Els aqüífers en roques fissurades
Tradicionalment, les zones ocupades per materials antics molt diagenitzats i heterogenis (esquists, pissarres, etc.) han estat considerades impermeables. Dins d’aquest qualificatiu, hom inclou altres roques cristal·lines més homogènies, com són els granits i els gneis. El gran avanç en les tècniques de perforació ràpida en roques dures (rotopercussió) ha permès fer milers de pous a les àrees d’escut de tot el món (escut brasiler, africà, etc.), que han demostrat l’existència d’un complex medi aqüífer fissurat molt anisòtrop, especialment en el segon grup de roques esmentat i que malgrat la seva reduïda potencialitat, constitueix l’única font d’abastament per a les disperses poblacions assentades en aquestes àmplies zones de tots els continents.
Medis aqüífers fissurats, segons un model conceptual, amb roques ígnies i metamòrfiques, preferentment. Zona saturada (A) i aqüífer superior porós (B) del recobriment (sorres al·luvials, cons de dejecció); medi porós, horitzó capacitiu. Zona fissurada i alterada (C), amb fissures obertes per descompressió; horitzó drenant i moderadament capacitiu. Zona fracturada amb fissuració tancada (D); horitzó drenant. Aqüífer fissurat (C + D).
Ricardo Génova, original de l’autor.
La imatge que hom posseeix del medi aqüífer fissurat, tant en roques cristal·lines com en d’altres metamòrfiques afectades per diverses famílies de discontinuïtats, graus d’alteració i recobriments superficials, es pot idealitzar en tots els models que es proposen a la figura adjunta. Mentre en els medis amb porositat intergranular les funcions capacitives i de circulació es confonen dins del magatzem, en el medi cristallí fissurat aquestes funcions coexisteixen en el si de cada aqüífer, amb una important diferenciació entre el medi alterat superficial, eminentment capacitiu, i el medi fissurat amb una marcada tendència drenant. És per això que la recerca hidrogeològica en medi cristallí s’ha basat en el reconeixement i la localització d’un sistema conductor que pugui drenar el major volum capacitiu. L’eix conductor drenant serà una fractura o un sistema de fractures i el volum capacitiu pot ésser un medi porós (zona alterada superficial arenititzada, dipòsits al·luvials, etc.) o un medi microfissurat dins el massís rocós drenant per fractures majors (medi amb doble porositat). Les estadístiques arreu del món, amb un reduït grau de variació, demostren que en un medi fissurat la repartició de les reserves d’aigua és del 50% en els primers 10 m del massís rocós, del 30% entre els 10 i 20 m, del 15% entre els 20 i 30 m, i tan sols del 5% entre els 30 i 40 m. La zona descomprimida amb fissuració oberta rarament ateny més de 50 m, per la qual cosa la localització de fractures majors a més fondària, amb funció drenant, esdevé problemàtica, per no dir casual. El tema recursos encara és més decebedor (la porositat eficaç del medi mai no supera en valors mitjans el 0,1 %) i està lligat a la infiltració possible i a l’existència d’un horitzó porós superior que emmagatzemi aigua.
En climes de tipus mediterrani, i en zones on el recobriment o l’alteració superficial de la roca és inexistent, l’emmagatzematge a la zona descomprimida sempre és inferior als 50 000 m3/km2.
En els Països Catalans són petites les àrees amb roques cristal·lines. Tenen una localització molt concreta als Pirineus, en batòlits i "stoks", o bé a les Serralades Litorals (Maresme, Costa Brava, Montseny-Guilleries i Priorat). Malgrat tot, i per raons d’una forta demanda d’aigua, el Maresme i la Costa Brava són les úniques comarques on s’exploten i cerquen aigües subterrànies captades en centenars de pous i galeries que penetren a la zona descomprimida i alterada del granit, amb rendiments modestos (menys de 5 m3/h), si els comparem amb altres tipus de medis aqüífers.
Els aqüífers en roques fissurades i carstificades
Les roques carbonatades no posseeixen porositat primària, si fem exclusió de certs carbonats bioconstruïts (formacions coral·lines) i d’algunes calcarenites. Però l’existència de discontinuïtats (fissures) al massís rocós pot convertir-les en aqüífers importants, com a conseqüència de tot un seguit de fenòmens físics i químics que configuren el complex procés conegut amb el nom de carstificació.
La dissolució de les calcàries i dolomies és conseqüència de la circulació de les aigües en el medi rocós i de la seva agressivitat en la dissolució dels carbonats, gràcies a la incorporació de diferents fonts d’acidesa, la qual cosa permet una primera distinció quant als tipus de carstificació.
La carstificació relacionada amb la gravetat (gradient topogràfic) és un fenomen subaeri basat en la reacció CO2—H2O—CO3Ca. El CO2 de l’atmosfera i el sòl (matèria orgànica), dissolt dins l’aigua, reacciona per formar àcid carbònic, el qual, per dissociació, individualitza ions H+ que reaccionen amb el CO3 Ca de les calcàries i produeix els ions solubles Ca++ i CO3 H. La solució de dolomies és similar, encara que amb una velocitat de reacció més lenta. En qualsevol cas, la pressió parcial del CO2 serà determinant en l’agressivitat de l’aigua.
La carstificació relacionada amb el flux hidrotermal és causada, per exemple, per l’oxigenació d’aigües ascendents que tenen sulfurs dissolts en àrees hidrotermals o a les rodalies d’acumulacions d’hidrocarburs, ja que poden produir àcid sulfúric amb importància local en la dissolució de carbonats que són reemplaçats per altres mineralitzacions, a vegades d’interès econòmic.
La carstificació relacionada amb l’energia química no té necessitat de gradient hidràulic significatiu i, consegüentment, de circulació important d’aigua. Segons això, el fenomen no cal que sigui subaeri, i pot ocórrer dins la zona saturada o d’inhibició general dels aqüífers. Dues teories més o menys acceptades en aquest sentit són motiu de contínues investigacions. La primera d’elles (Boegli, 1969; Hanshaw-Back, 1979) fa palès el caràcter agressiu de les aigües de la zona de mescla de la interfase aigua dolça - aigua salada en els aqüífers costaners; ambdues estan saturades en carbonat càlcic, però segons la pressió parcial del C02, la mescla pot resultar subsaturada i, per tant, agressiva a la calcària, cosa que afavoreix una major carstificació (aquestes zones de gran dissolució queden enregistrades en paleocarsts molt permeables, amb un gran interès petrolier com a magatzems d’hidrocarburs). La segona teoria postula com a potencial font de CO2 les matèries orgàniques introduïdes al massís rocós i oxidades, almenys en part, per microorganismes (Atkinson, 1977; James 1981; Word, 1981).
Sigui quin sigui el procés, hom veu la gran variabilitat que pot produir-se en l’evolució de la nova porositat secundària que adquireixen les roques carbonatades, ja que de la mateixa forma que es crea el magatzem aqüífer, també pot obliterar-se, segons els canvis en les condicions de drenatge (nivell de base)