Tipos de ensayos con trazador

Al trabajar un karst, el agua es uno de los elementos claves que atrae nuestra atención de exploradores. Como la sangre de un organismo vivo, surca el sistema kárstico, y es uno de los principales responsables de su funcionamiento y salud (ver fig. 2).

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Hay muchos métodos científicos que, conjuntamente empleados, permiten el estudio y caracterización de un acuíferos kárstico y sus aguas subterráneas: hidrológicos (balances, monitorizaciones, hidrogramas), hidráulicos (bombeos), hidroquímicos (analíticas, quimiogramas), isotópicos, geofísicos, modelizaciones… y ensayos de trazador. Estos últimos, los que ahora nos interesan, consisten básicamente en introducir una o varias sustancias identificables (trazador) en el acuífero y controlar por donde salen y su tránsito, con lo que se investiga el flujo de las aguas moviéndose por el karst.

En primer lugar, hay que diferenciar claramente dos tipos de ensayos de trazador: los cualitativos y los cuantitativos. Los primeros se limitan a demostrar la conexión hidráulica entre dos o más puntos, y a tal fin se vierte la sustancia en el origen y se observa en el destino a ver si pasa. Los segundos, los cuantitativos, además de esto, analizan las nubes de paso del trazador, y nos permiten determinar cuándo, durante cuanto tiempo y con qué concentración pasó en cada momento.

En un trazado cualitativo el resultado es uno: demostrar la conexión hidráulica entre dos puntos; pero que no se demuestre no quiere decir que ésta no exista, sino que en esas condiciones no se produce o, simplemente, que no se ha detectado el paso a ciertas concentraciones o en determinados períodos de control. Por eso no se habla de resultados positivos o negativos, sino de conexiones demostradas o no demostradas.

Los trazados cuantitativos, aunque más caros y trabajosos, son mucho más interesantes, ya que nos permiten conocer el flujo en los acuíferos, su dirección, sentido y magnitud, lo que nos lleva al conocimiento del comportamiento hidráulico del karst en unas condiciones concretas, y, con ello, nos aproxima a su caracterización; y además, la interpretación de los datos obtenidos permite delimitar las cuencas subterráneas, estimar el tamaño de los conductos, establecer los perímetros de protección del acuífero, prever el movimiento y transporte de un producto contaminante ante vertidos accidentales en el karst (su dispersión, retardo y degradación en los posibles puntos en los que salga al exterior por una o varias surgencias)…

Teniendo claro el objetivo que queremos alcanzar, una planificación o diseño correcto es la garantía del éxito del trazado. El ensayo debe estar acompañado de un estudio previo de la zona, de una correcta elección de la época del año hidrogeológico, de la meteorología, de los caudales… Y habrán de observarse unas condiciones previas: aforo mínimo de los ríos de entrada, usos humanos de las aguas en la surgencia, recabar las autorizaciones precisas…

Hay que determinar dónde inyectar: en un karst puede haber muchas familias de aguas, con diferente carga hidráulica y diferente destino, hacia una o varias surgencias o hacia la recarga del acuífero, y hay que vigilar si el punto a inyectar puede estar en zona capacitativa o en transmisiva (ver fig. 3). Tengamos en cuenta que los espeleólogos centraremos más nuestra atención en las zonas del endokarst (ríos que se pierden entre bloques o en estrecheces y sifones cuyo comportamiento no es tan conocido como en el exterior, por lo que habrá que planificar con atención este extremo.

Los puntos de control pueden, y en ocasiones deben, ser varios. Puede consistir en comprobar a simple vista si las aguas cambian de color (observación directa), colocar fluocaptores, tomar muestras para analizar o colocar sensores en continuo. En los dos primeros casos haremos un ensayo cualitativo, y en los dos últimos, cuantitativo. También es importante aquí controlar periódicamente los aforos para calcular la tasa de recuperación o lo que es lo mismo, qué porcentaje de la masa de trazador inyectado ha pasado por este punto.

Sin lugar a dudas, uno de los aspectos claves en el diseño es la elección del trazador. Hay muchos tipos de trazadores: colorantes, especies iónicas (como el litio o la sal común), activables, microorganismos (bacterias, virus, esporas, levaduras), perturbaciones físicas, isótopos, radiactivos… Cada uno tiene sus virtudes y sus contraindicaciones.

Los espeleólogos nos decantamos tradicionalmente por los denominados “colorantes fluorescentes”, que se caracterizan por emitir energía en forma de luz (flourescencia) al ser excitados a una longitud de onda determinada, lo que permite identificarlos, a la par que manchan las aguas a altas concentraciones. De ellos, el más conocido es la fluoresceína o uranina, de color naranja en soluciones concentradas y un bonito (pero chillón) verde-amarillento al ser diluida. Y hay muchos más: rodamina, eosina, tinopal, piranina, sulforodamina, abrillantadores ópticos… En líneas generales se trata de productos sensibles, sencillos, de bajo coste y de muy baja o nula toxicidad. La elección entre uno u otro depende de factores como el impacto ambiental, los valores de detección precisos, el pH y temperatura del agua, los procesos de sorción o retención del trazador, los sólidos en suspensión, los agentes oxidantes, la cantidad de materia orgánica que arrastra el agua, el ruido de fondo en el karst, la salinidad…

Elegido el producto, la siguiente cuestión es la cantidad a inyectar. Y en caso de los colorantes, nos encontramos de partida con dos límites: uno por arriba, que no debe ser superado en la surgencia, cual es la detección a simple vista del trazador, evitándose a toda costa las “limonadas” que conocemos y que causan alarma social e incluso perjuicios económicos; y otro inferior, que lo marca la sensibilidad del receptor que ha de comprobar el paso de la masa de trazador. En todo caso, hay más de treinta fórmulas, muy dispares en sus resultados, para calcular la masa del trazador; y aquí la experiencia sí es un grado. A modo de ejemplo, se afirma que un ensayo en distancias menores de 1 km y con aforos en el punto de control menores de 30 L/seg precisa de menos de 200 gr de Uranina.

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Las técnicas de manejo del trazador, de inyección y de muestreo requieren de unas precauciones básicas e ineludibles para evitar, principalmente, contaminaciones que falseen los resultados, máxime en los cualitativos. La más básica es que la persona que inyecta un trazador abandone el ensayo, para evitar que el producto que haya podido quedarse consigo contamine en su ropa o botas contamine otros puntos de inyección o los de control.

Una vez finalizado el ensayo, nos encontramos ante una serie de productos que a veces no son fáciles de manejar: sea carbón activado recién retirado del lecho de un río, sea la función de una curva de paso, hacen falta de conocimientos específicos para obtener e interpretar los resultados, que necesariamente pasan por conocer el karst objeto de estudio (ver fig. 4).

Como vemos, no es sencillo hacer bien las cosas. Necesitamos de formación, información y asesoramiento de expertos.

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Algunas curiosidades

El primer ensayo del que se tiene constancia se atribuye a Filipo, de quien se dice que en el 10 d.C. realizó un trazado con paja con el que identificó la cabecera del río Jordán.

La era moderna en esta técnica nació en 1871 con el descubrimiento de la uranina o fluoresceína por A.V. Baeyer. Su uso se generalizó e, incluso hoy en día, se considera como el mejor trazador de aguas.

En los primeros momentos, los ensayos eran cualitativos y la confirmación de la conexión hídrica se realizaba visualmente. Esto requería inyectar cantidades abultadas de fluoresceína, y citamos dos ejemplos llamativos. Martel realizó en 1910 una inyección de 100 kg de uranina en el río Loue (norte de Francia) que tiñó el agua de un verde brillante durante dos días y por 100 km aguas abajo de la surgencia. En 1931, Casteret realizó un trazado en los Pirineos inyectando 60 kg de uranina en el Trou de Toro en España y que coloreó durante 50 km el río Garoña; este segundo trazado se repitió en 1997 con dos kilos de uranina que permitieron realizar un correcto ensayo cuantitativo.

Un ensayo curioso fue realizado en Eslovenia en 1929. Se echaron al río Reka 494 anguilas debidamente marcadas e identificadas, que se sumieron en la cueva Skocjanske. De ellas, 29 fueron recuperadas en la surgencia situada a 34 km.

La uranina es el trazador más utilizado, y casi se puede decir que es el universal dadas su ventajas, pero sobre todo por su fácil detección. Se ve a simple vista en el agua a concentraciones de 0,01 partes por millón (ppm), el fluoroscopio de laboratorio lo detecta a 0,002 partes por billón (ppb), y el GGUN a 0,02ppb. Para hacernos una idea, un 1 ppm es equivalente a un 0,0001 %; y con una sensibilidad de 1 ppb se detecta, con holgura, un azucarillo vertido en una piscina olímpica (esto es 1 entre 1.000.000.000).

Existe confusión sobre el nombre de los trazadores. El más utilizado, como decimos, es el C20H10O4Na2, que se conoce como uranina, fluoresceína disódica, fluoresceína soluble. Tanto uranina como fluoresceína pueden utilizarse como sinónimos, y algunos autores dicen que el nombre uranina es más propio de Europa, y que en USA se denomina siempre fluoresceína; pero no en todas las ocasiones se pueden estar refiriendo a lo mismo. En la práctica lo importante es conocer la pureza del trazador que utilizamos e identificar en nuestros informes, al menos una vez, el “Color Index”o CI del producto que usamos; por ejemplo, la uranina es el CI45350 y su nombre genérico es “acid yelow 73”. De hecho, según el informe de la UPV/EHU, en la mayoría de nuestros ensayos hemos utilizado fluoresceína  “industrial”, de baja pureza, lo que impide saber la cantidad de trazador realmente inyectado.

Podemos encontramos ante acuíferos sometidos a numerosos trazados que emiten de forma continua trazador por las surgencias. Es importante saber que en acuíferos muy capacitativos (almacenadores) pueden tardar años en soltar toda la masa de trazador. Así, en algunos karst alemanes se detecta constantemente de “fondo” importantes concentraciones de uranina debida a las numerosas inyecciones; y eso impide usar este trazador. Para evitar que esto nos pase a nosotros, hemos de huir de inyectar sin objetivos y sin plan alguno. Es mucho mejor para el medio y más efectivo para el ensayo planificar adecuadamente lo que se quiere hacer a medio/largo plazo, y de forma coordinada con otros operadores (universidades, investigadores, organismos de cuenca), evitando meter estas sustancias cada pocos meses u años de forma ininterrumpida.

(Último cambio marzo 2013)