El conocimiento de los recursos hídricos en Canarias cuatro décadas después del proyecto SPA-15 Homenaje póstumo al Dr. Ingeniero D. José Sáenz de Oiza ISBN: 978-84-938046-0-2

MODELO HIDROGEOQUÍMICO DEL ACUÍFERO DE LAS CAÑADAS DEL TEIDE, TENERIFE, ISLAS CANARIAS

Rayco MARRERO*, Nemesio M. PÉREZ*, Dina L. LÓPEZ** y Emilio CUSTODIO** (*) División de Medio Ambiente. Instituto Tecnológico y de Energías Renovables (ITER). 38611 Granadilla de Abona, Tenerife, Islas Canarias. [email protected] (**) Department of Geological Sciences, Clippinger Laboratories, Ohio University, Athens, Ohio, EE.UU. [email protected] (***) Departamento de Ingeniería del Terreno, Cartografía y Geofísica, Universidad Politécnica de Cataluña, C/Gran Capitán s/n, D–2, 007, 08034 Barcelona. [email protected]

RESUMEN En Tenerife, al igual que en el resto del Archipiélago Canario, los recursos hídricos superficiales son prácticamente inexistentes, siendo las aguas subterráneas las que aportan más del 90 % de los recursos hídricos naturales que se consumen. El acuífero de Las Cañadas es la principal reserva de aguas subterráneas de la isla, por lo que su estudio tiene una importancia socio-económica clave. Además, dicho acuífero posee una estrecha interacción con el sistema volcánico-hidrotermal del volcán Teide, que lo convierte en un potencial “trazador” de la actividad sismo-volcánica de la zona. A partir del estudio tri-dimensional de diversos parámetros físico-químicos e hidrológicos realizados en este acuífero, se ha observado que en la Caldera de Las Cañadas las aguas subterráneas están recibiendo un aporte directo de CO2 que disminuye el pH y favorece los procesos de interacción agua-roca, aumentando su contenido salino, especialmente de Na y HCO3. La composición química de los fluidos (gases y líquidos) en las galerias y pozos del Valle de Icod-La Guancha indica que ha medida que los mismos se alejan de las zonas con aporte de CO2, rápidamente aumenta su pH debido a procesos de desgasificación y/o consumo de CO2 en las reacciones de interacción agua-roca. En este trabajo se presentan los resultados del modelado geoquímico de estas interacciones y que justifican los fenómenos observados Palabras clave: Tenerife, acuífero de Las Cañadas, CO2, aguas subterráneas, interacción agua-roca-gases.

INTRODUCCIÓN El acuífero de Las Cañadas del Teide, constituye probablemente la mayor reserva hídrica de la isla de Tenerife (PHI, 1996). Dicho acuífero, ubicado en el centro de la isla, comprende la Caldera de Las Cañadas (CLC), en cuyo interior se encuentra el Complejo Volcánico Teide-Pico Viejo (CTPV), y el Valle de Icod-La Guancha (VIG) (Figura 1). Las aguas subterráneas del acuífero de las Cañadas son en general del tipo bicarbonatado sódico, muy mineralizadas, con conductividades eléctricas medias superiores a los 800 µS·cm-1 y

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concentraciones importantes de fluoruros (de hasta 10 mg·L-1). Estas características son en parte debidas al aporte continuo de gases endógenos (principalmente CO2) al acuífero, procedentes del sistema volcánico-hidrotermal del Teide. Este CO2 confiere una mayor agresividad a sus aguas, facilitando los procesos de interacción agua-roca. La temperatura del agua subterránea en el acuífero varía significativamente de unas zonas a otras, siendo de aproximadamente 18 ºC en el sondeo de investigación S-1 ubicado en el interior de CLC (Figura 1) y alcanzando hasta 50 ºC en el frente de la galería Nº 21 (Lomo Colorado). Esta conexión del acuífero de Las Cañadas con el sistema volcánico-hidrotermal del Teide lo convierte en un potencial “trazador” de la actividad sismo-volcánica de la zona. Por todo ello, la caracterización hidrogeoquímica del acuífero de Las Cañadas del Teide resulta de gran interés, no sólo desde el punto de vista socio-económico, sino también desde un punto de vista puramente científico. Una de las herramientas más eficaces para tratar de explicar la composición físico-química final de las aguas subterráneas del acuífero de Las Cañadas y su evolución durante su transporte por el medio poroso, es la simulación mediante programas de modelado geoquímico, de la interacción entre los fluidos y los minerales de las rocas. Además, este tipo de simulación también tiene especial interés en la determinación del rol que desempeñan las contribuciones meteóricas y/o de fluidos del sistema volcánico-hidrotermal del Teide en las características hidrogeoquímicas finales del acuífero de Las Cañadas. En este trabajo se presenta la simulación de los procesos de interacción agua-roca-gases que explican la evolución geoquímica de las aguas del acuífero de Las Cañadas. Antecedentes En la década de los años 1970 y 1980 tuvieron lugar en Tenerife una serie de proyectos de investigación, como el SPA-15 (1975) o los llevados a cabo por el IGME con fines geotérmicos, muy importantes y de gran envergadura, en los cuáles se trató de elaborar un modelo conceptual geohidroquímico del comportamiento de las aguas subterráneas de la isla. En estos estudios se detectó una gran variedad hidroquímica a nivel insular, influenciada por la amplia gama de composición de los materiales que la constituyen, así como por la heterogeneidad y anisotropía de los terrenos volcánicos, sin olvidar el decisivo papel que juega la existencia de importantes zonas con aportes de gases endógenos que afectan a la composición final del agua subterránea. Respecto al acuífero de Las Cañadas, además de los proyectos ya mencionados a nivel insular y de los hidrogeoquímicos e isotópicos (Custodio et al., 1987; Custodio, 1988), se han realizado algunos estudios hidroquímicos específicos, con el fin de caracterizar con mayor profundidad el acuífero y la conexión con las zonas adyacentes (Navarro, 1995). Estos trabajos sobre el acuífero de Las Cañadas, aunque son muy valiosos para enmarcar el presente estudio, sólo caracterizaron de una manera general y cualitativa los principales procesos responsables de la composición físico-química final de las aguas subterráneas. El objetivo de este trabajo es modelar de una forma cuantitativa la evolución de las aguas en su interacción con los gases endógenos y los minerales de las rocas que constituyen el sistema. Área de estudio El acuífero de Las Cañadas (216 km2), que corresponde con la Zona III según la

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zonificación hidrogeológica de Tenerife (PHI, 1996), presenta diferencias climáticas muy notables ya que abarca desde el nivel del mar hasta los 3718 m.s.n.m.. Mientras el clima en el VIG está condicionado por los vientos húmedos del noreste o alisios, con precipitaciones anuales medias de hasta 700 mm y temperaturas medias anuales de entre 15 y 20 ºC, el clima de la CLC es extraordinariamente seco durante cerca del 90 % de los días del año. En la CLC la precipitación anual media oscila entre los 500 mm en las zonas de barlovento y menos de 300 mm en el interior. Respecto a las temperaturas, la CLC presenta una temperatura media anual de unos 10 ºC, teniendo en los meses más fríos (enero y febrero) una media de 5 ºC y en los más calurosos (julio y agosto) una media de 18 ºC.

Figura 1. Mapa con los puntos de muestreo seleccionados divididos en 12 regiones diferentes y en detalle (margen inferior izquierdo) un mapa geológico simplificado de Tenerife con el área ampliada donde se ubica el acuífero de Las Cañadas. Curvas de nivel cada 50 m. Proyección UTM (m), WGS84, 28N.

Desde un punto de vista geológico, el medio poroso del acuífero de Las Cañadas está formado principalmente por materiales del Edificio Cañadas (3,5– 0,2 Ma) y del CTPV (0,2 Ma-actualidad). El Edificio Cañadas aflora a lo largo de toda la pared de la CLC y en el Macizo de Tigaiga, pero además ocupa el basamento del VIG y muy posiblemente también el de la CLC. Los materiales procedentes del CTPV, en forma de sucesivas coladas lávicas poco alteradas y depósitos de caída, rellenan parcialmente la CLC y el VIG.

METODOLOGÍA Para el modelado geoquímico del acuífero de Las Cañadas se han llevado a cabo varias simulaciones de la interacción entre los fluidos (aguas y gases) y los minerales de las rocas a través del programa de modelado hidrogeoquímico CHILLER (Reed y Spycher, 1990) que

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simula la especiación y las reacciones que posiblemente ocurren en el sistema. Para simular los procesos de interacción se utilizó el modelo de valoración (titulación) de la roca: en este proceso, la masa de roca se adicionó, en pequeños incrementos, a la solución acuosa. El ensamblaje mineral formado, así como las masas de los minerales precipitados junto con la composición química de la solución resultante después de cada incremento, se calcularon para cada adición de roca. Las fases que intervinieron en las diferentes simulaciones del modelado fueron: - El agua subterránea del sondeo S-1 (Figura 1) representa una de las pocas muestras disponibles de la zona de recarga del acuífero. Por tanto, es ideal para tomarla como el término inicial en las simulaciones de interacción agua-roca-gas. - La mayoría de los materiales procedentes del CTPV que rellenan la CLC y el VIG, que son de composición basáltica, estando los materiales de composición más intermedia (fonolitas y en menor medida traquitas) restringidos a las capas más superficiales del relleno. Por tanto se han utilizado dos muestras de roca, una de composición fonolítica y otra basanítica, que corresponden con los miembros finales de las rocas del medio poroso del acuífero. - Debido al importante proceso de condensación que se produce en el interior del CTPV (López et al., 2003), los gases endógenos emitidos por las fumarolas del Teide no representan el fluido en el interior del sistema y, por tanto, no pueden ser involucrados en las simulaciones de interacción agua-rocas-gas. Sin embargo, estudios recientes llevados a cabo en el acuífero de Las Cañadas han confirmado que muchas de sus aguas presentan una elevada fugacidad de CO2, incluso hasta alcanzar la sobresaturación (Marrero, 2010). Por tanto, en las simulaciones de interacción llevadas a cabo en el modelado hidrogeoquímico se ha supuesto siempre la presencia de CO2, aunque a diferentes fugacidades o presiones parciales del CO2 (PCO2), desde la presión parcial en la atmósfera exterior (10-3,5 bares) hasta los 50 bares a los que posiblemente se encuentra el fluido en profundidad (Marrero, 2010).

RESULTADOS Con el fin de comparar la composición química de las aguas subterráneas del acuífero de Las Cañadas y de las zonas adyacentes con las simulaciones de las interacciones a diferentes PCO2 entre el agua del sondeo S-1 y el basalto y la fonolita, todos estos resultados se representaron en un diagrama desarrollado por Giggenbach (1988) para sistemas volcanicos hidrotermales en general (Figura 2). En la Figura 2 se puede observar que las aguas subterráneas del acuífero de Las Cañadas y de las zonas adyacentes analizadas parecen seguir una tendencia general (línea verde), sugiriendo que su composición catiónica es en parte el resultado en diferentes proporciones de los procesos de mezcla entre las rocas fonolíticas y basálticas y un equilibrio total agua-roca marcado por la línea de equilibrio a diferentes temperaturas (línea negra). La composición química del agua del sondeo S-1 refleja, tal y como cabía esperar, una de las aguas subterráneas menos evolucionadas de las aquí representadas. En cambio, las soluciones resultantes de la simulación de la interacción a PCO2 atmosférica entre el sondeo S-1 y el basalto y la fonolita (respectivamente las líneas discontinuas rosa – a la derecha- y naranja – a la izquierda -), también muestran una evolución hacia un estado de equilibrio total agua-roca, pero que no coincide con la de las aguas subterráneas representadas, generando unas

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soluciones teóricas poco probables en las que las concentraciones de Ca y Mg disminuyen bruscamente y no coincide con la evolución observada. 1,0

41 59 25g

0,9

50º

S-1

Chasogo

10g

50g

Orotava

12

75g

3g

Guajara

4,5g

100g

42

0,8

Dorsal NO Dorsal Sur

40g

0,7 10Mg/(10Mg+Ca)

21 28 10g

54

67

125g

Arico

TENDENCIA 5g GENERAL

Arico-Fasnia

0,6

Granadilla

50g

Taucho

11

0,5

4g

Tigaiga Valle O

0,4

Valle E

100º

Fonolita

0,3

Basalto Sondeo S-1

0,2

S-1 + Basalto + CO2 atm

150º

0,1

200º

250º

300º

350º

S-1 + Basalto + CO2 50 bar S-1 + Fonolita + CO2 atm S-1 + Fonolita + CO2 50 bar

0,0 0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5 0,6 10K/(10K+Na)

0,7

0,8

0,9

1,0

Linea Equilibrio

Figura 2. Diagrama de la concentración catiónica relativa de Na-K-Ca-Mg en las aguas subterráneas del acuífero de Las Cañadas y de las zonas adyacentes. También se ha representado la solución resultante de la disolución isoquímica de 10 gramos de las rocas basálticas y fonolíticas usadas en la interacción, así como la evolución de la solución resultante de las interacciones entre el sondeo S-1 con el basalto y la fonolita, a 10-3,5 bares de PCO2 (líneas naranja y azul; las dos exteriores) y a PCO2 igual a 50 bares (líneas rosa y roja; las dos interiores), respectivamente. También se ha indicado en cada solución la cantidad (en gramos) de roca agregada a la simulación. Línea negra inferior: evolución, en función de la temperatura (ºC), de la composición química de una solución en equilibrio con una roca promediada de la corteza. Valores químicos en mol/L.

En consecuencia, para tratar de reproducir mejor la evolución de las aguas subterráneas del acuífero, las siguientes simulaciones se realizaron aumentando progresivamente la PCO2 desde 1 bar hasta 50 bares, coincidiendo con la del fluido en profundidad, para evitar que la solubilidad del Ca y el Mg disminuya tan rápidamente. En la Figura 2 se observa que, las soluciones resultantes de las interacciones entre el agua del sondeo S-1 y los basaltos y fonolitas a PCO2 de 50 bares (respectivamente líneas continuas roja – a la derecha - y azul – a la izquierda -), se ajustan mejor a la tendencia general de las aguas subterráneas del acuífero de Las Cañadas, reproduciendo razonablemente bien la composición catiónica de las mismas, aunque algo mejor para la fonolita que para el basalto. De esta forma, las aguas subterráneas más evolucionadas o próximas al equilibrio, como las de la galería Nº 21 (Lomo Colorado), 59 (Fuente del Valle) y 42 (Pinalito), son el resultado de la interacción de aproximadamente 25 y 40 gramos de fonolita y entre 50 y 100 gramos de basalto por litro de agua, respectivamente. Si bien al aumentar la PCO2 se consiguió que la solubilidad de los minerales de Ca y Mg no disminuyera durante la interacción en ambas simulaciones, durante todo el proceso de adición de roca el pH disminuye constantemente, mientras que la concentración de HCO3 (y Na) aumenta hasta valores irreales por encima de 10 g·L-1, que no se corresponden con los de las aguas subterráneas del acuífero. Por tanto, fue necesario dejar de añadir CO2 al acuífero para que la solución acuosa resultante disminuyera la PCO2 y aumentara el pH hasta valores

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similares a los de las aguas subterráneas que ya no circulan por zonas con aporte de CO2. Por tanto, las aguas subterráneas de la zona de Las Cañadas, como las del sondeo S-1, cuando van interaccionado con la roca y adicionando el CO2 presente en el acuífero, disminuyen el pH y aumentan considerablemente su contenido salino, especialmente de Na y HCO3; antes de llegar a la zona de descarga en las galerías y pozos, se alejan de las zonas con aporte de CO2, por lo que rápidamente aumentan su pH, desgasificándose y/o consumiendo el CO2 en las reacciones de interacción agua-roca. CONCLUSIONES La simulación, mediante programas de modelado geoquímico como el CHILLER (Reed y Spycher, 1990), de la interacción agua-roca-gas en el acuífero de Las Cañadas ha permitido comprobar que las características hidrogeoquímicas del mismo están controladas por la presencia de CO2 procedente del sistema volcánico-hidrotermal del Teide y la interacción de los fluidos con las fonolitas y basaltos del sistema. Consecuentemente, las galerías del VIG parecen ser la solución resultante de diferentes grados de interacción entre el sondeo S-1, que representa el agua de recarga poco evolucionada, y las rocas fonolíticas y basálticas que conforman el medio poroso, y adición y posterior degasificación de gases endógenos. AGRADECIMIENTOS Queremos agradecer al Cabildo de Tenerife, a través del Consejo Insular de Aguas, el aporte de algunos de los datos usados en este estudio. Este trabajo muestra el avance en el conocimiento científico tras las elaboraciones pioneras del SPA-15. REFERENCIAS CUSTODIO, E. (1988). Hydrogeochemistry of Tenerife Island. Rev. Esp. Hidrogeología 3, 1-19. CUSTODIO, E., HOPPE, J., HOYOS-LIMÓN, J., JIMENEZ, J., PLATA, A., UDLUFT, P. (1987). Aportaciones al conocimiento hidrogeológico de Tenerife utilizando isótopos ambientales. Hidrogeología y Recursos Hidráulicos. Madrid. XII: 263-280. GIGGENBACH, W.F. (1988). Geothermal solote equilibria. Derivation of Na-K-Mg-Ca geoindicators. Geochem. Cosmochim. Acta 52, 2749-2765. LÓPEZ D., PÉREZ, N.M., MARRERO, R. (2003). Energy released at Teide Volcano, Tenerife, Canary Islands. EOS (Trans. Am. Geophys. Union) 84, 724. MARRERO, R. (2010). Modelo Hidrogeoquímico del acuífero de Las Cañadas del Teide, Tenerife, Islas Canarias. Tesis doctoral, Universidad Politécnica de Cataluña, 500 pp. + Anexos. NAVARRO, J.M. (1995). Geología e Hidrogeología del Parque Nacional del Teide. Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación, Subdirección General de Espacios Naturales, Parque Nacional del Teide, 103 pp. PLAN HIDROLÓGICO INSULAR DE TENERIFE (PHI) (1996). Decreto 319/1996, BOC. REED, M.H., SPYCHER, N.F. (1990). User guide for CHILLER. University of Oregon, 64 pp. SPA-15 (1975). Estudio científico de los recursos de agua en las Islas Canarias (Proyecto 69/515). MOPUNESCO. Madrid. 4 vols.

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