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FORMACIÓN DE GRIETAS EN EL ALTIPLANO TAMAULIPECO
Resumen: Este artículo examina la compleja relación entre el comportamiento hidrogeológico del acuífero Tula-Bustamante y la formación de grietas en el Altiplano tamaulipeco, analizando los procesos físicos, químicos y mecánicos que intervienen en este fenómeno.
Palabras clave: Acuífero kárstico, dedolomitización, presión de poro, subsidencia, hidrogeoquímica, mecánica de suelos.
El acuífero Tula-Bustamante, una fuente vital de agua subterránea para actividades agrícolas y poblacionales, ha mostrado un deterioro constante en los últimos años debido a su sobreexplotación. Este fenómeno ha desencadenado un proceso de desestabilización del suelo, visible en la aparición de grietas en diversas localidades del Altiplano tamaulipeco. Comprender cómo el comportamiento del acuífero influye en estas fracturas es fundamental para establecer medidas de mitigación.
Los acuíferos kársticos y fracturados, como el Tula-Bustamante, están formados por rocas calizas con una alta permeabilidad secundaria debida a fracturas y fisuras (Guevara-Mansilla y Ventura-Houle, 2020). En este contexto, el nivel freático representa un parámetro clave: su descenso continuo reduce la presión de soporte dentro de los poros del suelo, favoreciendo la compactación y la formación de grietas. Además, factores como la baja recarga natural y la presión tectónica amplifican este proceso.
Para entender el problema, imaginemos el acuífero como un edificio subterráneo de varios niveles:
El flujo de agua sigue la Ley de Darcy:
Q = -K(dh/dl)A
Donde:
Q = Caudal
K = Conductividad hidráulica
dh/dl = Gradiente hidráulico
A = Área de la sección transversal
El proceso de karstificación comienza en la atmósfera y se desarrolla en etapas progresivas que transforman la estructura del acuífero:
El proceso inicia cuando el agua de lluvia absorbe CO₂ atmosférico (con una presión parcial de aproximadamente 10⁻³·⁵ atm). Al infiltrarse en el suelo, donde la presión parcial de CO₂ puede alcanzar 10⁻¹·⁵ atm debido a la actividad biológica, se forma ácido carbónico (H₂CO₃). Este ácido débil es el principal agente de disolución en sistemas kársticos, derivado del proceso de disociación, por la capacidad de disolución, y por los efectos en el sistema karstico.
La potencia de este proceso químico se manifiesta en las tasas de disolución de la calcita. En condiciones normales, a 25°C y presión atmosférica, la solubilidad de la calcita apenas alcanza los 14 mg/L. Sin embargo, cuando el agua está acidificada por la presencia de CO₂, esta solubilidad puede aumentar dramáticamente hasta alcanzar los 400 mg/L. Esta capacidad de disolución varía según las condiciones ambientales: disminuye con el aumento de la temperatura y se incrementa con una mayor presión parcial de CO₂.
Cuando el agua acidificada entra en contacto con la caliza:
En el corto plazo, la acción continua del ácido carbónico sobre las rocas carbonatadas genera una disolución activa que aumenta la porosidad secundaria del acuífero. Este proceso modifica gradualmente la conductividad hidráulica del sistema, creando nuevas rutas para el flujo del agua subterránea. A mediano plazo, estos cambios se traducen en el desarrollo de conductos preferentes que alteran significativamente los patrones de flujo originales y provocan variaciones en la calidad del agua.
La solubilidad de la caliza aumenta con:
La evolución a largo plazo del sistema kárstico bajo la influencia del ácido carbónico resulta en la formación de extensas redes de cavernas y el desarrollo de dolinas. Estos cambios estructurales pueden comprometer severamente la estabilidad del acuífero, especialmente en zonas donde la extracción intensiva de agua subterránea acelera el proceso de disolución. En el caso específico del acuífero Tula-Bustamante, esta situación se ve agravada por la presencia de yesos y estructuras geológicas favorables a la disolución.
Este proceso ocurre cuando el agua rica en sulfatos (del yeso) interactúa con la dolomita:
La calidad del agua subterránea también se ve profundamente afectada por estos procesos. La disolución continua incrementa la dureza total del agua debido al aumento en las concentraciones de calcio y magnesio, eleva la alcalinidad por la presencia de bicarbonatos, y aumenta los sólidos disueltos totales. Estos cambios químicos se reflejan en un incremento de la conductividad eléctrica del agua, parámetro que puede utilizarse como indicador de la intensidad de los procesos de disolución.
Los riesgos asociados a esta dinámica química son considerables. La disolución progresiva puede provocar colapsos súbitos del terreno o hundimientos graduales que amenazan la infraestructura superficial. Además, el desarrollo de conductos kársticos aumenta la vulnerabilidad del acuífero a la contaminación, ya que estos pueden transportar rápidamente contaminantes sin la filtración natural que ocurre en medios porosos no kársticos.
La porosidad, esa característica fundamental que determina la capacidad de almacenamiento de agua en un acuífero, experimenta cambios significativos debido a los procesos de disolución. Este cambio se puede cuantificar mediante la ecuación:
ΔΦ = (Vdisuelto/Vtotal) × 100
ΔΦ = Cambio en la porosidad (%)
Vdisuelto = Volumen de roca disuelta
Vtotal = Volumen total de roca
Esta fórmula aparentemente simple encierra un proceso complejo. Consideremos un ejemplo práctico: en un metro cúbico de caliza (Vtotal = 1 m³), si los procesos de disolución han removido 0.05 m³ de roca (Vdisuelto), el cambio en la porosidad sería:
ΔΦ = (0.05/1) × 100 = 5%
En el corazón del problema de las grietas del acuífero Tula-Bustamante se encuentra un fenómeno físico conocido como deformación vertical, un proceso que puede cuantificarse y predecirse mediante principios de la mecánica de suelos. Este proceso se describe matemáticamente mediante la ecuación de consolidación (ΔH = H × Cc × log(σ'f/σ'i)), que relaciona el hundimiento total con el espesor del estrato compresible, su índice de compresión y los cambios en el esfuerzo efectivo que soporta el terreno.
Para ilustrar la magnitud de este fenómeno, consideremos un caso típico en el acuífero. Imaginemos un estrato de roca calcárea fracturada de 100 metros de espesor, con un índice de compresión de 0.2, valor característico para este tipo de material. Cuando el esfuerzo efectivo aumenta de 60 a 80 kg/cm² debido a la extracción de agua subterránea, el resultado es un hundimiento de 2.5 metros. Esta magnitud de deformación, aparentemente modesta en relación con el espesor total del estrato, es suficiente para desencadenar una serie de efectos en cascada que incluyen la formación de grietas, daños estructurales en edificaciones.
El resultado de este balance es un margen extremadamente estrecho de apenas 1.9 hm³ anuales. Esta diferencia, aunque positiva, coloca al acuífero en una situación de alta vulnerabilidad. Durante períodos de sequía, cuando la recarga disminuye, este margen puede desaparecer fácilmente, llevando a condiciones de sobreexplotación. Además, aunque el balance general muestre un superávit modesto, pueden existir zonas dentro del acuífero donde la extracción local supere significativamente la recarga, creando conos de abatimiento y acelerando el proceso de hundimiento.
La interacción entre la deformación vertical y el balance hídrico crea un ciclo de retroalimentación potencialmente peligroso. La extracción intensiva de agua aumenta el esfuerzo efectivo sobre el esqueleto mineral del acuífero, lo que causa hundimientos. Estos hundimientos, a su vez, pueden modificar la capacidad de almacenamiento del acuífero y alterar los patrones de flujo subterráneo, afectando así el balance hídrico general del sistema. En casos extremos, este ciclo puede llevar a un deterioro acelerado y potencialmente irreversible del acuífero.
Para mantener la estabilidad del sistema y prevenir daños mayores, es fundamental implementar una gestión del agua basada en el entendimiento de estos procesos físicos. Esto incluye mantener la extracción por debajo de niveles críticos, establecer redes de monitoreo que permitan detectar deformaciones tempranas del terreno, y desarrollar estrategias de recarga artificial en zonas estratégicas. Solo mediante un manejo que considere tanto los aspectos hidrogeológicos como los geomecánicos podremos asegurar la sostenibilidad a largo plazo del acuífero Tula-Bustamante.
CONCLUSION
Para evitar que el problema de las grietas se agrave, es esencial implementar medidas de gestión sostenible del acuífero, tales como:
Reducción de la extracción: Establecer límites máximos de bombeo acorde a la capacidad de recarga.
Recarga artificial: Construcción de zonas de infiltración controlada para mejorar la recarga natural.
Monitoreo continuo: Implementar sistemas avanzados para medir el nivel freático y los desplazamientos del suelo.
Investigación geotécnica: Realizar estudios más detallados sobre la mecánica del suelo en las áreas afectadas.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
CONAGUA (2024). Actualización de la disponibilidad media anual de agua en el acuífero Tula-Bustamante.
Ventura-Houle, R., Guevara-Mansilla, O., & Requena-Lara, G. (2021). Water–rock interactions in a karst aquifer located in southwestern Tamaulipas, Mexico. Carbonates and Evaporites, 36:59.
Guevara-Mansilla, O., & Ventura-Houle, R. (2020). Hydrochemistry and physicochemical parameters in fractured aquifers. Environmental Earth Sciences, 79:352.
López-Loera, H., & Pérez-Corona, A. (2011). Geophysical characterization of karstic and fractured aquifers: Application in semi-arid environments. Journal of Hydrology, 403(1-2), 45-56.
Redhaounia, B., & Saidi, S. (2017). Impacts of climate variability on groundwater resources in fractured aquifers. Hydrological Processes, 31(2), 231-244.
