Muestreo de agua lluvia, superficial y subterránea para la realización de análisis isotópico

Cuando se desea caracterizar un cuerpo de agua (llámese acuífero, río, lago, etc.) mediante isótopos, ya sean estables o radiactivos, el seguimiento de protocolos es muy importante para obtener resultados confiables de laboratorio. En todo caso es necesario evitar el fraccionamiento isotópico a través de la evaporación o de pérdidas difusivas del vapor de agua, o el intercambio isotópico con los alrededores y con el material del envase; por ejemplo, una pérdida del 10% de la muestra dará como resultado un enriquecimiento isotópico de un 10‰ en ²H y un 2‰ en ¹⁸O. Estos efectos se puede minimizar siempre y cuando se utilicen métodos de recolección y envases apropiados (Mook, 2001).

Es por ello que se deben utilizar embases seguros, pueden ser de cristal (ámbar) o polietileno de alta densidad, con tapa y subtapa.

Para el almacenamiento de las muestras en las que se medirán  ²H y del ¹⁸O se utilizan normalmente botellas de 50 ml; 500 ml para análisis de ³H y se debe garantizar 300 gramos de carbono en la muestra que se envié para el análisis de ¹⁴C y ¹³C.

A continuación presento unas pautas a tener en cuenta en la recolección de muestras para el análisis isotópico en la precipitación, aguas superficiales y aguas subterráneas. Se trata de la revisión bibliográfica de la metodología existente aplicada al estudio que se realiza en el acuífero del Golfo de Urabá donde trabajo.

1.   Muestreo de Deuterio, ¹⁸O

a.    Aguas lluvias

En primer lugar se deben localizar las estaciones de muestreo de acuerdo al régimen de lluvia, topografía de la zona, localización de la posible zona de recarga, entre otros. Por ejemplo en el golfo de Urabá (noroccidente de Colombia) como el régimen de lluvia es bimodal y es generadas por dos corrientes de aire, una del atlántico (de diciembre hasta abril) y otra del pacífico (de mayo a noviembre), para el muestreo se diseñó una red conformada por 6 totalizadores localizados en sitios estratégicos del acuífero (posible zona de recarga) con alturas desde 2 msnm hasta 700 msnm, de tal forma que se pueda visualizar el efecto de algunos de los factores que puedan estar modificando el contenido isotópico de la precipitación (Deuterio y ¹⁸O de la precipitación).

En la figura 1 se muestra la localización de los totalizadores que se utilizan para la recolección de aguas lluvias en el acuífero del golfo de Urabá.

¿Qué es un totalizador?

Algunos investigadores recolectan las muestras de aguas lluvias directamente del pluviómetro, para ello se retira el agua del depósito colector de lluvia inmediatamente después de haberse producido la precipitación, o se protege la muestra de la evaporación con aceite de parafina medicinal. Sin embargo considero que esta práctica acarrea dos inconvenientes: Cuando no se protege la muestra con parafina y hay retrasos en su recolección se presenta evaporación que afecta la composición isotópica de la muestras y cuando se utiliza parafina, la separación de la muestras puede ser muy dispendiosa.

En mi caso y en el estudio que se desarrolla con el acuífero del Golfo de Urabá, se utilizan totalizadores los cuales están compuesto de un embudo de 20 centímetros de diámetro para recoger el agua y una manguera o tubo que la lleva a un tanque de 5 litros enterado aproximadamente a un metro de profundidad para evitar la evaporación de las muestras (ver figura 2). De igual forma a lado de cada totalizador se instalará un pluviómetro para la medición de la precipitación caída.

Figura 2. Totalizador para la toma de muestras de agua lluvia

Durante la recolección, se retira el agua del depósito colector de lluvia inmediatamente después de haberse producido la precipitación y se llevará a un tanque hermético (para protegerla de la evaporación), donde se acumulará mensualmente. Luego, al final de cada mes se seleccionarán 50 ml y se almacenarán en un recipiente de vidrio con tapa y subtapa que finalmente  se destinará para el análisis de los isótopos estables (Deuterio y 18O). Esta labor se realizará durante un año en los totalizares instalados en la zona costera, Alto de Carepa, Chigorodó, Paraje el 40 y Mutatá; mientras que en la finca Makaira (ver figura 1) se realizará durante mínimo dos años con el fin de construir la línea meteórica local.

En la figura 3 se observa la recolección de muestras de agua lluvia.

Figura 3. Muestreo de agua lluvia paso a paso

a.    Aguas subterráneas

El muestreo de aguas subterráneas para el análisis de Deuterio y 18O se realizará en la red de monitoreo previamente diseñada y en lo posible es necesario conocer la hidroquímica del acuífero. Por lo menos se deben realizar dos campañas de monitoreo, una en época alta de lluvias y otro durante la época baja de lluvias.

Antes de recolectar la muestra se purga el pozo hasta extraer el agua antigua contenida en el mismo, por lo menos se expulsará hasta tres veces el volumen del pozo o hasta observar una estabilización de los valores de los parámetros fisicoquímicos como temperatura y conductividad eléctrica, de igual forma se tomará nota de las características del pozo y medirá los parámetros específicos tal como nivel piezométrico, profundidad del muestreo, sistema de muestreo (bomba o muestreador) y tiempo de bombeo antes tomar las muestras.

b.    Aguas superficiales

Se realizarán tres muestreos: en la época seca, transición y de lluvias. La muestra  será tomada en el centro del río donde el flujo es importante y donde la mezcla es  buena. Finalmente se llenará un recipiente de 50 ml tal como se indicó para el caso de agua subterránea.

2. Muestreo para el análisis de Tritio, 13C y 14C para datación de agua subterránea

a.    Muestreo de Tritio

Tal como se señaló en el muestreo para el análisis de Deuterio y 18O, para el Tritio, se debe purgar el pozo, hasta extraer tres veces el volumen de agua almacenada en el mismo o hasta estabilizar los parámetros físico–químicos como temperatura y conductividad eléctrica, al final se recolectarán 500 ml de agua que serán almacenados en un recipiente de polietileno de alta densidad con doble tapa y será almacenado en sitio fresco y oscuro hasta el momento del envío al laboratorio.

b.    Carbono 14

En el caso de datación de agua con carbono a partir del CITD (Carbono inorgánico total disuelto), se debe tener 3 gr de Carbono para que la medición sea eficiente. El principio es hacer una precipitación sólido del CITD, en primer lugar se aumenta el pH para favorecer la precipitación y en segundo lugar precipitar el CITD con BaCl2 en polvo que va permitir la transformación de CO3 disuelto en BaCO₃, que al final se debe recuperar. Para tomar la muestra se seguirán los siguientes pasos:

·         Antes de tomar la muestra se procederá a pulgar el pozo hasta extraer tres veces el volumen de agua almacenada en el mismo. 

·        De los puntos donde se realizará el muestreo, se debe conocer el contenido en bicarbonato y también de los sulfatos que pueden interferir a la reacción con el BaCl2 que vamos añadir a la muestra.

·        Se calcula en relación con el contenido en bicarbonatos y eventualmente en sulfatos la cantidad de BaCl2 (calidad de laboratorio, pureza a 99% mínimo, existe en la forma BaCl2-2H2O) necesaria para una transformación completa (por seguridad se debe añadir 25% más de BaCl2).

·       Se utilizará NaOH (calidad de laboratorio) concentrado para subir el pH hasta un 10,5/11. En término de volumen, se necesita alrededor de 10 ml de NaOH (10N) por 20 litros de agua. En el terreno se usará la introducción progresiva de NaOH con verificación del pH.

·        El recipiente para tomar la muestras es un tanque cónico en la parte inferior al cual se le puede unir una botella de 1.5 litros, después de 3 o 4 horas de agregado el BaCl2, el Bicarbonato de Bario cae directamente en la botella, con lo cual se podrá retirar la botella que debe contener la cantidad necesario de la muestra para hacer el análisis del Carbono 14.