invariable (en funció, principalment, de la petita variació baromètrica del lloc), el piezomètric és "virtual" i és funció de la profunditat que aconseguim amb la perforació o excavació d'un pou o sondeig, ascendint, en un sector de descàrrega (fluxos subterranis ascendents), o baixant, en un sector de recàrrega (fluxos subterranis descendents). També el nivell piezomètric pot ser independent de la profunditat, en certes àrees denominades "de trànsit" (fluxos subterranis horitzontals).

Estructura[modifica | modifica el codi]

Un aqüífer és un terreny rocós permeable disposat sota la superfície, on s'acumula i per on circula l'aigua subterrània. En un aqüífer "lliure" es distingeix:

  • Una zona de saturació, que és la situada a sobre de la capa impermeable, on l'aigua omple completament els porus de les roques. El límit superior d'aquesta zona, que el separa de la zona vadosa o de ventilació, és el nivell freàtic i varia segons les circumstàncies: descendint en èpoques seques, quan l'aqüífer no es recarrega o ho fa a un ritme més lent que la seva descàrrega, i ascendint, en èpoques humides.
  • Una zona de ventilació o vadosa, és l'espai comprès entre el nivell freàtic i la superfície, on no tots els porus estan plens d'aigua.

Quan la roca permeable on s'acumula l'aigua es localitza entre dues capes impermeables, que pot tenir forma d'U o no. En aquest cas, l'aigua es troba sotmesa a una pressió més gran que l'atmosfèrica, i si es perfora la capa superior, flueix com un brollador, tipus pou artesià.

Perforant el terreny fins a la zona de saturació és com s'obté un pou ordinari, mentre que la formació d'una deu surgents o pou artesià es produeix en un aqüífer captiu, quan el nivell piezomètric "virtual" aflora a la superfície i les aigües sorgeixen a l'exterior.

Tipus d' aquifer[modifica | modifica el codi]

tipud d' aquifers

Des del punt de vista de la seva conformació es poden distingir els aqüífers lliures, i els aqüífers confinats. A la figura del costat s'lustren els dos tipus d'aqüífers:

  • Riu o llac' '(a ), en aquest cas és la font de recàrrega d'ambdós aqüífers.
  • Sòl porós no saturat' '(b ).
  • Sòl porós saturat' '(c ), en el qual hi ha una camada de terreny impermeable (d ), format, per exemple per argila, aquest estrat impermeable confina l'aqüífer a cotes inferiors.
  • Sòl impermeable' '(d ).
  • 'Aqüífer no confinat '(i ).
  • Font' '(f ); d'aigues molt calentes
  • Pou que capta aigua de l'aqüífer no confinat '(g )'.
  • Pouque arriba al 'aqüífer confinat, sovint l'aigua brolla com en un brollador o font, anomenat pou artesià '(h ).

Recàrrega[modifica | modifica el codi]

L'aigua del sòl es renova en general per processos actius de recàrrega des de la superfície. La renovació es produeix lentament quan la comparem amb la dels dipòsits superficials, com els llacs, i els cursos d'aigua. El temps de residència (el període necessari per renovar per complet un dipòsit a la seva taxa de renovació normal) és molt llarg. En alguns casos la renovació està interrompuda per la impermeabilitat de les formacions geològiques superiors (aqüitards), o per circumstàncies climàtiques sobrevingudes d'aridesa. En certs casos es parla d'aqüífers fòssils, aquests són bosses d'aigua subterrània, formats en èpoques geològiques passades, i que, a causa de variacions climàtiques ja no tenen actualment recàrrega.

L'aigua de les precipitacions (pluja, neu ,...) pot tenir diferents destinacions una vegada arriba a terra. Es reparteix en tres fraccions. Es diu vessament a la part que llisca per la superfície del terreny, primer com a riera difusa i després com aigua canalitzada, formant rierols i rius. Una altra part de l'aigua s'evapora des de les capes superficials del sòl o passa a l'atmosfera amb la transpiració dels organismes, especialment les plantes; ens referim a aquesta part com evapotranspiració. Finalment, una altra part s'infiltra en el terreny i passa a ser aigua subterrània.

La proporció d'infiltració respecte al total de les precipitacions depèn de diversos factors:

  • La litologia (la naturalesa del material geològic que aflora i la superfície) influeix a través de la seva permeabilitat, la qual depèn de la porositat, del diàclasis (esquerdament) i de la mineralogia del substrat. Per exemple, els minerals argilosos s'hidraten fàcilment, inflant-se sempre en algun grau, el que dóna lloc a una reducció de la porositat que acaba per fer al substrat impermeable.
  • Un altre factor desfavorable per a la infiltració és una pendent marcada.
  • La presència de vegetació densa influeix de forma complexa, perquè redueix l'aigua que arriba a terra (intercepció), però s'estén en el temps l'efecte de les precipitacions, desprenent a poc a poc l'aigua que mulla el fullatge, reduint així la fracció d'escorrentia i augmentant la d'infiltració. Un altre efecte favorable de la vegetació té a veure amb les arrels, especialment les arrels denses i superficials de moltes plantes herbàcies, i amb la formació de sòl, generalment més permeable que la majoria de les roques fresques.

La velocitat a la qual l'aigua es mou depèn del volum dels intersticis (porositat) i del grau d'intercomunicació entre ells. els dos principals paràmetres de que depèn la permeabilitat. Els aqüífers solen ser materials sedimentaris de gra relativament gruixut (graves, sorres, llims, ...). Si els porus són prou amplis, una part de l'aigua circula lliurement a través d'ells impulsada per la gravetat, però una altra queda fixada per les forces de la capilaritat i altres motivades per interaccions entre ella i les molècules minerals. En algunes situacions especials s'ha aconseguit la recàrrega artificial dels aqüífers, però aquest no és un procediment generalitzat, i no sempre és possible. Abans de poder plantejar-se la conveniència de proposar la recàrrega artificial d'un aqüífer és necessari tenir un coneixement molt profund i detallat de la hidrogeologia de la regió on es troba l'aqüífer en qüestió d'una banda i per un altre disposar del volum d'aigua necessari per a tal operació.

Descàrrega[modifica | modifica el codi]

una font comuna d'aigua potable en un poble d'Ucraïna.

L'aigua subterrània mana (brolla) de forma natural en diferents classes de surgències en els vessants i de vegades en fons del relleu, sempre allà on el nivell freàtic intercepta la superfície. Quan no hi ha surgències naturals, a l'aigua subterrània es pot accedir a través de pous, perforacions que arriben fins a l'aqüífer i s'omplen parcialment amb l'aigua subterrània, sempre per sota del nivell freàtic, en què provoca a més una depressió local. L'aigua es pot extreure per mitjà de bombes. L'aigua també es desplaça a través del sòl, normalment seguint una direcció paral·lela a la del drenatge superficial, i això resulta en una descàrrega subterrània al mar que no és observada en la superfície, però que pot tenir importància en el manteniment dels ecosistemes marins.

El flux hipodèrmic o "interflux" és aquell que circula de manera ràpida per certes formacions permeables d'escassa profunditat, en general, lligada a Alveo fluvials (aqüífers subàlvia), que procedeixen d'una ràpida infiltració, alta velocitat de transmissió (conductivitat ). Aquests fluxos solen anar lligats al propi flux en el riu, donant-se de vegades al riu el nom de curs intermitent, ja que el que s'observa en el riu és que aquest té trams amb aigua i trams secs.

Sobreexplotació[modifica | modifica el codi]

Els pous es poden assecar si el nivell freàtic cau per sota de la seva profunditat inicial, el que passa ocasionalment en anys de sequera. El règim de recàrrega pot alterar-se per altres causes, com la repoblació forestal, que afavoreix la infiltració enfront de l'escorrentia, però encara més afavoreix l'evapotranspiració, o per l'extensió de paviments impermeables, com passa en zones urbanes i industrials. El descens del nivell freàtic mitjà es produeix sempre que hi ha una extracció continuada d'aigua a l'aqüífer. No obstant això aquest descens no vol dir que l'aqüífer estigui sobreexplotat. Normalment el que passa és que el nivell freàtic busca una nova fita d'equilibri en què s'estabilitza. La sobreexplotació es produeix quan les extraccions totals d'aigua superen la recàrrega.

En algunes parts del món l'ampliació dels regadius i d'altres activitats que consumeixen aigua s'ha fet a costa d'aqüífers, i això provoca una lenta o gairebé nul·la recàrrega. Això ha tingut algunes conseqüències negatives com l'assecat de fonts i zones humides o la intrusió salina en aqüífers costaners. En alguns casos la sobreexplotació ha afavorit la intrusió d'aigua salina per la proximitat de la costa, provocant la salinització de l'aigua i indirectament la dels sòls agrícoles.

Contaminació de l'aigua subterrània[modifica | modifica el codi]

L'aigua subterrània tendeix a ser dolça i potable, ja que la circulació subterrània tendeix a depurar l'aigua de partícules i microorganismes contaminants. No obstant això, de vegades aquests arriben a l'aqüífer per l'activitat humana, com la construcció de fosses sèptiques o l'agricultura. D'altra banda la contaminació pot ser deguda a factors naturals si les capes freàtiques són massa riques en sals dissoltes o per l'erosió natural de certes formacions rocoses.

La contaminació de l'aigua subterrània pot romandre per llargs períodes. Això es deu a la baixa taxa de renovació i llarg temps de residència, ja que l'aigua subterrània no es poden aplicar processos artificials de depuració com els que es poden aplicar als dipòsits superficials, per causa del seu difícil accés.

Entre les causes antropogèniques (degudes als éssers humans) de la contaminació són la infiltració de nitrats i altres adobs químics molt solubles usats en l'agricultura. Aquests solen ser una causa greu de contaminació dels subministraments en planes d'elevada productivitat agrícola i densa població. Altres fonts de contaminants són les descàrregues de fàbriques, els productes agrícoles i els químics utilitzats per les persones a casa i patis. Els contaminants també poden provenir de tancs d'emmagatzematge d'aigua, pous sèptics, llocs amb deixalles perillosos i abocadors. Actualment, els contaminants de l'aigua subterrània que més preocupen, Són els compostos orgànics industrials, com dissolvents, pesticides, pintures, vernisses, o els combustibles com la gasolina.

Pel que fa als abonaments químics minerals, els nitrats són els que generen més preocupació. Aquests s'originen de diferents fonts: l'aplicació de fertilitzants, els pous sèptics que no estan funcionant bé, les llacunes de retenció de residus sòlids no impermeabilitzades per sota i la infiltració d'aigües residuals o tractades. L'enverinament amb nitrat és perillós en els nens. En alts nivells poden limitar la capacitat de la sang per transportar oxigen, causant asfíxia en nadons. En el tub digestiu el nitrat es redueixen nitrits, que són cancerígens etc.

L'aigua subterrània en àrees costaneres pot esser contaminada per intrusions d'aigua de mar quan la taxa d'extracció és molt alta. Això provoca que l'aigua del mar penetri en els aqüífers d'aigua dolça. Aquest problema pot ser tractat amb canvis en la ubicació dels pous o excavant altres que mantinguin l'aigua salada lluny de l'aqüífer d'aigua dolça. En tot cas, mentre l'extracció superi la recàrrega per aigua dolça, la contaminació amb aigua salada continua sent una possibilitat real.

Un exemple de la contaminació d'aigües subterrànies, és el que es presenta en el baix vall del Ganges. Allà es dóna un cas greu de contaminació per arsènic que està causant la intoxicació crònica a desenes de milions de persones, irremeiable fins ara. La causa d'aquesta contaminació, és la combinació d'un factor antropogènic, la contaminació orgànica lligada a la intensificació del regadiu i d'un factor natural. Una soca bacteriana del sòl que allibera l'arsènic que abans estava retingut a la roca, i a causa de les noves condicions s'[Aclariment necessari]a després.

Particularitats[modifica | modifica el codi]

Moltes de les aigües a les muntanyes s'escolen a través de terrenys permeables, i després -a través de cavitats subterrànies- fan cap al subsòl de les planes, on des del segle XIX han estat extretes, mitjançant sénies, i aprofitades per a regar terrenys destinats anteriorment al secà.

Vegeu també[modifica | modifica el codi]

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Mantell freàtic Modifica l'enllaç a Wikidata