Modelización geoquímica de cauces naturales afectados por retornos de riego. El caso del barranco de Lerma (Zaragoza, 2004-2020)

Zonas geológicamente “salinas” y con escasa pluviometría, ya en si propensas a salinizar su drenaje natural, pueden ver acelerado el proceso de salinización de los sistemas hídricos receptores por la puesta en marcha del regadío. El objetivo de este trabajo es analizar la evolución a largo plazo del comportamiento geoquímico del drenaje de una de estas áreas potencialmente salinas por su transformación en riego.La zona de estudio corresponde al área regable de la cuenca de Lerma (Bardenas, Zaragoza) donde se han ejecutado balances hidrosalinos desde el año hidrológico 2004, previo a su transformación en riego, hasta el año 2020, con el regadío ya consolidado. Adicionalmente, se ha realizado un estudio geoquímico del sistema para la evaluación de los principales procesos controladores de su salinidad.La puesta en regadío de la cuenca de Lerma ha duplicado la masa de sales exportada hasta alcanzar, para todo el periodo de estudio, una media de 3177 kg/ha regable·año, de las cuáles un 55 % se corresponden con el resultado de un proceso global de disolución de minerales salinos cuya tendencia es a disminuir conforme éstos son lavados del suelo.El estudio pone de manifiesto la disolución de algunas fases minerales (halita, yeso, dolomita), y la precipitación de otras como la calcita. Adicionalmente, la composición final de los retornos de riego no se explica sin el intercambio catiónico Na Ca por el cual parte del Ca2+ disuelto en las aguas pasa al suelo que, por su parte, aporta Na+ a la solución.La consolidación del regadío está conllevando una progresiva disminución de la salinización inducida sobre los sistemas hídricos receptores de los retornos de riego, si bien, la formación de petrocálcicos por la precipitación de calcita podría llegar a provocar la posterior salinización de suelos en zonas donde el drenaje llegase a estar impedido.<br /

Caracterización geoquímica de un sistema hidrotermal de aguas alcalinas en el Pirineo

En este Trabajo Fin de Grado se han determinado los caracteres fisicoquímicos del sistema geotermal de San Vicente, ubicado en el Pirineo leridano, tanto en condiciones de surgencia como en su reservorio (temperatura, estados de equilibrio mineral y pH). También se han evaluado algunas de las modificaciones composicionales que sufren las aguas durante su ascenso. Para ello se han empleado cálculos de modelización geoquímica (especiación-solubilidad) y técnicas geotermométricas (geotermómetros clásicos y simulaciones geotermométricas).Las aguas estudiadas presentan, en condiciones de surgencia, una temperatura de 38Cº, elevados valores de pH (8´8 a 9´5), bajos contenidos en el total de solidos disueltos, sodio como catión dominante y ningún anión en concentraciones preponderantes sobre los demás. Todos estos caracteres son comunes al resto de aguas termales alcalinas presentes en otras zonas del Pirineo.Los cálculos de especiación-solubilidad indican que las aguas termales, en condiciones de surgencia, presentan unos valores muy bajos de presión parcial de CO2 (por debajo del valor de presión parcial atmosférica), la sílice se encuentra parcialmente ionizada, la distribución de las especies carbonatadas está dominada por el HCO3- y la especie Al (OH4)- es la forma dominante de aluminio en la solución. Por su parte, los valores de índice de saturación (I.S.) indican que las aguas del manantial se encuentran sobresaturadas respecto a cuarzo, calcedonia, feldespato potásico y albita.Las simulaciones geotermométricas realizadas indican que, en profundidad, las aguas de San Vicente se encuentran en equilibrio respecto a una asociación mineral constituida por albita, cuarzo, feldespato potásico, calcita, caolinita y algún aluminosilicato cálcico como la zoisita, a una temperatura de 85±7ºC y con un valor de pH más bajo (8´8 ± 0´1) que el determinado en condiciones de surgencia. Estos resultados refinan y mejoran los obtenidos mediante la aplicación de los geotermómetros clásicos y, específicamente, resuelven los problemas provocados por la presencia de especies silíceas parcialmente ionizadas en los geotermómetros de la sílice, ayudando a conocer cuál es la fase silícea con la que se establece el equilibrio en el reservorio.Durante el ascenso y enfriamiento de las soluciones termales a la superficie se produce un incremento del pH (con tasas de variación de 0´009 a 0´015 unidades de pH por grado centígrado) controlado por el reequilibrio de los pares ácido-base (H4SiO40 - H3SiO4-, HCO3- - CO32-, etc) activos en estas aguas. Asimismo, se produce una precipitación de caolinita aunque no de magnitud suficiente como para influir significativamente en la sílice disuelta o en la variación de pH de las aguas. La calcita se mantiene en equilibrio sin que se produzcan procesos de disolución durante el ascenso, ya que el aumento en la solubilidad de la calcita se ve compensado por un incremento en las concentraciones de CO32- asociado al aumento de pH de las aguas.A partir del gradiente geotérmico de la zona se ha estimado la profundidad del reservorio de las aguas de San Vicente, en torno a los 2 Km. Finalmente, se recomienda la realización de nuevas de campañas de muestreo que mejoren las ya realizadas e incluyan en el análisis datos de Al y Li, así como la realización de un estudio isotópico (δ18O y δ2D en las aguas) para determinar la altitud del área de recarga del sistema.<br /

Caracterización geoquímica del sistema termal de Ariño (Teruel)

El sistema geotérmico de Ariño está situado al noroeste de la provincia de Teruel y se encuentra en el entorno del Parque Cultural del río Martín. Esta zona se enmarca en el extremo SE de la Rama Aragonesa de la Cordillera Ibérica. Se encuentra alojado en terrenos mesozoicos, extendiéndose por la denominada Cubeta o Depresión de Oliete. Además, se encuentra en contacto con la Facies Keuper evaporítica y en la parte inferior de este acuífero destacar la presencia de las anhidritas de la formación Lécera. Las aguas termales presentan una temperatura de descarga de unos 20 ºC y un pH de 7.2. El sistema termal de Ariño es un sistema carbonatado evaporítico de baja temperatura y por ello se han utilizado la combinación de varias técnicas geotermométricas (geotermómetros químicos e isotópicos y modelización geoquímica) y se han realizado cálculos geoquímicos inversos y prospectivos. Además, se han evaluado los principales procesos de interacción agua-roca responsables de la evolución química de estas aguas. <br /

Estudio geomorfológico e hidroquímico del valle de Mener (Huesca)

La cuenca del valle del Cinca, situada en el sector central de los Pirineos y en su zona axial, está dominada por rocas metamórficas paleozoicas con un claro predominio de esquistos y cuarcitas frente a pizarras. Esta zona ha sido explotada comercialmente desde la antigüedad por los romanos e íberos debido a la existencia de yacimientos minerales de Hierro, Cobalto y Cromo asociados a filones debidos a la formación de fracturas y a la circulación de agua hidrotermal durante el Mesozoico (Triásico) en las Minas Mener en las cotas de 1800 a 2200m.s.n.m. La cantidad de mineral extraído era de 500 a 600 quintales de cobalto al año. Según algunos estudios basados en las escombreras dejadas, la extracción total de cromo en toda la historia de estas minas alcanzaría más de 3.000 toneladas, según datos del Geoparque Mundial UNESCO Sobrarbe-Pirineos. Gracias a ello, se dispone de cartografías geológicas precisas que quedan recogidas en la hoja MAGNA 147 Liena (Ríos et al., 1982). Por el contrario, a fecha de hoy, no existen cartografías geomorfológicas de este sector, donde las morfologías glaciares y periglaciares son dominantes y condicionan la ubicación de los movimientos de ladera.<br /

Seasonal temperatures from δ18O in Recent Spanish tufa stromatolites: Equilibrium redux!

This study focuses on recent debate over the value of stable-isotope-based environmental proxies recorded in riverine tufa-stromatolites. We recovered a 12-year record (1999-2012) of river-bed tufa stromatolites in the River Piedra (NE Spain) along with a partly overlapping 15-year record (1994 to 2009) of accumulations in a drainage pipe: both deposits formed in water with near identical physico/chemical parameters. Measured water temperature (Tw) data and near constant δ18Owater composition allowed selection of an ‘equilibrium’ palaeotemperature equation that best replicated actual temperatures. We found, as other have, that both the Epstein et al. (1951) and Kim & O’Neil (1997) formulas for Tw calculation from equilibrium calcite δ18O compositions were appropriate for the River Piedra where tufa deposition rates are high, means between 5.6 and 10.8 mm in six months. δ18Ocalcite in both the river and the pipe deposits record essentially the full actual seasonal Tw range. Only the coldest times (Tw < 10ºC), when calcite precipitation mass decreased to minimum, are likely to be unrepresented, an effect most noticeable in the pipe where depositional masses are smaller and below sample resolution. While we cannot rule out kinetic effects on δ18Ocalcite-based calculated Tw, the good fit between measured Tw and δ18Ocalcite-calculated Tw indicates that temperature is the principal control. Textural and deposition rate variability between the river and pipe settings are caused by differences in flow velocity and illumination. In the river, calcification of growing cyanobacterial mat occurred throughout the year, producing composite dense and porous laminae, whereas in the pipe, discontinuous cyanobacterial growth in winter promoted more abiogenic calcification. High-resolution δ18Ocalcite data from synchronous pipe and river laminae show that reversals in Tw occur within laminae, not at lamina boundaries, a pattern consistent with progressive increase in calcite precipitation rate as cyanobacterial growth re-established in spring

Tufa sedimentation in changing hydrological conditions : the River Mesa (Spain)

The processes controlling tufa deposition along the River Mesa (NE Spain) were studied from April 2003 to September 2009, based on six-monthly monitoring of physical and chemical parameters of the river water and sedimentological characteristics, including deposition rates on tablets. With a mean annual discharge around 1.5m3 /s, the sedimentation rate (mean 2mm/yr) recorded important spatial, seasonal and interannual variations. The river waters are of the calcium bicarbonate type. In this study, three distinct river stretches were distinguished based on the steady groundwater inputs, some of low-thermal nature. Groundwater discharges controlled the water chemical composition, and some sedimentation features too. At each stretch, an increase in pCO2 and conductivity was measured around the spring sites. Decreasing trends in conductivity or alkalinity with high enough saturation values with respect to calcite were only clearly observed in the intermediate stretch, which had higher tufa deposition rates than the other two. Tufa deposition rates were higher in cool (autumn+winter) than in warm (spring+summer) periods. In some low-rainfall warm periods, tufa deposition was inhibited or limited due to the low flow -mainly from groundwater inputs- and to the dryness of some river sites, which indeed favoured erosion during flooding. A decrease in yearly deposition rates from April 2006 onwards paralleled an important reduction in the river discharge. Groundwater inputs, drought periods and flood events should therefore be considered to understand fluvial tufa sedimentation in semi-arid conditions

Travertines associated with the Alhama-Jaraba thermal waters (NE, Spain): Genesis and geochemistry

Freshwater carbonates are interesting archives in palaeoenvironmental reconstructions. However, more studies of those systems are needed to fully understand past environments. In this work the actively-forming travertines of the Alhama-Jaraba thermal system were studied for the first time in order to evaluate the relationship between the geochemical and mineralogical composition and the environmental conditions during their formation. With that aim, a combination of petrographical, mineralogical, geochemical and stable isotope analyses were carried out. These carbonates provide a natural laboratory for the study of the effect of different variables (natural and anthropogenic) on carbonate precipitation. The results showed that there is a close relationship between the mineralogy of the solid precipitates and the formation temperature, and only the samples formed from overheated waters (40–60 °C) show significant concentrations of aragonite. Aragonite-bearing samples show higher concentrations in Sr, Ba and U while calcitic solids are enriched in Mg. These differences could be attributed to mineralogy, temperature or different precipitation rates. The geochemical evaluation of the chemistry of both the solids and their parental waters suggests that differences in the rate of CO2-degassing and, in some cases, evaporation are the primary environmental controls on isotopic compositions. In addition, the results show that, if strong evaporation and CO2-degassing are involved, calcite precipitation occurs under conditions of isotopic disequilibrium with its parental water. The results of our study are useful to interpret old depositional environments and palaeotemperatures

Geochemical behavior of rare earth elements in acid drainages: Modeling achievements and limitations

Rare earth elements (REE) concentrations in acid mine drainage (AMD) are several orders of magnitude higher than those in other surface waters and could be a future supplementary source of highly valuable REE. Therefore, knowing the mobility constraints of REE in natural waters, particularly in AMD, is of interest. Precipitation of schwertmannite and basaluminite occurs due to mixing of REE-enriched AMD and neutral streams. The REE fractionation between AMD and solid phases has been investigated in several localities in the Odiel-Tinto (SW Spain) and Arroyo del Val (N Spain) basins. The mobility of REE is related to the precipitation of Fe and Al phases that occurs at different pH values. The behavior of REE during the mixing is conservative under low pH conditions (pH <4 approximately), at which schwertmannite precipitates, whereas REE are scavenged under near-neutral pH conditions, at which basaluminite precipitates and what suggest that this phase could be responsible for REE retention. Indeed, when Fe and Al phases can be sampled separately, schwertmannite does not contain REE, which are entirely retained in basaluminite, confirming the REE removal by this later phase. The strengths and limitations of a recently proposed thermodynamic model of REE sorption on basaluminite have been assessed by comparing the model predictions with observations of samples recovered in the field. The model is able to predict the REE distribution pattern and confirms the preferential sorption of heavy REEs (HREEs) and Y over light REEs (LREEs) in all the samples. However, the lack of synchronicity between basaluminite precipitation and REE sorption during mixing in an open flow setting precludes an accurate prediction of the REE concentration in the solid phase.This work has been funded by the European EIT-Raw Materials ‘Morecovery’ and the Spanish SCYRE (CGL2016-78783-C2-R) and CAPOTE (CGL2017-86050-R) projects. A. L. was also funded by the FPI grant (BES-2014-069978). The authors wish to thank J. Bellés, M. Cabañas, R. Bartrolí and N. Moreno (IDAEA-CSIC) for their analytical assistance.Peer reviewe