EL OXIGENO-18 EN LAS AGUAS METEORICAS DE MEXICO

637 R~vista M~xicana d~ Física 31 NO.4 (1985) 637-647 EL OXIGENO-18 EN LAS AGUAS METEORICAS DE MEXICO R. Castillo. P. Morales y S. Ramos Institut

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Story Transcript

637

R~vista M~xicana d~ Física 31 NO.4 (1985) 637-647

EL OXIGENO-18 EN LAS AGUAS METEORICAS DE MEXICO R. Castillo. P. Morales

y

S. Ramos

Instituto de Física, UNAM

Apartado Postal 20-364 Delegación Alvaro Obregón 01000, México, D.F.

l. Mata. O. Vivaldo Subdirección de Investigación y Tecnología de Apoyo, S.A.R.H. Teotih~acan

18, D. Cuauhtémoc

06100, México, D.F. (recibido agosto 22, 1984; aceptado abril 16, 1985) RESU1'1EN En esta comunicación se reportan los resultados del análisis iso tópico del oxígeno-lB efectuados a muestras de agua de lluvia, recolecta-das en el período mayo 19B2 a mayo 1983 por una red de 18 estaciones distribuidas a lo largo de la República Mexicana, obteniéndose las curvas de correlación ~80:0.011 TM-O.OOlh-S.20 (coeí. correl 0.678) y o~80z0.19 TM-9.71 (ooeroorrel 0.52). ABSrRACf

In this communication we report the oxygen-lB isotopic analysis of rain water samples coleeted from Hay 1982 - Hay 1983 by a 18-station-

638

network distr~buted along the Republ~ca Mexicana. We find the corre lat10n curves ó~80=O.Oll TM-O.OOlh-5.20 (c.c.O.68) and 6~80=O.193 T -9.71 M (c.c. 0.52).

1~~RODUCCIO, Desde 1961 la red de estaciones del I.A.E.A./\V.M.O. (1) ha proporcionado información sobre las variaciones del contenido isotópico en la precipitación a nivel mundial. De igual forma, se han desarrollado programas de monitoreo regional en algunas partes del planeta para estudiar algunos aspectos específicos de dichas variaciones isotópicas. que permiten elaborar modelos útiles en la hidrología(Z). La variación, tanto temporal como espacial, del contenido isoté pico de las aguas de precipitación tiene su origen en la redistribución de las especies de agua substituidas isotópicamente durante los cambios de fase que ocurren en los distintos estadios del ciclo hidrológico; sieg do en los procesos de evaporación y condensación donde ocurre el mayor fraccionamiento isotópico, pues la razón de transporte entre las fases di fiere de una especie substituida isotópicamente a otra. El grado de sep~ ración isotópica depende de varios parámetros tales como la composición isotópica inicial, las condiciones termodinámicas presentes durante el cambio de fase, la velocidad de reacción, etc., aunque el más importante de todos estos factores es, sin duda, la temperatura a la cual ocurren los cambios de fase(3). El concurso de estos factores en forma individual o mezclados en el ciclo hidrológico trae como consecuencia varios efectos sobre la composición isotópica de la precipitación que resumimos a continuación. 1) Efecto de la temperatura: Se refiere a la dependencia de la composición isotópica de la precipitación con la temperatura de condensación (a menor temperatura mayor fraccionamiento isotópico). 2) Efecto de altura: Se refiere a la dependencia de la composición isotó pica de la precipitación con altitud (a mayor altitud la precipitación se encuentra empobrecida en isótopos pesados). 3) Efecto de evaporación: Se refiere al cambio en la composición isotópi ca de la precipitación, causada por la evaporación en el proceso de

639

caída de las gotas de agua.

4) Efecto de cantidad: Se refiere a la relación observada entre cantidad y su composición

de precipitación cipitación ción).

mayor empobrecimiento

S) Efecto continental:

del sitio de muestreo, de precipitación,

nos permiten

cantidad

en estudios que pretenden relacionar con la precipitación regional (4) , idea del contenido

en las ciudades

a escala mlUldial por su localización escasa y alta dispersión que refleja

los amplios

nivel regional

que hubiese

sido valiosa

nar el contenido dientes

valores

en contenido

isotópico

obtener

en la realización

infoITlk'lcióna de varios estu de relacio~

isotópico

del agua de precipitación

con los correspon-

isotópicos

del agua de los acuíferos

subterráneos

tre el Instituto

mencionados,

de Física de la Universidad

de Investigación

cultura y Recursos taciones

que si bien c~

Pl~S habría dado la oportunidad

Por los antecedentes

y Tecnología

Hidráulicos

distribuidas

de

(lUla en lUl clima s~

tudio, lo que a su vez hubiera permitido dar elementos origen o tipo de recarga de dichos acuíferos.

recci6n

múltinlesap1l

cambios meteorológicos

de la zona marina del Gol-fa de ~1éxico) no penniten dios geohidrológicos(S,6,7),

media anual,

de la red menci£

y Veracruz,

nada localizadas

con precipitación

ca-

en la precipitación

se conoce gracias a dos estaciones

y la otra de tipo costero

la compo-

el agua de lUl deteminatlo

isotópico

de Chihuahua

en

ambientales

etc., lo que ~lcuentra

pleo su cometido miárido

(a ma-

en la precipl

tales como temperatura

caciones acuífero

~~xicana

entre la dis-

relacionar

con los parámetros

altitud,

la República

observada

de la precipitación

en isótopos pesados

Rayleigh(3).

de la precipitación

Una primera

de pre-

en la precipita-

que encuentran su explicación cualitativa

de destilación

sición isotópica racterísticos

isotópico

mayor empobrecimiento

Estos "efectos", el proceso

(a mayor cantidad

Se refiere a la relación

tancia a la costa y el contenido yor distancia tación).

isotópica

en isótopos pesados

bajo e~

de juicio sobre el

se inició una colaboraci6n Nacional

(I~~)

de Apoyo de la Secretaría

(SITASAJUf) para instalar

en-

y la Subdi

de Agri-

una red de 18 es-

en varias partes del país (Fig. 1) para obtener

640

muestras

de agua de lluvia,

lisis isot6pico racterísticas pitaci6n

(contenido generales

las que posteriormente de oxígeno-lB)

del contenido

de las distintas

regiones

se sometieron

con el fin de evaluar

de oxígeno-lB

al aná las ca-

con el agua de precl

del país, hasta el momento

desconoci-

das. Esta comunicaci6n de los análisis

isotópicos

tiene como objetivo efectuados

presentar

a las muestras

los resultados

de agua de lluvia,

calcetados en el período mayo 1982 - mayo 1983 y discutir en forma breve algunos aspectos relevantes de dichos resultados. ~UF.srRID y ANALISIS lSOTOPlCO

En cada una de las estaciones de la red (Fig. 1 Y Tabla 1), se recolectó

la precipitación

llones con

lUla

de 10 días en bote-

capa de un centímetro de espesor de petrolato líquido,

ra evitar a lo mínimo de 30 mI. para enviarse

Fig.

total diaria por períodos

su evaporaci6n(8), al laboratorio

de donde se tomaron

p~

alicuotas

a ser analizadas.

1 Mapa de localización de las estaciones cas que contribuyeron al estudio.

climatológicas

e hidrométri

TABLA REStNI'N DE WS RESULTAOOS NlJ>lE-

ro

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

ESTACION

San Carlos B.C.N. Presa. A. Rodríguez ,Son

Pellade1 Agui la, Dgo. Nevado de Toluca,

Mex.

Peñitas, Co1. El Puerto de Cotij a, Mich Jiménez, Chih. San Fernando, Tamp. Suchixtlahuaca, Oax. Puente Colgante,

Chis.

Pueblo Nuevo, Tab. Canasayab. Camp. Los Pilares, S.L.P. C.C.A. UNAM, D.F. Feo. Rueda, Ver. El Rejon, Chih. Presa Coyote, Coah. Mérida,

Yuc~

15 11 13 17 13 19 15 21 10 15 18 14 9 14 8 16 7 6

*5010 se muestreo medio afio

6La precisi6n de los análisis es de 0.1\.

31.47.16 29.04.38 24.12.20 19.07.08 19.15.37 19.43.03 27.07.48 24.50.50 17.43.40 16.44.38 17.52.10 10.50.07 22.29.25 19.20.32 17.50.00 28.37.03 25.26.27 20.58.35

116.27.30 110.55.08 104.39.25 99.44.99 103.48.45 102.40.20 104.54.58 98.09.30 97.22.00 93.02.32 92.52.10 90.26.05 101.02.17 99.12.00 93.34.00 106.07.08 103.28.30 89.34.50

170 225 1890 4120 520 1640 1390 50 2120 425 10 30 1730 2400 7 1450 1130 7

12.0 21.8 16.3 3.0 22.9 14.4 14.9 14.3 15.2 24.2 24.0 26.0 16.1 17.4 23.50 12.0 17.10 26.2

-7.0 665.2 -3.4 221.1 -5.8 225.4 -10.1 811.3 825.2 -5.9 -7.4 664.5 -3.4 225.4 414.5 -3.9 -9.7 171.1 -7.2 677 .4 -6.1 1740.4 -3.6 946.1 247.0 -8.9 -6.7 530 -4.20 1855.4 -5.7 258.1 -9.60 188.6 -4.1 278.7

.,.

'" ~

642

El análisis

técnica de Epstein

y

del oxígeno-lB

equilibrado

en un espectr6rnetro

de masas.

180;160 del

tras de agua es el producto tópico efectuada

se efectuó

siRuiendo

la

~~yeda, que fundamentalmente consiste en analizar

caZ

la reIacion de agua.

isot6pico

con una alicuota

de la muestr~

Este COZ equi 1ibracio con ITnJes-

de la siguiente

reacción

de intercambio

iso

a 25°C:

(1)

Para procesar deraba este estudio,

un número grande de muestras, fue necesario

operar al alto vacío que pudiese tras de ab~a a la velo de 5 unidades

iguales

cesar 5 muestras

rela muestra

Por tal motivo

resulta muy sencilla

l~s siguientes



vidrio,

Introducir

se le permite

Este COZ

alcanzar

(Finni~an

isotópico a 25°C.

de agua en de acuerdo

por la misma

línea de

tipo dedo frío B y e, con

frigorífica

de hielo seco y eta-

250) en los frascos de oxígeno-lB

de desviación

lfnea entre

Posterior-

y seco se lleva al espectrámetro M,-'1t

por

de Z mI

el aire, con ayuda

en la misma

controlada

de la reacción

El contenido

en unidades

trón internacional

en efectuar

una alícuota

el equilibrio

líquido y mezcla

equilibrado

isotópico.

agua se reporta

para pr.£

COZ en el frasco A con ayuda de nitr6-

a su paso por las trampas

de triple colector el análisis

Colocar

se había confinado

extrae el COZ producto

secándose

la ayuda de nitrógeno nol.

en fonna circular

A y eliminar

a la Ec. (1), en 1m baño de temperatura mente,

línea de vidrio

lIna vez que se tiene el COZ y la muestra

1 y 2. A

de varias mues~

\ffi3

y consiste

operaciones:

en el frasco reaccionador

del sistema de vacío. las válvulas

se construyó

(ver Fig. 2) dispuestas

geno líquido, que previamente el frasco

una línea de vidrio para

lograr CO~ equilibrado

en un mismo tiempo.

Su operación quintuplicado

implementar

como las que consi-

D

de masas

para finalizar

de las muestras

por mil (%0) relativas

S.~1.0.W. (9), esto es, en unidades

de al na-

delta definidac; por

643

COMUNICACION DE

PREVACIO

AL

SISTEMA

y ALTO

VACIO

I

MANOMETRO MEDIDOR

DE VACIO

2

FRASCO

Fig.

2.

REACCIONADOR

0

Línea de preparación de las muestras del oxígeno-lB en muestras de agua.

para

efectuar

el análisis

RESULTADOS

El resumen de los resultados

de los análisis

cuentra en la Tabla 1, en la que se indica la posición estaciones de la S.A.R.lI.

isotópicos geográfica

que contribuyeron a este estudio.

se ende las

La collmma

644

n(~ero de muestras

corresponde

precipitación

durante

de oxígeno-lB

en ~ con respecto

acuerdo

el año.

a la siguiente

al número de decenas en que se recolectó La columna ó180 corresponde al contenido p

al S~OW pesada por la precipitación

de

ecuación:

decenas

1:

donde los P.1 y 0180.1 corresponden a la precipitación tópico de la i-esima decena respectivamente. dientes a cada decena para algtma estación a solicitud

de los interesados).

de a la temperatura decena.

promedio

(Los resultados en particular

La columna

decenal

al contenido iso-

y

temperatura

correspon-

pueden enviarse media correspo~

de los días con precipitación

en la

D1SCUSION Una vez efectuados los análisis ción múltiple

sobre los parámetros

lógicas mostraron, mo consecuencia

cOJOO era de esperarse,

+

0.011 TM - 0.001 h-S.20

donde T~f = temperatura

media y h

de las estaciones

que la temperatura

el altitud de las estaciones

ficientes de correlación parcial. correlación múltiple fue

O~80

isotópicos, los cálculos de correl~

ambientales

tuviesen

media y co-

los más altos coe-

Para estas dos variables

(coef. correl. multo

meteor~

=

la Cllrva de

0.68)

altitud en metros sobre el nivel del

mar.

La Fig. 3 presenta los valores 6180 contra la temperatura J11Cdia, 18 P siendo la ecuaci6n 0p O = 0.193T -971 (coef. correlación 0.52) la recta M que mejor ajusta los datos. El fraccionamiento dientes

a las estaciones

te por la temperatura,

de la precipitación de las zonas correspon4,1,16,8 y 7 parece estar determinado básicamen ya que caen muy cerca de la relación 0180 - T m~

645

o .2

.4

.6

•• "0

2

Fig.

4

3.

6

8

10

12

\4

\6

le

20

22

24

26

T media

(.C)

Gráfica que ilustra la relación 6180 anual de la precipitación vs. la temperatura media de los si~ios de muestreo (Mayo 1982Mayo 1983).

dial (ó180 = 0.695T-13.6j(3). Para el caso de las demás estaciones se sugiere la existencia de otros efectos en el fraccionamiento isotópico de la precipitación, con igual importancia que la temperatura. Ahora bien, por las características del territorio mexicano no podría esperarse que la temperatura fuese el único factor que deterndnara el fraccion~ miento isotópico de la precipitación,

comoocurre a mayores latitudes

(lo

que explicara el bajo coeficiente de correlaci6n 6180 vs.T), pues, por P encontrarse entre los paralelos 14° y 33° de latitud septentrional, dentro del Trópico de Cáncer presenta un ~lima tropical que muestra en su parte sur características de atmósfera barotr6pica propia de bajas latitudes, mientras el resto del país al norte del Trópico de Cáncer se encuentra en la zona de altas presiones subtropicales; si además de estos cambios climáticos originados por la latitud agregarnos aquellos debidos a la geografía sumamente abrupta del país, da por resultado una distrib~ ción pluvial y ténnica muy irregular, tanto en el tiempo corro en el esp~ cio, originando desde regiones con abundantes lluvias y oscilaciones té~

646

micas anuales pequeñas, que podrían presentar en fonna relevante el cfee to isotópico

de cantidad

casas y con regímenes también

regiones

de precipitación,

pluviales

hasta regiones

muy variables

con una oscilación

con lluvias e~

de un año a otro, así como

térmica anual muy alta, previéndose

en estos casos varios efectos isotópicos como son los del tipo continen. tal o fraccionamiento de precipitación,

isotópico del agua meteórica

etc.

en el mismo proceso

De esta forma podemos decir que la temperatura

isotáPl

parece ser un factor importante que determina el fraccionamiento co de la precipitación

de tipo local y regional que deberán

teristicas camente

del país, pero fuertemente

influenciado ser estudiadas

por cara£ específi-

en el futuro, pues es de notar que la mayoría de los ptultos ale18 ó 0 T mundial, en la Fig. 3, corresponden a zonas

jados de la relación

con tul índice de precipitaci6n

máxima probable

en 24 horas superiores

a

los 200 mm(lO) , sugi~iendo que el efecto isot6pico de cantidad de precipitación

puede ser en algunas

zonas muy importante.

AGRADECIMIFNfOS Los autores tura y Recursos recolección,

agradecemos

Hidráulicos

organización

al personal

que directa y elaboraci6n

Cortes por su ayuda en la preparaci6n

de la Secretaría

de Agricul

o indirectamente

colabor6

en la

de este trabajo,

así como a A.

de las muestras.

REFERENCIAS l.

I.A.E.A.

Environmenta1

Concentrations

[sotope

in precipitation.

Data.

World Survey of Isotope

Technical

report series No. 96,

117,129.147.165,192 •.....• Vienna. Internationa1 Atomic Energy Agency. and Yurtsever Y. and J.R .• Gat. Chapter 6 in Stable [sotope Hydrology Technical reports series No. 210. l.A.E.A. Vienna (1981) .

C. Sonntag and K.O. Munnich, TeLt"" 34 (1982) 142-150. Y referencias mencionadas en ese artfculo. -3. W. Dansgaard. TeLt"". 16 (1964) 436. 4. J.R. Gat, W~~ Reoo~,ceh Reo. 7 (1971) 980. 5. R. Castillo el ~., Rev. Mex. FL.. 30 (1984) 647; 29 (1983) 509;

2.

K. Rozanski.

29 (1982) 53. 6. 7.

--

ea U.A. Ch., C.J .• HydJr.oi.

A. Issar el

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