Modelo hidrogeoquímico del acuífero de las cañadas del Teide, Tenerife, Islas Canarias

Abstract

En Tenerife, al igual que en el resto de las islas del Archipiélago Canario, los recursos hídricos superficiales son prácticamente inexistentes, siendo las aguas subterráneas las que aportan más del 90 % de los recursos hídricos que se consumen. En este contexto, el acuífero de Las Cañadas del Teide es, según el Plan Hidrológico Insular de Tenerife de 1996, la principal reserva de aguas subterráneas de la isla. Además, el acuífero de Las Cañadas 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<br/>El objetivo general de esta tesis es la elaboración de un Modelo Hidrogeoquímico del acuífero de Las Cañadas que permita entender la evolución y comportamiento del acuífero, los procesos y condiciones que determinan las características físico-químicas e isotópicas finales de las aguas subterráneas y su interacción con el sistema volcánico-hidrotermal del Teide. Para la elaboración del Modelo Hidrogeoquímico ha sido necesario aplicar diversas metodologías geoquímicas, en las que cada una de las cuales no puede explicar por sí sola el funcionamiento físico y químico del sistema y producir un modelo conceptual, por lo que ha sido necesario la integración de todos los resultados para una mejor interpretación. <br/>Se ha elaborado un modelo físico del acuífero de Las Cañadas que también ha permitido realizar una primera aproximación de la geometría de la zona saturada, aportando nueva información al debate sobre el origen de la Caldera de Las Cañadas. Esta geometría se ha obtenido considerando los diferentes estudios geofísicos y geológicos realizados en años recientes en Las Cañadas, y la información litológica de las galerías, pozos y sondeos de la zona.<br/>Se ha realizado un estudio de las características químicas e isotópicas de la recarga a través del muestreo y análisis del agua de lluvia durante 18 meses a lo largo de un perfil N-S de Tenerife, que atraviesa el acuífero de Las Cañadas desde el nivel del mar hasta la Caldera de Las Cañadas, siendo los datos más completos, hasta la fecha, por su representatividad espacial y temporal. <br/>Debido a la complejidad del acuífero de Las Cañadas y de la cuantiosa información disponible desde el punto de vista hidroquímico, en la presente tesis se optó por no estudiar las variaciones temporales de las características hidrogeoquímicas del mismo, centrándose casi exclusivamente en describir la situación actual y usando principalmente los datos recopilados durante el desarrollo de la tesis en dos campañas de campo realizadas en los años 2004 y 2006. También se ha creado una Base de Datos Hidroquímica de Las Cañadas (BDHLC) que por primera vez integra y unifica gran parte de la información disponible, no sólo de las características físico-químicas e isotópicas de las aguas subterráneas del acuífero de Las Cañadas sino de todo Tenerife.<br/>El estudio de los procesos de interacción agua-roca-gases en el acuífero ha sido el centro de atención en gran parte de la presente tesis a través de estudios geotermométricos, diagramas de estabilidad mineral y de equilibrio químico y un modelado hidrogeoquímico. Los estudios de isótopos estables de oxígeno, hidrógeno y carbono han permitido determinar la principal área de recarga, así como el origen de las aguas subterráneas y del dióxido de carbono (CO2) disuelto en las mismas. Por último, también se ha cuantificado la aportación endógena y atmosférica de CO2 y de cloruros (Cl) a las aguas subterráneas, y se ha realizado un balance de masa de los mismos para el acuífero.<br/>En este trabajo también se ha llevado a cabo un estudio sobre el origen, características y distribución espacial de los gases disueltos en las aguas subterráneas del acuífero de Las Cañadas. Dicho estudio ha permitido comprobar que el control espacial de los mismos puede resultar una herramienta muy útil para la comprensión de la circulación del agua subterránea en dicho acuífero y para identificar las zonas de mayor conexión con el sistema volcánico-hidrotermal del Teide.<br/>Considerando los principales resultados de la geoquímica de las aguas subterráneas y de los gases disueltos en la presente tesis, el modelo propuesto del funcionamiento del sistema es que las aguas subterráneas de la zona de Las Cañadas están recibiendo un aporte directo de CO2 que disminuye el pH y favorece los procesos de interacción agua-roca, aumentando considerablemente su contenido salino, especialmente de Na y HCO3; las aguas antes de llegar a la zona de descarga del Valle de salida de Icod-La Guancha donde son captadas por las galerías y pozos, se alejan de las zonas con aporte de CO2, por lo que rápidamente aumentan su pH debido a procesos de desgasificación y/o consumo de CO2 en las reacciones de interacción agua-roca. <br/>A través de un balance de masas de cloruros en el acuífero se ha podido estimar en la Caldera de Las Cañadas un coeficiente de recarga medio de 0,75 (con una incertidumbre notable, aún no estimada), muy similar al valor de 0,69 obtenido por el Consejo Insular de Aguas de Tenerife en la misma región.<br/>Por último, esta tesis, además de presentar un modelo del funcionamiento del acuífero desde el punto de vista geoquímico, también provee de nuevos y cuantiosos datos para futuros estudios, relacionados directa e indirectamente con la hidrogeología (geotermia, vigilancia volcánica, etc.).

Surficial water resources are absent in Tenerife Island as they are in the other islands of the Canary Islands. For that reason, groundwaters represent more than 90% of the resources for water consumption. Within this picture, the Hydrologic Plan for Tenerife Island of 1996 considers the aquifer within Las Cañadas del Teide caldera as the main reserve of groundwater for the island. In addition, Las Cañadas aquifer has a close interaction with the volcanic-hydrothermal system of Teide volcano, making possible to use its chemical properties as potential "tracers" of the seismic-volcanic activity of the region. <br/>The general objective of this dissertation is to elaborate a Hydrogeochemical Model of Las Cañadas aquifer that explains the evolution and behavior of the aquifer, its processes and the conditions that determine the final physical-chemical and isotopic characteristics of the groundwater, and its interaction with the volcanic-hydrothermal system of Teide volcano. For the elaboration of this model, it was necessary to apply diverse geochemical methodologies. Each one of these methodologies cannot explain by themselves how the physical and chemical work the system to produce a conceptual model. For that reason, an integration of all the studies and results was done in order to get a better interpretation.<br/>The construction of the physical model of Las Cañadas aquifer has allowed the identification of the geometry of the saturated zone, which gives an important contribution to the debate about the origin of the Las Cañadas Caldera. This geometry was obtained throughout the study of the different geophysical and geologic studies at Las Cañadas Caldera that have been carried out in recent years, and the lithologic information of galleries, wells, and boreholes in the region.<br/>The chemical and isotopic characteristics of the water recharge have been studied throughout the sampling and analysis of rainfall during 18 months and along a profile N-S of Tenerife Island. This profile intercepts Las Cañadas from sea level to the North, crosses Las Cañadas Caldera, and then to the southern shore. This data is the most complete to date, due to its spatial and temporal coverage.<br/>Due to the complexity of Las Cañadas aquifer and the amount of information available from the hydrochemical point of view, in this dissertation, the transient variations of the hydrochemical properties of the aquifer are not studied. Instead, this dissertation is centered almost exclusively in describing the present day situation or snapshot of the aquifer. To achieve that, we are using mainly the data collected during the development of this dissertation in two field seasons during 2004 and 2006. A Hydrochemical Data Base for Las Cañadas Aquifer has been created unifying a large proportion of the available information, not only about the physical-chemical and isotopic characteristics of the groundwaters of Las Cañadas but also of the entire Tenerife Island.<br/>A large proportion of this dissertation is centered in studying the water-rock-gas interaction processes using geothermometric studies, mineral stability diagrams, chemical equilibrium, and hydrogeochemical modeling. The stable isotopes of oxygen, hydrogen, and carbon have allowed the identification of the recharge areas as well as the origin of the groundwaters and the dissolved carbon dioxide (CO2). Finally, the endogenic and atmospheric contributions of CO2 and chloride (Cl) to groundwater have been quantified, and mass balance of these components for the aquifer have been made.<br/>The origin, characteristics, and spatial distribution of dissolved gases in the groundwaters of Las Cañadas aquifer have been assessed in this work. This study has shown that the spatial distribution of these gases can be an important tool for the understanding of the circulation of groundwater in this aquifer and for the identification of zones of greater connection with the volcanic-hydrothermal system of Teide volcano.<br/>Taking into account the results of the groundwater geochemistry and the dissolved gases, the proposed model for Las Cañadas aquifer is as follows: 1) the groundwaters within the zone of Las Cañadas is getting a direct input of CO2 that decreases the pH and favors the water-rock interactions, increasing its salinity, especially the concentration of Na and HCO3; 2) the waters leave the high CO2 recharge zone before they reach the discharge zone at the output valley of Icod-La Guancha (where the water is tapped by several galleries), increasing the pH fast due to degasification processes and the consumption of CO2 in water-rock reactions.<br/>Using the chloride mass balance for the aquifer, it has been possible to determine a mean recharge coefficient equal to 0.75 (with a non-determined large uncertainty), similar to the 0.69 value obtained by the Insular Water Council of Tenerife for the same region.<br/>Finally, in addition to present a model for the functioning of the aquifer from the geochemical point of view, this dissertation provides new and many data for future studies that are related directly of indirectly with hydrogeology (geothermics, volcanic monitoring, etc.).