Papel esencial de los isótopos en los estudios de los recursos h id ricos Para poder explotar con eficacia los recursos hi'dricos es indispensable disponer de datos fiables acerca de la cantidad, caudal y circulación de las aguas objeto de ese aprovechamiento. Durante los últimos decenios las técnicas isotópicas han pasado a desempeñar un importante papel en la evaluación cualitativa y cuantitativa de dichos recursos.

En los estudios de las aguas superficiales, estas técnicas sirven para medir la escorrentía procedente de las lluvias y de la nieve, el caudal de ríos y otras corrientes, las pérdidas de agua de lagos, depósitos y canales, y la dinámica de las diversas masas de agua.

Hoy día no cabe prácticamente concebir la investigación de las aguas subterráneas (manantiales, pozos etc.) sin recurrir a las técnicas isotópicas. En esencia, estas técnicas son sencillas y de aplicación relativamente rápida.

Entre los múltiples problemas que el hidrólogo puede verse llamado a resolver con respecto al aprovechamiento de una determinada masa de agua subterránea, es frecuente que el de mayor importancia sea el relativo a la determinación del llamado caudal seguro, a fin de no agotar el manantial, o del caudal total, si se trata de un recurso que se quiere aprovechar hasta su agotamiento.

Las técnicas isotópicas sirven para resolver, entre otros, los siguientes problemas: identificación del origen de las aguas subterráneas, determinación de su edad y de la velocidad y dirección del flujo, relación entre las aguas superficiales y las subterráneas, posibles conexiones entre diversos acuíferos, y porosidad, transmisividad y dispersividad locales de un acuífero. El costo de estas investigaciones es a menudo pequeño frente al de las efectuadas empleando técnicas hidrológicas tradicionales y, además, permite acopiar información a veces imposible de obtener por otros métodos.

La hidrología isotópica puede dividirse en dos ramas principales: hidrología a base de isótopos ambientales, la cual ha cobrado especial importancia en aquellas regiones del mundo sobre las que los datos hidrológicos básicos de que se dispone son insuficientes, e hidrología a base de isótopos artificiales. La primera utiliza las variaciones isotópicas que tienen lugar en las aguas como consecuencia de procesos naturales y que, debidamente observadas e interpretadas, permiten resolver algunos problemas hidrológicos partiendo del conocimiento general de las variaciones isotópicas en la naturaleza. Los problemas hidrológicos a nivel regional pueden ser estudiados gracias a los isótopos ambientales si, como suele ocurrir, las condiciones naturales determinan variaciones mensurables de las concentraciones isotópicas en distintas aguas.

La hidrología a base de isótopos artificiales recurre al empleo de isótopos radiactivos que se inyectan en el sistema objeto de examen, procediéndose seguidamente a observar la evolución de la concentración del isótopo empleado. La validez de los datos obtenidos con esta técnica queda circunscrita a una zona no demasiado extensa en torno al punto de inyección y depende asimismo de las condiciones imperantes en el momento de esa inyección. Sin embargo, efectuando mediciones en un número suficiente de puntos y repitiéndolas en diferentes momentos es posible obtener una buena imagen del sistema hidrológico examinado. Entre las técnicas de empleo de trazadores que se han ideado, la técnica del pozo único ha demostrado ser un método fiable para determinar cuantitati-

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vamente los parámetros de un acuifero relacionados con el abastecimiento de agua subterránea.

El origen de radioisótopos ambientales de interés presentes en la naturaleza tritio (hidrógeno-3) y carbono-14, puede ser tanto natural, debido a la interacción de las radia­ciones cósmicas con la atmósfera, como artificial, debido a explosiones de dispositivos nucleares. Los isótopos artificiales se han dispersado por toda la atmósfera terrestre y su participación en el ciclo hidrológico se ajusta ya a los procesos naturales normales.

Los isótopos del oxígeno y del hidrógeno, elementos químicos que constituyen la molécula de agua, son, en cierto modo, trazadores geoquímicos ideales del agua ya que sus respectivas concentraciones no están sujetas a variaciones como consecuencia de la interacción con el material del acuífero. Por el contrario, los compuestos de carbono presentes en las aguas subterráneas pueden reaccionar con el material del acuífero, lo que complica la inter­pretación de los datos.

Muchos procesos naturales ocasionan variaciones de la composición isotópica de las aguas naturales. Entre ellos los más importantes son la evaporación y la condensación. Durante la evaporación, las moléculas ligeras de agua, H2

1 60, son más volátiles que las que contienen un isótopo pesado, como el deuterio (D) o el oxígeno-18 (180). Por consiguiente, el agua que se evapora del océano contiene menos deuterio y óxigeno-18 que la que permanece en el mismo.

Cuando este vapor de agua que pasa a la atmósfera se enfría y se condensa en nubes y en precipitaciones, son las moléculas pesadas las que se condensan de preferencia, por lo que las sucesivas precipitaciones procedentes de una misma masa inicial de vapor contienen cada vez menos deuterio y oxígeno-18.

Debido a que el grado de condensación de una masa de vapor depende de la temperatura, es de esperar una relación entre la composición isotópica de la precipitación y su temperatura de formación. Esta dependencia con respecto a la temperatura provoca variaciones isotópicas estacionales en las precipitaciones (en invierno las precipitaciones son más pobres en isótopos pesados que en verano), variaciones con la latitud (en las latitudes altas las precipitaciones son más pobres en esos isótopos que en las bajas) y variaciones con la altitud (el contenido en isótopos pesados de las precipitaciones diminuye con la altitud).

Este último efecto es especialmente importante en los estudios hidrológicos regionales. Por ejemplo, es posible diferenciar las aguas subterráneas procedentes de zonas de recarga situadas a distinta altura tomando como base su contenido isotópico. El efecto de altitud puede variar de una región a otra, pero por lo general por cada 100 metros de aumento de la altitud el contenido en oxígeno-18 disminuye en un 0,3% y el del deuterio en un 2,5%, aproximadamente.

La evaluación de los datos isotópicos permite extraer muchas conclusiones, a algunas de las cuales resulta difícil o imposible llegar por otros métodos. No obstante, conviene subrayar que el empleo de estas técnicas exige una estrecha colaboración con los hidrólogos a fin de asegurar una utilización adecuada y una interpretación lo más completa posible de los datos isotópicos. Probablemente la etapa inicial más importante consiste en la definición precisa del problema, lo que, tomando como base los métodos comunes de investigación hidrogeológica equivale a seleccionar la hipótesis más probable de entre varias. Seguidamente puede emplearse el método isotópico para determinar qué hipótesis es plausible o, cuando menos, para eliminar algunas de ellas*

La segunda etapa consiste en decidir si las técnicas a base de isótopos ambientales pueden contribuir a resolver el problema. Para ello se necesita poseer un conocimiento fundamental de los principios que rigen la composición isotópica ambiental de las aguas naturales. Tal

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vez no sea siempre posible determinar la idoneidad del método isotópico partiendo de consideraciones puramente teóricas, por lo que suele efectuarse un sencillo análisis explo­ratorio de las aguas de la región a que se refiera el proyecto a fin de comprobar la viabilidad de dicho método.

El 01EA presta asistencia a diversos países en el empleo de técnicas isotópicas para estudios de los recursos hídricos y para otros proyectos hidrológicos de campo. Los siguientes ejemplos de estudios de campo tratan de dar una idea de la forma en que se abordan con estas técnicas problemas concretos planteados en distintas regiones del mundo. La mayoría de ellos se describen sucintamente, pero en algunos casos se entra en más detalles a fin de explicar cómo se aplican las técnicas a base de isótopos ambientales.

AMERICA LATINA

Nicaragua: Para determinar el origen de un determinado recurso hídrico se ha utilizado el llamado efecto de altitud, es decir, las variaciones de la concentración en isótopos estables de precipitaciones con la altitud.

En Nicaragua, la Llanura de Chinandega, de unos 1100 kilómetros cuadrados, se extiende entre el Océano Pacífico y la divisoria formada por la cordillera de los Marabios. Hacia el interior el terreno sube gradualmente hasta alcanzar unos 200 metros de altitud a 20 kiló­metros de la costa, haciéndose seguidamente más escarpado y llegando a una altura máxima de 1745 metros en dicha cordillera. Se recogieron muestras de precipitaciones y de aguas subterráneas a diferentes alturas en una franja transversal que iba desde la costa hacia el

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interior. Los resultados obtenidos han demostrado que la recarga de la capa freática tiene lugar en la propia llanura, mientras que las aguas subterráneas profundas de pozos proceden de precipitaciones ocurridas en las montañas a alturas de más de 280 metros.

Ecuador. En un reciente proyecto que ejecuta la FAO con cargo a un Fondo en fideicomiso se investiga en este país el origen del agua subterránea empleando con ayuda del 01EA técnicas a base de isótopos ambientales.

Guatemala. Se está ejecutando un proyecto en gran escala del PNUD, con participación del 01 EA, para estudiar el origen de las aguas subterráneas de la zona de la Ciudad de Guatemala, con objeto de aumentar el abastecimiento de la ciudad.

Bolivia. Se han evaluado los recursos hídricos del Altiplano dentro del marco de un proyecto en gran escala del PNUD en el que se ha empleado el análisis de isótopos ambien­tales.

México. Mediante un estudio cooperativo acordado entre México y el 01 EA se está investigando el origen de la salinidad de las aguas subterráneas del Valle de Mexicali. Se emplean también técnicas isotópicas para evaluar el potencial del campo geotérmico de dicho valle. En la llanura costera que se extiende al sur de Veracruz, las técnicas a base de isótopos ambientales han demostrado que la mayor parte de las aguas subterráneas se deben a la infiltración de precipitaciones locales más bien que a la de las aguas del río que atraviesa la llanura.

Cuba. Con ayuda del 01 EA se utilizan técnicas de perfilaje radiactivo para el desarrollo de recursos hídricos.

Jamaica. Se ha ejecutado un proyecto en gran escala del PNUD relativo al desarrollo de aguas subterráneas, habiéndose encargado el 01 EA de los servicios de análisis isotópico.

AFRICA

Argelia. En un proyecto ejecutado en la Llanura del Hodna se utilizaron técnicas a base de isótopos ambientales con el fin de obtener información sobre los mecanismos de recarga de dos acuíferos, uno de ellos a poca profundidad y el otro a profundidad considerable. En el centro de la región se extiende una llanura salobre, denominada Chott-el-Hodna, en la que la escorrentía procedente de los uadis durante las lluvias torrenciales se evapora rápidamente y deja un depósito salino.

La recarga de ambos acuíferos tiene lugar principalmente con las precipitaciones en las montañas del Hodna, situadas al norte. El agua de lluvia es también llevada por los uadis hasta la llanura, en la que se infiltra parte de ella antes de alcanzar el Chott. La recarga del acuífero menos profundo por infiltración desde los uadis quedó puesta de manifiesto por las concentraciones de tritio relativamente altas observadas en las muestras de agua de la región de los uadis. En principio, el acuífero menos profundo puede ser también recargado por infiltración directa procedente de las precipitaciones registradas en la propia llanura. Sin embargo, los análisis del agua de pozos de la llanura muy alejados de las uadis indicaron que la concentración de tritio es mucho más baja, lo que hace pensar que la infiltración procedente de precipitaciones directas es pequeña.

Otro aspecto de este estudio lo constituía la relación entre ambos acuíferos. Aunque la altitud a que se encuentran las zonas de recarga en las montañas es esencialmente la misma, se observó una diferencia muy significativa en la composición en isótopos estables de las

Escala para medir el nivel del agua en un r ío de Jamaica, donde el 01 EA realizó estudios isotópicos t para un proyecto del PNUD. *

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El Bassin Blanc, lago formado en un cráter volcánico de la isla de Mauricio. Sus aguas se muestrean para realizar análisis isotópicos.

muestras del acuífero profundo tomadas de pozos artesianos. Las mediciones del carbono-14 indicaron que este acuífero profundo fue recargado varias decenas de millares de años antes que el otro. En las aguas subterráneas en torno a los pozos artesianos se observó una correlación del oxígeno-18 y el carbono-14 con el aumento de la profundidad. Este fenómeno indica claramente que el acuífero menos profundo recarga al más profundo a medida que éste pierde agua.

Sudán. El valor excepcional que encierran las variaciones naturales del contenido en deuterio y oxígeno¡-18 de las aguas naturales estriba en que dichas variaciones pueden facilitar datos sobre el origen de la recarga de sistemas hidrológicos.

Se ha previsto la ejecución de un proyecto de extensión agrícola en las proximidades del emplazamiento propuesto para el nuevo aeropuerto de Jartum, lo que ha obligado a efectuar un estudio hidrológico de la región a fin de asegurar el abastecimiento de agua para el aeropuerto y para los terrenos agrícolas. En este caso había que establecer una distinción entre cuatro puntos de procedencia del agua. Estos eran: a) el Nilo Azul, b) el Nilo Blanco, c) las precipitaciones locales, y d) las aguas subterráneas procedentes de las zonas vecinas.

Las distintas condiciones ambientales que concurren en las aguas de las cabeceras del Nilo Blanco y del Nilo Azul se traducen en una diferencia importante en la composición en isótopos estables de uno y otro río, siendo las aguas del Nilo Azul más pobres en ellos que las del Nilo Blanco. Se observó que los valores correspondientes a ambos ríos diferían de la composición en isótopos estables de las precipitaciones locales. Los valores correspon­dientes a las aguas subterráneas resultaron también distintos de los correspondientes a las precipitaciones locales, lo que indicaba que la recarga de las aguas subterráneas no procedía de dichas precipitaciones. 1 4 OIEA B O L E T Í N - V O L . 1 9 , n2,1

Para análisis de isótopos ambientales, se toma una muestra de agua en el lugar en que se inicia una cascada de gran altura en Mauricio.

Las muestras de agua subterránea tomadas al este del Nilo Azul ofrecieron una composición análoga a la del río, lo que se consideró como prueba de la infiltración de agua de éste a distancias de hasta unos 10 kilómetros.

Más hacia el este, los datos relativos a los isótopos estables parecían sugerir que el flujo de las aguas subterráneas tenía lugar en sentido opuesto, es decir, desde el nordeste. Estas aguas eran mucho más pobres en isótopos estables y su contenido en carbono-14 era muy bajo, deduciéndose de este último valor que su recarga tuvo lugar hace varios miles de año, cuando el régimen climático era muy diferente del actual. Entre ambas zonas el agua resultó ser de tipo mixto, con una salinidad mucho más elevada.

Estos resultados hicieron posible cartografiar el flujo y la recarga de las aguas subterráneas, y ayudaron a determinar la cantidad de agua que podrá utilizarse para los nuevos proyectos.

Etiopía. El nivel del lago Baseyk, a unos 200 kilómetros al este de Addis Abeba, ha subido 20 metros desde 1972, amenazando con ello el enlace con la costa por ferrocarril y carretera. Se han terminado recientemente las obras para aumentar la altura a que pasan ambas vías de comunicación. El OIEA coopera con la Comisión de Recursos Hídricos de Etiopía en la posible aplicación de técnicas isotópicas a fin de determinar el origen del agua que ha provocado la subida de nivel de las aguas del lago.

República Árabe Libia. Se están estudiando el movimiento y la recarga de la capa freática de varias regiones al amparo de un proyecto financiado con cargo a un Fondo en fideico­miso y ejecutado por la FAO para la Comisión General de Aguas de Libia. El OIEA ayuda a aplicar técnicas isotópicas en las regiones seleccionadas para este estudio.

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Marruecos. Se han utilizado técnicas a base de isótopos ambientales para estudiar las diferentes modalidades de recarga del acuífero del valle del Sus. Se estableció un índice del contenido en isótopos estables para cada una de las posibles fuentes de recarga: acuíferos limítrofes del valle, aguas de inundación y precipitaciones. Los resultados obtenidos demostraron que la recarga procedente de los acuíferos vecinos del Alto Atlas queda limitada a una distancia de unos 5 kilómetros llanura adentro. En el caso del Anti-Atlas se definieron dos importantes zonas de recarga, una al sudoeste de Aoulouz, hacia el uadi Tangarfa, y la otra entre Tazermmourt y el uadi Assads. Los uadis procedentes del Alto Atlas solo son fuentes eficaces de recarga cuando ya se han adentrado mucho en la llanura, donde su gradiente es mucho menor. El propio uadi Sus recarga la región del sur de modo discontinuo, puesto que a lo largo del lecho del río hay áreas de desaparición y reaparición de sus aguas. La recarga por las precipitaciones queda limitada sobre todo a los terrenos de la zona norte del uadi Sus.

Sahara Septentrional. Se ha efectuado un estudio isotópico de las aguas subterráneas del Sahara Septentrional en Argelia y Túnez. El acuífero más importante del Sahara es el "Continental Intercalate", de 600 000 kilómetros cuadrados de superficie. El estudio ha confirmado la hipótesis según la cual sus aguas se desplazan a través del sistema de fallas de El-Hamma y Méddenine hasta llegar al acuífero artesiano (Complejo Terminal) del Golfo de

Mauricio: un pozo de sondeo que había sido taponado con hormigón para evitar la entrada de derrubios, vuelve a ser abierto con fines de muestreo.

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Gabés. Junto a El-Hamma el agua ofrece la misma composición que en la parte oriental del "Continental Intercalare". Hacia el este, la concentración del oxígeno-18 aumenta gradualmente, lo que indica una mezcla con agua procedente de la recarga local.

Kenya. El enriquecimiento en isótopos estables característico de las aguas evaporadas puede servir para estudiar las posibles relaciones entre lagos y aguas subterráneas. Se suponía que el lago Chala, que ocupa un cráter volcánico en la ladera sudoriental del Kilimanjaro y que no recibe ni pierde aguas en su superficie, era la fuente de alimentación de diversos manan­tiales de la región. El lago tiene una superficie de unos cuatro kilómetros cuadrados y una profundidad de 100 metros; un reconocimiento detallado ha demostrado que la composición en isótopos estables de sus aguas es homogénea, característica del agua evaporada, y que no varía con el tiempo.

Se observó que la composición en isótopos estables de las aguas de los manantiales de la región es totalmente distinta de la que ofrecen las aguas del lago. Por tanto, se llegó a la conclusión de que ninguno de los manantiales recibe una cantidad importante de agua del lago. Tomando como base la diferente composición en isótopos estables del lago y de los manantiales, se fijó para la posible aportación de las aguas del lago un valor máximo del 6% de las descargas de los diversos manantiales.

Momento de retirar el obturador del pozo de sondeo.

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Chad. Los mismos principios se han aplicado para estudiar la infi l tración procedente del lago Chad hasta las aguas subterráneas próximas a él. Los datos relativos a los isótopos estables han demostrado que la proporción de agua lacustre en la capa freática de las dunas disminuye con bastante rapidez con el aumento de la distancia desde el lago, debido a la recarga por inf i l tración de las precipitaciones. Además, en el seno del acuífero se observa una estratificación debida a que la proporción de agua procedente del lago aumenta con la profundidad.

Mauricio. Como parte de su programa de asistencia técnica, el 01EA evalúa las posibilidades de empleo de las técnicas a base de isótopos ambientales para estudiar los movimientos de las aguas subterráneas de esta isla del Océano Indico.

OTROS PAÍSES

Qatar. Al amparo de un proyecto PNUD/FAO, el 01 EA investiga la velocidad de recarga de diversos acuíferos en la parte septentrional del país. Se cree que las depresiones de la región son la principal fuente de esa recarga. Los objetivos del proyecto consisten en evaluar los recursos h ídricos disponibles y ayudar al Gobierno a planificar el desarrollo y la gestión de estos recursos de una manera integrada para su aprovechamiento con fines domésticos, industriales y agrícolas. Los estudios isotópicos facilitarán datos para estimar los posibles caudales seguros de agua a f in de no agotar la actual capa freática y provocar con ello la penetración de agua salina procedente de zonas más profundas.

India. Dentro del marco de un proyecto del PNUD, el OIEA emplea las técnicas a base de isótopos ambientales para ayudar a evaluar las características geotérmicas de dos zonas seleccionadas del país expresamente elegidas.

Grecia. El lago de Maratón, situado en la zona de Kálamos, en el Át ica, se encuentra entre el sistema metamórfico del Grammatikon y el sistema sedimentario del Parnés. El lago abastece a la ciudad de Atenas, a unos 20 kilómetros al sudoeste. Últimamente se ha estudiado un grupo de manantiales en las cercanías de Kálamos, en la costa norte del lago, como posible fuente de abastecimiento suplementario de Atenas. A f in de explotar estos posibles recursos se han empleado técnicas a base de isótopos ambientales para determinar el origen o la zona de recarga del componente de agua dulce de cada manantial. En el estudio isotópico han trabajado conjuntamente el Organismo Internacional de Energía Atómica, el Insti tuto Nacional Griego de Investigaciones Geológicas y Mineras y el Centro de Investigaciones Nucleares "Demokr i tos" de la Comisión Griega de Energía Atómica.

El problema consistía en determinar si la recarga de los manantiales de Kálamos procedía del macizo del Grammatikon o del macizo del Parnés. En el pr imero, la cota más alta es de unos 590 metros, mientras que en el del Parnés es de casi 1400 metros. Por tanto, la diferencia permitía suponer que debido al efecto de al t i tud debiera haber una diferencia significativa en la concentración de los isótopos estables en las aguas de ambos sistemas.

El análisis de muestras de agua ha demostrado que la composición isotópica del agua dulce de los manantiales de Kálamos es análoga a la observada en los puntos más altos del sistema del Parnés; por consiguiente, es en este sistema donde se encuentra situada la zona de recarga. Los datos isotópicos sugieren también que el agua subterránea llega a las zonas vecinas del sistema del Grammatikon después de atravesar el sistema del Parnés, es decir, en la dirección de los manantiales de Kálamos.

Toma de una muestra de agua de un pozo de Mauricio para analizar los isótopos ambientales. •

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Creta. (Grecia). El aprovechamiento de las aguas subterráneas de acuíferos calcáreos plantea el problema de saber si varios manantiales de una localidad dada forman parte de un mismo sistema. El 01EA ha estudiado un problema de este tipo en Creta. Al oeste de Heraklion se encuentra el manantial de Almyros, parcialmente salino durante la época de bajo caudal debido a la penetración de agua del mar. Se efectuaron varias perforaciones de ensayo en la región a fin de hallar nuevos recursos hídricos para el abastecimiento de la zona industrial. El agua de las perforaciones era también parcialmente salina y se planteó la cuestión de saber si las aguas de dichos pozos de ensayo procedían del mismo sistema de agua dulce que alimenta al manantial de Almyros.

En el caso de este último manantial, el aumento de la salinidad va acompañado por un mayor contenido en oxígeno-18, que es exactamente lo que cabe esperar cuando se trata de mezclas de proporciones variables de agua dulce y agua del mar. Las muestras procedentes de las perforaciones no revelaron ninguna variación importante del contenido en oxígeno-18 que correspondiese a la variación de la salinidad. Este hecho se consideró prueba de que la salinidad del agua de las perforaciones se debía a la mezcla de agua dulce y de agua salina procedente del manantial. También ha venido a poner de manifiesto que el agua dulce

(obtenida de esos pozos no es la misma que la que alimenta al manantial de Almyros, que se recarga a mayor altitud.

Islas Canarias. (España). El OIEA ha efectuado mediciones isotópicas de las aguas sub­terráneas dentro del marco de un estudio UNESCO/PNUD sobre los recursos hídricos de las Islas Canarias. En Gran Canaria se observó un contenido significativo de tritio en las aguas subterráneas de la parte central de la isla, indicación de su origen reciente. En Tenerife, la mayor parte del agua aprovechada no presentaba ningún contenido significativo de este elemento, lo que permite suponer que su origen es anterior a 1952.

República de Corea. Se ha empleado el análisis del tritio y de isótopos estables en Cheju — una isla volcánica — para determinar la época y lugar de recarga de las aguas subterráneas la naturaleza de la mezcla de aguas de distintos recursos subterráneos, así como para calcular su tiempo de residencia. Partiendo de un muestreo preliminar de las aguas de 14 manantiales, ocho pozos y dos corrientes en diversas partes de la isla, se eligieron nueve puntos para su muestreo periódico. Todas las aguas muestreadas contenían cantidades apreciables de tritio de origen termonuclear, prueba de una rápida circulación en los distintos sistemas de aguas subterráneas. Basándose en su contenido en tritio y en su composición en isótopos estables se han clasificado las aguas conforme a diversos regímenes de flujo.

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