Este curso está enfocado en introducir a las técnicas de exploración en Geotermia a profesionistas (de todas las Ingenierías y Licenciaturas en Geociencias, Ambientalistas, Economistas y carreras afines) interesados en las energías limpias. Les proporcionará información científica y técnica sobre las bases y nuevas corrientes para fomentar el interés en la energía geotérmica. El curso incluye temas de frontera en Geología, Geoquímica, Geofísica aplicados a la Exploración de recursos geotérmicos, conceptos básicos de la geotermia y su utilización.
Composición isotópica del agua geotermal
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En provenance du cours de Université nationale autonome du Mexique
Introducción a la Geotermia
123 notes
À partir de la leçon
Geoquímica
En este módulo se ven las técnicas geoquímicas usadas para cumplir con los objetivos de la exploración superficial, en las que se efectúan los análisis de las aguas de los manantiales, las emisiones de las fumarolas, las descargas de gases y las aguas frías superficiales para hacer inferencias de las condiciones del sistema hidrotermal.
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Dra. Rosa María Prol LedesmaInvestigadora Instituto de Geofísica UNAM
Instituto de Geofísica
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Bienvenidos, estudiantes.
Yo soy el Dr.
Daniel Pérez Zárate y estaré con ustedes en el siguiente video relacionado con la
composición isotópica del agua y sus aplicaciones para la industria geotérmica.
En este video abordaremos conceptos básicos de isotopía, qué es la línea
meteórica y su aplicación para determinar el origen de las aguas geotérmicas.
La palabra isótopo proviene del griego ísos que significa mismo,
igual, y tópos que significa lugar.
Este término lo propuso por primera vez el científico Frederick Soddy
para explicar el lugar ocupado por un mismo elemento en la tabla periódica.
En general, los isótopos son átomos que tienen
diferente masa atómica pero el mismo número de protones.
Recuerden que para describir un átomo es importante conocer el número de protones
y neutrones en su núcleo.
Como se observan en la pantalla, la suma de protones y neutrones en el núcleo de un
átomo genera como resultado la masa.
En consecuencia,
podemos representar la composición de átomos por una relación simple.
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Como pueden observan en el diagrama, los isótopos pueden clasificarse en los tipos
isótopos estables e isótopos radioactivos.
Los isótopos estables son aquellos que no decaen naturalmente
y se utilizan para determinar el origen de las aguas geotérmicas.
Comúnmente, se utilizan los isótopos de los elementos hidrógeno,
oxígeno y carbono.
Por otra parte, los isótopos radioactivos son aquellos que decaen naturalmente
debido a la emisión de partículas alfa y beta,
generando nuevos isótopos, llamados isótopos radiogérmicos.
En pantalla observan la forma general de representar el isótopo de un elemento x.
Como vimos anteriormente, la letra A representa el número másico
y está en función del número de protones y el número de neutrones.
Los isótopos de un elemento se designan escribiendo el símbolo que aparece en la
tabla periódica y colocando la suma de los protones y de sus neutrones.
Los elementos con variaciones isotópicas más abundantes en la naturaleza
son el hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, carbón y el azufre.
El oxígeno es el elemento con mayor abundancia en
el planeta Tierra y se puede unir con el hidrógeno para formar la molécula de agua.
El oxígeno tiene tres isótopos estables cuya abundancia aparece en la pantalla.
Por otra parte, la abundancia de los isótopos de hidrógeno
varía dependiendo de la zona de estudio, por ejemplo, en
pantalla aparecen unos valores reportados para el lago Michigan de Estados Unidos.
Debido a la existencia de tres isótopos de oxígeno y dos isótopos de hidrógeno,
la configuración isotópica del agua tiene nueve configuraciones,
como se ve en la siguiente figura.
Se ha observado que en el vapor está enriquecida con el isótopo de oxígeno 16,
mientras que el agua remanente,
o agua líquida, está enriquecido con el oxígeno 18 y deuterio.
Esto quiere decir que el agua en fase de gas está enriquecido con isótopos ligeros,
mientras que el agua en fase líquida está enriquecido con isótopos pesados.
En el dibujo que se muestra en la pantalla se observa el comportamiento del isótopo
de oxígeno 18 en la naturaleza, el cual presenta los valores más altos en los
océanos, y en aguas de lluvia y en comparación con el vapor.
Las composiciones isotópicas de oxígeno y deuterio se reportan
usando un estándar de referencia.
Actualmente, se utilizan dos estándares de referencia,
avalados por la Agencia Internacional de Energía Atómica, SLAP y SMOW.
El material de referencia SMOW proviene de mediciones de agua oceánica,
mientras que el estándar SLAP proviene de las precipitaciones antárticas.
Las composiciones isotópicas de oxígeno e hidrógeno de una muestra
se expresan como se ve en pantalla.
Estas composiciones establecen una relación isotópica relativa
al estándar SMOW.
Valores positivos indican enriquecimiento de isótopos en la muestra comparados en la
referencia SMOW, mientras que valores negativos implica agotamiento de isótopos.
Recordemos que el agua meteórica es aquella que proviene de la atmósfera,
y la podemos observar tanto en agua de lluvia, nieve o granizo.
En base a un gran análisis de aguas meteóricas a diferentes latitudes,
se ha observado que existe una relación lineal
entre los isótops de oxígeno 18 y deuterio.
La línea generada por esta ecuación se denomina línea meteórica.
En la figura observamos que valores bajos de oxígeno 18 y deuterio
provienen de latitudes altas,
mientras que en latitudes bajas presentan valores altos de oxigeno 18 y deuterio.
Cuando se observan pendientes diferentes a la línea meteórica,
se dice que el agua ha sufrido un proceso de evaporación.
Sin embargo, a pesar de que el valor de la pendiente puede ser cercano a ocho,
el valor del intercepto puede ser muy diferente a diez.
Por ejemplo, la composición isotópica de aguas meteóricas en
México está definida por la siguiente ecuación.
Esta ecuación proporciona información útil para estudios geotérmicos,
you que con estos podemos obtener una línea base e identificar procesos
de recarga en la zona que queramos evaluar.
Como observamos en la figura, diferentes científicos han demostrado que el
contenido de deuterio de aguas geotérmicas es similar al agua meteórica local,
pero el valor de oxígeno 18 en aguas geotérmicos cambia de posición,
volviéndose más positivo en comparación con las aguas meteóricas.
Como mencionamos anteriormente,
el conocimiento de los isótopos estables nos ayudan para conocer
procesos de subsuperficie que se llevan a cabo en zonas geotérmicas.
En pantalla, observan los procesos que influyen en la composición isotópica del
agua, las cuales incluyen la interacción agua-roca, ebullición.
Enfriamiento conductivo, mezclado y evaporación en superficie.
El enriquecimiento de isótopo de oxígeno
es debido a la composición química del agua meteórica y la roca en el sistema.
Cuando los fluidos geotérmicos que se enfrían por conducción tienen velocidades
de flujo bajas y trayectorias de flujo altas, estos pueden propiciar el
intercambio isotópico de oxígeno por procesos de interacción agua roca.
La mezcla con aguas meteóricas puede cambiar la firma isotópica
de las aguas geotérmicas.
La mayoría de las aguas meteóricas tienen valores bajos de oxígeno 18
en comparación con las aguas geotérmicas.
En la figura que aparece en pantalla se observan los diferentes cambios
en la firma isotópica de aguas meteóricas
y fluidos geotérmicos debido a los procesos activos.
Observen que la temperatura de ebullición influye en la composición isotópica de las
fases vapor, representados con la letra s, y líquida representado con la letra w.
Debido a la variación de fraccionamiento de duterio con la temperatura,
la cual cambia a 221 grados centígrados.
La fuente primaria del agua en los sistemas geotérmicos es el agua meteórica
local, aunque puede tener otros orígenes como agua magmática o agua de mar.
Como se observa en la figura en pantalla,
los incrementos de las aguas meteóricas en oxígeno 18 pueden atribuirse a la mezcla
con aguas meteóricas de latitud alta, agua de mar y agua magmática.
Hemos llegado al final de nuestro video.
Espero que les haya quedado claro para qué funciona conocer la composición de
las aguas meteóricas y su aplicación en el desarrollo de la industria geotérmica.
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