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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
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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
Sé
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