Hidrogeólogos desarrollan una forma innovadora de predecir la intrusión de agua salada en las aguas subterráneas


A medida que el mundo se calienta y las capas de hielo se derriten, el océano aumenta continuamente. Según estimaciones recientes , en el área metropolitana de Boston se puede esperar un aumento de entre uno y seis pies en el nivel del mar para 2100 .


por la Universidad de Massachusetts Amherst


Para descubrir qué podría significar este aumento para los suministros de agua dulce, un equipo de hidrogeólogos de la Universidad de Massachusetts Amherst, dirigido por David Boutt, profesor de ciencias de la Tierra, geográficas y climáticas, se asoció con la Southeastern Massachusetts Pine Barrens Alliance (SEMPBA) y 13 otras organizaciones ambientalistas de base para desarrollar un nuevo modelo innovador que no sólo pueda predecir la intrusión de agua salada en los próximos 75 años, sino también identificar las principales fuentes de contaminación por sal en la actualidad: la sal en las carreteras y el desarrollo humano. El equipo publicó los resultados de su estudio en el informe reciente, Evaluación de vulnerabilidad a la intrusión de agua salada en Plymouth, MA .

“Durante muchos años, he estado trabajando con ciudadanos interesados ​​en la esquina sureste de Massachusetts”, dice Boutt, “y en 2021, Pine Barrens Alliance, un grupo ambientalista interesado en preservar el carácter ambiental único del área, se acercó a mí con una idea para un proyecto que ayude a evaluar cómo las comunidades a lo largo de la costa podrían prepararse mejor para el cambio climático“.

Boutt y sus colegas, incluido el recién graduado y asistente de investigación de la UMass Alexander Kirshen, los estudiantes universitarios Rachel King y Carly Lombardo, el estudiante de posgrado Daniel Corkran y el investigador postdoctoral Brendan Moran, aprovecharon la oportunidad de aplicar su investigación académica a un problema urgente y real del mundo real. a casa.

Plymouth se asienta sobre un acuífero de agua dulce, la única fuente de agua de la ciudad . Debido a que Plymouth se extiende hasta el borde del océano, es extremadamente susceptible al aumento del nivel del mar. Para su estudio, Boutt, Kirshen y sus colegas se asomaron bajo tierra para ver qué estaba sucediendo.

El agua subterránea, que fluye bajo la superficie de la tierra, y el agua del océano, que también fluye subterráneamente, se empujan entre sí y alcanzan un estado de equilibrio. Un pozo excavado en el lado de agua dulce fluirá con agua dulce, pero uno que perfore hasta el punto de encuentro salobre entre el agua dulce y la salada saldrá salobre. A medida que los océanos suben, el agua salada subterránea avanza hacia el interior, y los pozos que han suministrado agua pura durante generaciones pueden volverse salados de repente.

Si bien la teoría puede parecer bastante intuitiva, en realidad mapear (por no hablar de predecir) los flujos y las interacciones del agua dulce y salada es una tarea enormemente compleja.

Para empezar, el equipo creó una base de datos de salinidad que recopiló todos los datos disponibles de pozos de agua subterránea y aguas superficiales, como estanques y arroyos, en el área de Plymouth y midió su salinidad. Esto les dio una comprensión básica de las ubicaciones actuales y las posibles fuentes de salinidad elevada del agua.

Hidrogeólogos de la UMass desarrollan una forma innovadora de predecir la intrusión de agua salada en el agua subterránea utilizando Plymouth, Massachusetts, como caso de prueba
La concentración de sólidos disueltos totales aumenta entre 2020 y 2100, lo que muestra la migración hacia la tierra de la zona de mezcla de agua salada y dulce. Crédito: Universidad de Massachusetts Amherst

A continuación, Boutt y Kirshen adoptaron un modelo hidrogeológico existente del Servicio Geológico de Estados Unidos, que sólo se centraba en la mitad terrestre de la ecuación hidrogeológica, extendiendo su alcance cinco kilómetros mar adentro. El modelo incluye estanques, arroyos, recarga terrestre (o la tasa y cantidad de precipitación que se filtra en el acuífero), así como los diversos pozos que extraen del acuífero y las aguas residuales que regresan al acuífero mediante reinfiltración o sistemas sépticos. .

Finalmente, llevaron a cabo una serie de modelos que tomaron en consideración varios escenarios en términos de precipitaciones futuras, aumento del nivel del mar, uso de agua subterránea y cambios en el agua devuelta al acuífero.

“Descubrimos que, en el escenario de un alto aumento del nivel del mar , la salinidad de las áreas del acuífero aumentará hasta 17.000 miligramos por litro para 2100”, dice Kirshen, “y la zona de mezcla entre el océano y el agua dulce migrará tierra adentro hasta a 200 metros.”

Si bien algunos estanques podrían experimentar un aumento significativo en la elevación del agua, de hasta 1,8 metros, la mayoría de los estanques no verían un aumento de salinidad debido a esta fuente de salinización.

El equipo también descubrió que el agua devuelta al acuífero por los sistemas sépticos desempeña un papel importante a la hora de ayudar a limitar la intrusión de agua salada. “Aproximadamente el 66% del agua que se bombea fuera del acuífero acaba regresando a él”, afirma Kirshen.

Quizás la mayor sorpresa es que los niveles más altos de salinidad hoy en día no se encuentran cerca de la costa, sino tierra adentro, y especialmente alrededor de las carreteras. “Esto me sorprendió”, dice Boutt, “y parece que la sal de las carreteras es una de las principales fuentes de salinidad elevada en la actualidad”.

“Al asociarnos con UMass Amherst, siempre pensamos más allá de los límites municipales de Plymouth”, dice el vicepresidente de SEMPBA, Frank Mand. “Compartimos un acuífero y una base geológica con más de 30 comunidades en nuestra ecorregión. Entonces, aunque las noticias para Plymouth son buenas, lo más importante es que ahora tenemos una base científica (y nuevos métodos para evaluar la susceptibilidad a la intrusión de agua salada) que son transferibles a esas otras comunidades y ayudará a informar la planificación de Plymouth y otras comunidades en los años venideros”.

“No buscábamos que la ciencia nos ayudara a recuperarnos de nuestros errores”, añade Mand. “Estábamos tratando de evitar problemas en el futuro. Eso, en sí mismo, era un objetivo digno”.

Para prepararse para el futuro, Boutt y Kirshen recomiendan análisis más detallados de la hidrogeografía de la región, la creación de un sistema de alerta temprana para monitorear los sitios más vulnerables a la intrusión de agua salada, el desarrollo de nuevos pozos en áreas que tienen el menor riesgo de contaminación por sal y reconsiderar prácticas, como la colocación de sal en las carreteras en invierno, que actualmente son responsables de la mayor parte de la contaminación del agua salada en la zona.

Más información: Alexander Kirshen et al, Evaluación de la vulnerabilidad a la intrusión de agua salada en Plymouth, MA: efectos agravantes del aumento del nivel del mar en la calidad del agua y la sostenibilidad de los acuíferos (2023)

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