Geohidrología de humedales lagunares salinos e hipersalinos

Abstract

Los humedales constituyen sistemas de gran relevancia, tanto desde el punto de vista hidrológico como desde el punto de vista ambiental. Estos adquieren un valor estratégico en regiones con disponibilidad hídrica limitada, como las que se encuentran bajo climas áridos, semiáridos y subhúmedos. Dentro de estos sistemas, los humedales lagunares salinos e hipersalinos representan ambientes particularmente sensibles y, pese a su abundancia, el estudio sobre el comportamiento geohidrológico de los mismos es aún limitado. La geomorfología, litología, condiciones climáticas, fuentes de agua e hidrodinámica son las responsables de la existencia y funcionamiento de estos humedales. Estos factores también controlan los procesos geoquímicos que definen la composición y la evolución química del agua subterránea y superficial y, consecuentemente, la formación de sales evaporíticas cuya ocurrencia es frecuente en este tipo de ambientes. En este contexto, el objetivo general de la tesis es definir modelos geohidrológicos conceptuales que permitan identificar los principales procesos hidrodinámicos e hidrogeoquímicos que controlan el funcionamiento de humedales lagunares salinos e hipersalinos localizados en el oeste de la provincia de Buenos Aires, región de clima subhúmedo. Geológicamente, el área de estudio se encuentra enmarcada en la cuenca de Macachín, en donde geomorfológicamente se reconoce una planicie estructural elevada, conformada por sedimentos loessicos, la cual es disectada por valles transversales. Uno de ellos es el valle Utracán - Argentino, dentro del cual depósitos de arenas conforman cordones medanosos. Tanto en la planicie estructural elevada como en los valles existen numerosas depresiones endorreicas, en las que se alojan humedales lagunares salinos a hipersalinos. Para abordar el objetivo planteado, se seleccionaron cuatro humedales alojados en depresiones en ambas unidades geomorfológicas denominados E. El Parque, Chasilauquen, de la Sal y Leubucó. La metodología integró análisis hidroclimáticos, geomorfológicos, litológicos, hidrodinámicos, hidroquímicos e isotópicos. Se evaluó la variabilidad climática y la relación con el funcionamiento de los humedales estudiados, así como también se efectuaron balances hídricos. Se definió y caracterizó la geomorfología, litología y flujos de agua de los humedales y su entorno. Además, se determinaron las características químicas e isotópicas del agua subterránea y superficial, y se definieron los principales procesos geoquímicos actuantes. La integración del conjunto de datos permitió el desarrollo de dos modelos geohidrológicos conceptuales que describen el funcionamiento de los humedales lagunares estudiados. Por un lado, en el valle transversal Utracán - Argentino, la configuración geohidrológica está vinculada a la presencia de cordones medanosos que delimitan depresiones, con un suave desnivel topográfico. Los médanos actúan como zonas de recarga preferencial debido a la mediana a alta permeabilidad de las arenas que los conforman, favoreciendo la rápida infiltración de las precipitaciones. El agua subterránea, que es dulce a salobre, fluye desde los médanos hacia las depresiones, como la que contiene al humedal lagunar E. El Parque, que además reciben aportes directos de la precipitación. En los médanos, la composición hidroquímica está dada principalmente por la interacción agua - sedimento, con facies Na-HCO3 a Na-Cl/SO4. En cambio, en los humedales dominan los procesos de evapoconcentración, siendo el agua subterránea salobre a salina, y el agua superficial salina, ambas con facies Na-Cl. Sin embargo, el enriquecimiento iónico no es suficiente para alcanzar la saturación en sales evaporíticas, por lo que su precipitación se limita a pequeños parches aislados de halita en la superficie del sustrato. Este comportamiento está, además, controlado por la posición topográfica de la depresión, la cual condiciona el aporte subterráneo durante periodos de déficit hídrico dado que el nivel freático no siempre intercepta la superficie. En consecuencia, la reducción del área inundada se asocia principalmente con el carácter discontinuo del aporte subterráneo. Por otro lado, en la planicie estructural elevada la configuración geohidrológica de los humedales hipersalinos se asocia a depresiones labradas en los sedimentos loessicos, limitadas por zonas de barrancas, que alojan a los humedales Chasilauquen, de la Sal y Leubucó. Las zonas planas elevadas actúan como áreas de recarga donde el agua de lluvia infiltra con escasa evaporación, y luego adquiere solutos principalmente por la interacción agua - sedimento, sumando en este caso la disolución de sales. El agua subterránea freática en estos sectores elevados es dulce a salobre, con facies Na-HCO3 a Na-Cl/SO4, mientras que, pozos surgentes, tienen facies Na-Cl/SO4 y son aguas salobres. En las zonas de pendiente hacia las depresiones, la menor permeabilidad de los sedimentos loessicos permite el desarrollo de pequeños cursos, que reciben tanto la descarga de agua subterránea como de las precipitaciones. Aquí el agua superficial, que tiene características similares al agua subterránea freática, se va enriqueciendo en solutos hacia las depresiones, tanto por evaporación como por disolución de sales en superficie. En las depresiones, el agua subterránea es salina a hipersalina, mientras que el agua superficial es hipersalina; ambas presentan facies Na-Cl. Aquí, el aumento en el contenido iónico se debe a la acción conjunta de la evaporación y la disolución de evaporitas, que constituye un aporte adicional de iones. Este funcionamiento, en donde la única salida de agua es por evaporación, sostiene condiciones hipersalinas persistentes y favorece la formación de depósitos evaporíticos. A diferencia del humedal E. El Parque, la posición topográfica más baja de las depresiones en esta unidad permite que el nivel freático siempre intercepte la superficie del terreno, incluso durante periodos de déficit hídrico, asegurando un aporte continuo de agua y solutos. No obstante, se observan variaciones locales que condicionan la evolución de la secuencia de precipitación evaporítica en cada humedal. En particular, en Leubucó se registran yeso, sulfatos de magnesio, como epsomita, y halita, mientras que en Chasilauquen y de la Sal predominan sulfatos de sodio, como thenardita, junto con halita, reflejando la influencia de factores locales dentro de un marco geohidrológico común. Estos modelos evidencian que, dentro de un marco regional común, los humedales presentan comportamientos diferenciados determinados por la interacción entre factores climáticos, geomorfológicos, litológicos e hidrodinámicos. Asimismo, los resultados obtenidos contribuyen al conocimiento de estos ambientes, constituyendo una base fundamental para su gestión y conservación, siendo esto esencial para mantener la biodiversidad regional así como también para preservar los procesos hidrológicos y los servicios ecosistémicos asociados.

Wetlands constitute systems of great importance from both hydrological and environmental perspectives. They acquire strategic value in regions with limited water availability, such as those under arid, semi - arid, and subhumid climate. Within these systems, saline and hypersaline shallow lake wetlands represent particularly sensitive environments, and despite their abundance, studies on their geohydrological behavior remain limited. Geomorphology, lithology, climatic conditions, water sources, and hydrodynamics govern the existence and functioning of these wetlands. These factors also control the geochemical processes that define the composition and chemical evolution of both groundwater and surface water and, consequently, the formation of evaporite salts, whose occurrence is common in these environments. In this context, the main objective of this thesis is to define conceptual geohydrological models that allow identification of the main hydrodynamic and hydrogeochemical processes controlling the functioning of saline and hypersaline shallow lake wetlands located in western Buenos Aires Province, a region under a subhumid climate. Geologically, the study area is framed within the Macachín Basin, where a geomorphological setting characterized by an elevated structural plain composed of loessic sediments is recognized, dissected by transversal valleys. One of these is the Utracán - Argentino valley, within which sandy deposits form dunes. Both the elevated structural plain and the valleys contain numerous endorheic depressions that host saline to hypersaline shallow lake wetlands. To address the proposed objective, four wetlands located in depressions within both geomorphological units were selected: E. El Parque, Chasilauquen, de la Sal and Leubucó. The methodology integrated hydroclimatic, geomorphological, lithological, hydrodynamic, hydrochemical, and isotopic analyses. Climatic variability and its relationship with wetland functioning were evaluated, and water balances were calculated. The geomorphology, lithology, and water flows of the wetlands and their surroundings were defined and characterized. In addition, the chemical and isotopic characteristics of groundwater and surface water were determined, and the main geochemical processes involved were identified. The integration of these datasets enabled the development of two conceptual geohydrological models describing the functioning of the studied shallow lake wetlands. On the one hand, in the Utracán - Argentino transversal valley, the geohydrological configuration is linked to the presence of dunes that delimit depressions with gentle topographic gradients. The dunes act as preferential recharge zones due to the moderate to high permeability of the sands that compose them, favoring rapid infiltration of precipitation. Groundwater, which is fresh to brackish, flows from the dunes towards the depressions, such as the one hosting the E. El Parque shallow lake wetland, which also receives direct precipitation inputs. In the dunes, hydrochemical composition is mainly controlled by water - sediment interaction, with Na-HCO3 to Na-Cl/SO4 facies. In contrast, evapoconcentration processes dominate in the wetlands, where groundwater is brackish to saline and surface water is saline, both exhibiting Na-Cl facies. However, ionic enrichment is not sufficient to reach saturation with respect to evaporite salts, so precipitation is limited to small, isolated patches of halite on the substrate surface. This behavior is also controlled by the topographic position of the depression, which conditions groundwater input during periods of water deficit, since water table does not always intersect the surface. Consequently, the reduction of the inundated area is mainly associated with the discontinuous nature of groundwater inflow. On the other hand, in the elevated structural plain, the geohydrological configuration of hypersaline wetlands is associated with depressions carved into loessic sediments and bounded by escarpment zones, which host the Chasilauquen, de la Sal, and Leubucó shallow lake wetlands. Elevated flat areas act as recharge zones where rainfall infiltrates with limited evaporation and subsequently acquires solutes primarily through water - sediment interaction, including salt dissolution. The phreatic groundwater is fresh to brackish, with Na-HCO3 to Na-Cl/SO4 facies, whereas flowing wells exhibit Na-Cl/SO4 facies and correspond to brackish waters. Along slopes toward the depressions, the lower permeability of loessic sediments allows the development of small channels that receive both groundwater discharge and precipitation. Here, surface water —initially similar in composition to phreatic groundwater— becomes progressively enriched in solutes toward the depressions due to both evaporation and dissolution of surface salts. Within de depressions, groundwater is saline to hypersaline and surface water is hypersaline, both with Na-Cl facies. The increase in ionic content results from the combined effects of evaporation and the dissolution of evaporite salts, which provides an additional input of ions. This system, in which evaporation is the only water outflow, sustains persistent hypersaline conditions and promotes the formation of evaporite deposits. Unlike the E. El Parque shallow lake wetland, the lower topographic position of these depressions allows the water table to consistently intersect the land surface, even during periods of water deficit, ensuring continuous input of water and solutes. Nevertheless, local variations are observed that influence the evolution of the evaporite precipitation sequence in each wetland. In particular, gypsum, magnesium sulfates such as epsomite, and halite are recorded in Leubucó, whereas in Chasilauquen and de la Sal, sodium sulfates such as thenardite predominate along with halite, evidencing the influence of local factors within a shared geohydrological framework. These models demonstrate that, within a common regional framework, wetlands exhibit differentiated behaviors determined by the interaction among climatic, geomorphological, lithological, and hydrodynamic factors. Furthermore, the results contribute to the understanding of these environments, providing a fundamental basis for their management and conservation, which is essential for maintaining regional biodiversity as well as preserving hydrological processes and associated ecosystem services.