Hidrogeofísica

La hidrogeofísica es un área de investigación interdisciplinaria que utiliza la geofísica para determinar parámetros (características; mediciones de limitaciones o límites) y monitorear procesos para estudios hidrológicos de temas como recursos hídricos, contaminación y estudios ecológicos. ^{[ 1 ]} Este campo utiliza conocimientos e investigadores de geología, hidrología, física, geofísica, ingeniería, estadística y física de rocas. Utiliza la geofísica para proporcionar información cuantitativa sobre parámetros hidrogeológicos, mediante métodos mínimamente invasivos. La hidrogeofísica se diferencia de la geofísica en sus usos y métodos específicos. Si bien el conocimiento y los métodos geofísicos han existido y se han desarrollado durante el último medio siglo para aplicaciones en las industrias minera y petrolera, los sitios de estudio hidrogeológico presentan condiciones subterráneas diferentes a las de dichas industrias. Por lo tanto, los métodos geofísicos para mapear propiedades subterráneas se combinan con la hidrogeología para utilizar métodos adecuados y precisos para mapear sitios de estudio hidrológicos superficiales. ^{[ 2 ]}

El campo de la hidrogeofísica surgió de la necesidad de utilizar métodos mínimamente invasivos para determinar y estudiar parámetros y procesos hidrogeológicos. La determinación de estos parámetros es fundamental para la localización de recursos hídricos, una necesidad cada vez mayor, y para el estudio de la contaminación del agua, un tema que ha cobrado relevancia con el creciente uso de sustancias químicas potencialmente peligrosas.

Los métodos y conocimientos de geofísica se habían desarrollado para las industrias minera y petrolera, que involucran entornos subterráneos consolidados con alta presión y temperatura. Dado que los entornos subterráneos en los estudios hidrogeológicos están menos consolidados y presentan baja temperatura y presión, fue necesario combinar la geofísica con la hidrogeología para desarrollar métodos geofísicos adecuados para fines hidrológicos. ^{[ 2 ]}

Los métodos hidrogeológicos tradicionales para caracterizar el subsuelo generalmente implicaban perforaciones y la toma de muestras de suelo, lo que puede alterar el área de estudio, resultar costoso en tiempo y dinero, y exponer a investigadores y personas a sustancias químicas y contaminantes nocivos. Además, solo proporcionan información localizada, en lugar de la información necesaria a escala de campo. El uso de métodos geofísicos y tecnología digital permite a los hidrogeólogos estudiar las características hidrológicas a mayor escala con mayor rapidez, a menor costo y mediante técnicas menos invasivas.

En julio de 2002, se celebró en el Castillo de Trest, en la República Checa, un Instituto de Estudios Avanzados de Hidrogeofísica, financiado por la OTAN, que reconoció la necesidad de contar con procedimientos mínimamente invasivos y plenamente desarrollados para investigar y monitorizar los procesos y parámetros hidrogeológicos en condiciones de subsuelo superficial. El instituto reunió a geofísicos especializados en caracterización hidrogeológica con hidrogeólogos interesados ​​en utilizar métodos y datos geofísicos para dicha caracterización. Este grupo, junto con otros investigadores internacionales, debatió las posibilidades y los retos del uso de métodos geofísicos para investigar los parámetros hidrogeológicos.

Determinaron que los principales obstáculos de la hidrogeofísica son las lagunas en el conocimiento y la comprensión de la correlación entre los parámetros hidrogeológicos y las características geofísicas, y la dificultad para integrar esos diferentes conjuntos de información. Uno de los mayores desafíos es utilizar una forma organizada, metódica y eficiente de combinar conjuntos de datos geofísicos e hidrogeológicos que miden diferentes parámetros en diferentes escalas espaciales. Este es el mayor obstáculo porque la base de la hidrogeofísica es la integración de la hidrogeología con la geofísica. ^{[ 3 ]}

Existen muchos métodos diferentes para determinar las propiedades y características del subsuelo que se pueden aplicar desde diferentes ubicaciones/proximidades a los sitios de estudio:

• Métodos eléctricos y electromagnéticos (superficiales, aéreos): medición de la resistividad del subsuelo.
• Teledetección (aérea): mapeo del lecho rocoso, interfaces de agua y evaluación de la calidad del agua.
• Refracción sísmica (superficial): mapeo de la parte superior del lecho rocoso, fallas y nivel freático.
• Reflexión sísmica (superficie): mapeo de la parte superior del lecho rocoso, límites de fallas y zonas de fractura, y estratigrafía.
• Radar de penetración terrestre (superficie): mapeo de la estratigrafía y el nivel freático; monitoreo del contenido de agua.
• Tomografía hidráulica (de pozo cruzado): medición de la conductividad hidráulica
• Sonda de neutrones (pozo): monitorización del contenido de agua.
• Permeámetro (laboratorio): medición de la conductividad hidráulica
• Tamices (laboratorio): estimación de la conductividad hidráulica
• Reflectómetro en el dominio del tiempo (laboratorio): medición del contenido de agua ^{[ 4 ]}

La geofísica ayuda a aprender sobre muchos temas hidrogeológicos, tales como:

• Determinación de la geometría del acuífero
• Determinación de las características de la roca fracturada: fallas/fisuras y características de la circulación de fluidos.
• Adquirir conocimientos sobre las propiedades hidráulicas de un acuífero: transmisividad (velocidad a la que el agua subterránea fluye horizontalmente a través del acuífero), porosidad y permeabilidad (medida de la capacidad de un material poroso para permitir el paso de fluidos).
• Determinación de la calidad del agua
• Monitoreo de procesos dinámicos: filtración a través de la zona vadosa

Estos parámetros se utilizan posteriormente para investigar cuestiones como la búsqueda de recursos hídricos subterráneos, el control de acuíferos o la contaminación por agua de mar o fuentes industriales, y el almacenamiento subterráneo de sustancias nocivas. Una buena medición de estos parámetros hidrogeológicos ayuda a comprender mejor el transporte de la contaminación del agua y a desarrollar recursos hídricos más sostenibles. ^{[ 4 ]}