INTRODUCCIÓN
La energía geotérmica es un tipo de energía limpia caracterizada por la amplia distribución continental, bajos niveles de contaminantes y utilidad directa. El desarrollo de la energía geotérmica se inició rápidamente a partir de la década de los setenta1),(2, en respuesta a los graves problemas como la expansión demográfica, la contaminación ambiental y la escasez de energía. La energía geotérmica es una fuente de energía alternativa con mayor atención2 por ejemplo en China, donde existen 4000 aguas termales con temperaturas superiores a los 25 ºC3. Los recursos geotérmicos derivados equivalen a 2,5 x 10-22 J, y la cantidad de energía geotérmica aprovechable es de aproximadamente 7,5 x 10-21 J4. la energía geotérmica que se explota en China es de 1,8 x 1019J, lo que equivale a una reducción de 1,4 x 108 t de emisión de CO25.
Las aguas termales son parte de la energía geotérmica que se observa en todos los continentes6),(7),(8. La exploración de los recursos hídricos termales con aplicaciones medicinales se ha incrementado desde el siglo XIX9),(10, sin embargo la investigación biológica en aguas termales, se inició en los años 5011. La comunidad microbiana presente en las aguas termales son bacterias y arqueas de naturaleza termófila e hipertermófila12),(13),(14),(15),(16.
Las aguas termales tienen características particulares que dependen de la composición de las rocas internas y superficiales, y de las reacciones químicas que pueden ocurrir14 , por lo tanto, las aguas termales contienen minerales como: Ca, Na, Mg, Cl-, SO4 2- y SiO4 4-, que generalmente están presentes en aguas geotérmicas con aplicaciones médicas16. Además, las aguas termales también contienen Rn222 y Ra226 en concentraciones de 0,48 -1,54 Bq/L17.
Las aguas termales alrededor del mundo han sido debidamente estudiadas e identificadas. En Chongqing, sureste de China se ubican acuíferos de rocas carbonatadas en cuyas aguas termales predominan los elementos químicos como Ca, Mg, SO4 y Ca, SO4 2- con altas concentraciones de Ca2+ y SO4 2- se derivan de la disolución de rocas carbonatadas3. En Changal, norte de Irán, las fuentes termales son del tipo Na, Cl y CaSO4, caracterizadas por las rocas calizas y carbonatadas de Asmari18),(19, la alta concentración de Na, Ca y Mg en las fuentes termales es causada por las interacciones agua-roca y el intercambio de cationes en las rocas carbonatadas18, mientras que la hidrogeoquímica de las aguas termales de Birdsville, ubicadas en el noreste de Australia, tiene una composición de tipo Na-HCO3-Cl20. Las aguas termales de Pamukkale en Turquía se pueden dividir en dos grupos: grupo 1A: Ca-HCO3 y grupo 1B: Ca-SO4, las concentraciones de estos elementos se deben a la interacción agua-rocas metamórficas basales21. El efecto positivo sobre la salud física y mental del uso de aguas termales han confirmado el alivio del dolor físico22),(23), también los efectos relajantes y sedantes13),(24 y el alivio de la artritis reumatoide25. En este estudio se caracterizó las aguas termales de “putina” en 6 muestras ubicadas en el distrito de Putina de Puno, Perú.
EXPERIMENTAL
Área de estudio
Las aguas termales de “Phutina” se encuentran ubicadas al este del distrito de Putina de la provincia “San Antonio de Putina” en el departamento de Puno, Perú, con las coordenadas geográficas: - 4.912995, - 69.866926, la altitud promedio de 3878 msnm, la humedad relativa del 79%. Las aguas termales de “Phutina” son un reservorio geotermal con aplicaciones medicinales a las que se le atribuye la cura del reumatismo y la artritis, también aplicaciones de uso recreativo, como otras(23),(24),(25),(26),(27. El marco estratigráfico y estructural de las aguas termales “Phutina” está formado por una gruesa secuencia de rocas cretácicas, en el lugar se observa la sinterización de carbonatos26. Se recogieron seis muestras de la piscina y poza:
Toma de muestras
Se recolectaron seis muestras del agua termal de San Antonio de Putina, Perú (Fig. 1) las muestras fueron recolectadas durante estación seca el 20 de octubre de 2018, las muestras se recolectaron en botellas de polietileno.
Las concentraciones de Ca2+, Mg2+ y SO4 2- se midieron mediante el método de titulación con EDTA. Las concentraciones de K, y Na se determinaron mediante espectrofotometría de absorción atómica de llama con una precisión de 0.1 mg/L en el laboratorio de control de calidad de la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad Nacional del Altiplano de Puno y Laboratorios Analíticos del Sur certificados según normas internacionales tales como como OSHAS 18000, SA 8000, ISO 14000 e ISO/IEC 17025 por el instituto nacional de calidad-INACAL. Para determinar los aniones se utilizaron: ICP-OES (plasma acoplado inductivamente - espectrometría de emisión óptica) es una técnica en la que la composición de elementos en muestras (principalmente disueltas en agua) se puede determinar utilizando plasma.
Análisis
Se utilizaron gráficos de Piper28),(29 de los principales cationes y aniones (Fig. 1) para mapear las facies hidrogeoquímicas de las muestras de agua termal de Phutina y para demostrar diferentes tipos hidroquímicos de agua30.
Los índices físicos y químicos de las seis muestras: S1, S2, S3, S4, S5 y S6 (Fig. 1) de las aguas termales “Phutina” ubicadas en el distrito de “San Antonio de Putina”, Perú, se presentan en tabla 1, según las dos áreas de estudio. Los principales cationes y aniones presentes en las aguas termales de Phutina son: K+ Mg2+ Ca2+ Na+, y HCO3-,CO3 2-, SO4 2-) respectivamente, según zonas de estudio (Tabla1), los principales cationes son el Na+ y Ca2+ son 1152.58 - 1223.71 mg/L y 257.76 - 278.15 mg/L respectivamente y los principales aniones presentes en las muestras de agua “Phutina” son : Cl- y SO4 2- con valores mínimos y máximos 2491.28 - 2520.08 mg/L y 751.54- 792.13 mg/L respectivamente. El rango de pH de 6.01 a 7.02 indica basicidad débil. La alta concentración de SO4 2- y los iones Ca2+ es característico de las aguas termales generalmente salobres31.
RESULTADOS Y DISCUSIONES
Las aguas termales tienen una composición inicial debida a la acción de procesos físico-químicos que ocurren entre el agua y las rocas la alta concentración de SO4 2- está asociada a acuíferos carbonatados32),(33),(34),(35) los iones principales de las aguas termales de Phutina son SO4 2- y Ca2+. La concentración de SO4 2- está asociada a aguas termales de origen volcánico, cuyo proceso químico viene dado por: H2S + 2O2 + 2CaCO3 = 2Ca2+ + SO4 2- + 2HCO3 -(36. En las aguas termales de Putina el coeficiente de correlación de la concentración de SO4 2- y la concentración de Ca2+ es de 0,98. SO4 2- y Ca2+ se derivan de la disolución de evaporados como yeso y anhidrita, mientras que en las aguas termales de Phutina el coeficiente de correlación entre SO4 2- y Ca2+ es - 0,78, lo que significa que SO4 2- y Los iones Ca2+ no se derivan de la disolución de evaporados como el yeso y la anhidrita33),(37),(38),(39. En las aguas termales de Putina el coeficiente de correlación positivo entre Na+ y Cl- es de 0,98 mientras que en las aguas termales de Phutina el coeficiente de correlación entre Na+ y Cl- es de 0,96 lo que implica la disolución de sales presentes en las rocas19),(26),(37.
La concentración de Mg2+ en las aguas termales de Phutina es similar a la de Obuki Spring38, y al agua termal Karstic en Chongqing39. En el agua termal de Putina el coeficiente de correlación de las concentraciones de Mg2+ y las concentraciones de HCO3 - es de -0,94 mientras que en las aguas termales de Phutina el coeficiente de correlación entre Mg2+ y HCO3 - es de -0,48 lo que implica que la concentración de Mg+2 no se deriva de Dolomita, esto sugiere que la concentración de Mg+2 se deriva de rocas que contienen sulfato de magnesio32. La baja concentración del anión HCO3 - en las aguas termales de Phutina (Tabla 1), sugiere que la producción de Ca2+ se forma a través de la disolución de yeso y anhidrita32),(40. Las aguas termales de Phutina se ubican en un grupo en los diagramas de Schoeller29. Las aguas termales presentan una concentración importante de Na, Cl y CO3 (meq/L), característica de aguas termales generalmente salobres26) (41) (42) (43.
CONCLUSIÓN
Las manantiales de aguas termales de Phutina en Puno, distrito de San Antonio, suroeste de Perú, están formados por rocas de arenisca roja y conglomerados y una secuencia gruesa de rocas del Cretácico - de carbonato26. Los iones principales son Na+, Ca2+, Cl- y CO3 2-. Según los diagramas de Piper28, los tipos químicos de las muestras de aguas termales de Phutina son Na+ y K+ (76%) y Cl- (72%), éstos son característicos de las aguas termales generalmente salobres. Los valores de conductividad eléctrica (EC) del agua termal de Phutina son 3160 - 3184 µS/cm, las aguas termales tienen alta conductividad eléctrica demostrando así la interacción con la roca huésped por mucho tiempo33.