Simulación de flujo y calor en acuíferos volcánicos: caso de la isla de Ischia (Italia)

Abstract

Ischia es una isla volcánica activa que presenta un complejo sistema hidrotermal, el que está exhumado a raíz del alzamiento en bloque del centro de esta. Es un sistema anisótropo y heterogéneo formado por unidades volcánicas sobrepuestas, donde el agua subterránea fluye principalmente a través de las fracturas de este reservorio y está influenciada por mezclas de flujos profundos, de recarga y de agua de mar. La hidrogeoquímica de las aguas termales refleja los procesos mencionados y un alto grado de interacción agua-roca generada por las elevadas temperaturas. Con el objetivo de validar y cuantificar las reacciones fisicoquímicas del agua subterránea en este complejo contexto, se ha realizado un modelo conceptual que explique el sector septentrional, famoso por sus aguas termales, que ha servido de base para realizar simulaciones que den cuenta del transporte de flujo y claro mediante el software Crunchflow El modelo conceptual elaborado, considera la recopilación bibliográfica y el análisis de nuevos datos geoquímicos de las aguas termales de la zona de estudio, que se midieron a los 3 meses y un año después del sismo MD 4.0 de agosto de 2017. El sector norte de la isla de Ischia se puede considerar como un acuífero multicapa formado por tres unidades hidrogeológicas: i) UH de detritos, ii) UH de sedimentos marinos y iii) UH formada por ignimbritas que conforman el Mt Epomeo (Monte Epomeo Green Tuff). La segunda unidad semiconfina las otras dos, aunque existen zonas de contacto entre ellas producto de las fallas de la isla. El agua subterránea de Ischia fluye en estas litologías fracturadas, sometida a un gradiente termal excepcional reportado en la literatura como 150 a 220 °C/km, producto de una cámara magmática somera (en torno a 2km). En este ambiente la principal interacción agua-roca ocurre en profundidad junto a la contribución de gases volcánicos disueltos y a leves aportes marinos, determinando así su composición geoquímica. Utilizando el software Crunchflow se realizaron simulaciones en 2D considerando mezclas en distintas proporciones de agua de recarga, agua de mar y aporte de gases volcánicos a distintas temperaturas. La concentración de estas mezclas ha sido generada a parir de la especiación obtenida en Phreeqc. De los siete escenarios implementados, los principales resultados señalan que la reacción de sanidinas y zeolitas a clinocloro y muscovita a altas temperaturas controlan el exceso de Na, K y la disminución de Mg presente en las aguas, mientras que la precipitación de carbonatos y arcillas a bajas temperaturas es la responsable de la disminución de Ca. El bicarbonato se atribuye principalmente la disolución de CO2(g) volcánico. Finalmente, al comparar ambos modelos, se distingue que, dentro de los escenarios reproducidos, la simulación con el 5% de agua de mar es el que mejor representa las muestras en superficie. A pesar de las limitaciones técnicas del modelo numérico y la falta de información geológica en profundidad, es posible reproducir el comportamiento de las especies a las distintas temperaturas que, en bajo un flujo convectivo, ratifican la geoquímica del sector norte de la isla de Ischia.