El sistema acuífero de Florida , compuesto por los acuíferos superior e inferior de Florida, es una secuencia de rocas carbonatadas del Paleógeno que abarca un área de aproximadamente 100.000 millas cuadradas (260.000 km 2 ) en el sureste de los Estados Unidos. Se encuentra debajo de todo el estado de Florida y partes de Alabama , Georgia , Mississippi y Carolina del Sur . [1]
El sistema acuífero de Florida es uno de los acuíferos más productivos del mundo [2] y suministra agua potable a casi 10 millones de personas. [3] Según el Servicio Geológico de los Estados Unidos , las extracciones totales del sistema acuífero de Florida en 2000 ocuparon el quinto lugar entre todos los acuíferos principales del país, con 3640 millones de galones por día (Mgal/d) (13,8 millones de m 3 /d; 11 200 acre⋅ft/d). [4] Del total, el 49% (1.949 Mgal/d; 7,38 millones de m 3 /d; 5.980 acre⋅ft/d) se utilizó para riego, el 33% (1.329 Mgal/d; 5,03 millones de m 3 /d; 4.080 acre⋅ft/d) se utilizó para suministro público de agua , el 14% (576 Mgal/d, 2,18 millones de m 3 /d; 1.770 acre⋅ft/d) se utilizó para fines industriales y el 4% fueron extracciones de autoabastecimiento doméstico. El sistema acuífero de Florida es la principal fuente de agua potable para la mayoría de las ciudades del centro y norte de Florida, así como del este y sur de Georgia, incluidas Brunswick, Savannah y Valdosta. [3]
En 1936, el geólogo Victor Timothy (VT) Stringfield identificó por primera vez la existencia del acuífero Floridan en la península de Florida y se refirió a las unidades carbonatadas como las "formaciones artesianas principales". [5] En 1944, MA Warren del Servicio Geológico de Georgia describió una extensión de este sistema en el sur de Georgia y aplicó el término " acuífero artesiano principal " a las unidades carbonatadas involucradas. [6] En 1953 y 1966, Stringfield también aplicó el término "acuífero artesiano principal" a estas rocas. [7] [8] En 1955, Garald G. Parker notó las similitudes hidrológicas y litológicas de las formaciones carbonatadas terciarias en el sureste de Florida, concluyó que representaban una sola unidad hidrológica y denominó a esa unidad "acuífero Floridan". [9] Con la recopilación de información adicional, se han identificado más zonas de conductividad hidráulica alta y baja. Como resultado, el nombre Acuífero de Florida ha evolucionado a "sistema acuífero de Florida", que contiene los acuíferos de Florida Superior e Inferior. [10]
Las extracciones del sistema acuífero de Florida comenzaron en 1887, cuando la ciudad de Savannah, Georgia , comenzó a complementar las extracciones de agua superficial del río Savannah con agua subterránea. En ese momento, las cabezas artesianas en el sistema estaban a 40 pies (12 m) sobre la superficie de la tierra y no se necesitaban bombas; para 1898, se estimó que se habían terminado entre 200 y 300 pozos en el sur de Georgia, y para 1943, se habían completado alrededor de 3500 pozos en los seis condados costeros de Georgia. Alrededor de 1910-1912, el desarrollo del sistema acuífero de Florida ya se había producido en Fernandina y Jacksonville y al sur a lo largo de la costa este de Florida, así como desde Tampa al sur hasta Fort Myers en la costa oeste. Con el tiempo, el número de pozos aumentó, al igual que las profundidades terminadas, a medida que aumentaba la demanda. El suministro industrial para las fábricas de pulpa y papel se convirtió en una gran proporción del agua extraída a partir de fines de la década de 1930. En la década de 1950, todo el suministro municipal, doméstico e industrial (excepto el de refrigeración) y aproximadamente la mitad del suministro agrícola en Orlando, Florida, se habían convertido en agua subterránea del sistema acuífero de Florida. Las extracciones de agua subterránea del sistema acuífero de Florida aumentaron de manera constante de 630 Mgal/d (2,4 millones de m3 / d; 1.900 acre⋅ft/d) en 1950 a 3.430 Mgal/d (13,0 millones de m3 / d; 10.500 acre⋅ft/d) en 1990. Los permisos y las reglamentaciones promulgadas durante la década de 1990 redujeron los aumentos interanuales de la extracción; Sin embargo, las extracciones en 2000 aumentaron a 4.020 Mgal/d (15,2 millones de m 3 /d; 12.300 acre⋅ft/d) debido a las condiciones de sequía extrema entre 1999 y 2001 que prevalecieron en gran parte del sudeste de los Estados Unidos. Gran parte del aumento se debió a una mayor demanda agrícola. [1] [3] [11]
El sistema acuífero de Floridan abarca un área de aproximadamente 100.000 millas cuadradas (260.000 km 2 ) en el sureste de los Estados Unidos y se encuentra debajo de toda Florida y partes del sur de Alabama, el sureste de Georgia y el sur de Carolina del Sur. [1] El acuífero superior de Floridan contiene agua dulce en gran parte de su extensión, aunque es salobre y salino al sur del lago Okeechobee. [2]
El sistema acuífero de Florida aflora en el centro y sur de Georgia, donde la piedra caliza y sus subproductos meteorizados están presentes en la superficie terrestre. El sistema acuífero generalmente se hunde por debajo de la superficie terrestre hacia el sur, donde queda enterrado bajo depósitos superficiales de arena y arcilla. En las áreas representadas en marrón en la imagen de la derecha, el sistema acuífero de Florida aflora y vuelve a quedar expuesto en la superficie terrestre. Estas regiones son particularmente propensas a la actividad de sumideros debido a la proximidad del acuífero de piedra caliza karstificada a la superficie terrestre. [12] [13] [14] [15] Algunas de las fracturas/conductos dentro del acuífero son lo suficientemente grandes como para que los buceadores puedan nadar a través de ellos. [16] [17]
Las rocas carbonatadas que forman el sistema acuífero de Florida son de finales del Paleoceno a principios del Oligoceno y están recubiertas por arcillas de baja permeabilidad de la era del Mioceno (unidad de confinamiento superior) y arenas superficiales de la era del Plioceno y el Holoceno (sistema acuífero superficial ). En el centro-oeste de Florida, el norte de Florida y a lo largo del margen ascendente del sistema, la piedra caliza aflora y el sistema acuífero no está confinado. Donde las arcillas de baja permeabilidad de la unidad de confinamiento superior están presentes y son sustanciales, el sistema está confinado y el agua subterránea está contenida bajo presión. La unidad de confinamiento superior es particularmente gruesa en la costa de Georgia y el sur de Florida; la fuga descendente de agua a través de la unidad de confinamiento superior en estas áreas es mínima y el sistema acuífero de Florida está densamente confinado. Las rocas calizas de baja permeabilidad de la era del Paleoceno (por ejemplo, la Formación Cedar Keys) forman la base del sistema acuífero de Florida. El sistema acuífero de Florida tiene un espesor que va desde menos de 30 m (100 pies) en áreas de inclinación superior donde las rocas se estrechan hasta más de 1100 m (3700 pies) en el suroeste de Florida. [10] La recarga, el flujo y la descarga natural en el sistema acuífero de Florida están controlados en gran medida por el grado de confinamiento proporcionado por las unidades de confinamiento superiores, la interacción de arroyos y ríos con el acuífero en sus áreas no confinadas y la interacción entre agua dulce y salina a lo largo de las costas. [10] [19]
En los lugares donde el sistema acuífero de Florida se encuentra en la superficie terrestre o cerca de ella (áreas sombreadas en marrón en la imagen de arriba), las arcillas son delgadas o están ausentes y la disolución de la piedra caliza se intensifica y se observan muchos manantiales y sumideros. La transmisividad del acuífero en áreas cársticas como estas es mucho mayor debido al desarrollo de conductos grandes y bien conectados dentro de la roca (ver imagen a la derecha). Los manantiales se forman donde la presión del agua es lo suficientemente grande como para que el agua subterránea fluya hacia la superficie de la tierra. Se han cartografiado más de 700 manantiales en Florida. [20] Wakulla Springs en el condado de Wakulla es uno de los principales desagües del acuífero con un caudal de 200 a 300 millones de galones estadounidenses (0,76 a 1,14 millones de metros cúbicos; 610 a 920 acres-pies) de agua por día. El 11 de abril de 1973 se registró un caudal máximo récord en la primavera, cuando se midieron 14.324 galones estadounidenses (54,22 m3 ) por segundo, lo que equivale a 1.240 millones de galones estadounidenses (4,68 millones de m3 ; 3.800 acres⋅ft) por día.
El sistema acuífero de Florida está compuesto por dos acuíferos principales : el acuífero superior de Florida y el acuífero inferior de Florida. Estos acuíferos están separados por sedimentos que van desde arcillas de baja permeabilidad en el Panhandle (arcilla de Bucatunna) y dolomías de baja permeabilidad y anhidrita yesífera en el centro-oeste de Florida hasta calizas permeables a lo largo de la costa este de Florida y en otros lugares. Cuando estos sedimentos y rocas intermedios son permeables, los acuíferos superior e inferior de Florida se comportan como una sola unidad. Por el contrario, cuando los sedimentos intermedios son menos permeables, hay menos conexión hidráulica entre los acuíferos superior e inferior de Florida.
El acuífero superior de Florida es la principal fuente de agua extraída del sistema acuífero de Florida debido a los altos rendimientos y la proximidad a la superficie terrestre. El agua subterránea en el acuífero superior de Florida es dulce en la mayoría de las áreas, aunque localmente puede ser salobre o salina, particularmente en áreas costeras con problemas de intrusión de agua salada y en el sur de Florida. El acuífero superior de Florida incluye las zonas permeables más superficiales o superficiales del sistema acuífero de Florida. En la mitad norte del área de estudio, este acuífero se comporta como una sola unidad hidrogeológica y no está diferenciado. En la mitad sur del área de estudio, que incluye la mayor parte del centro y sur de Florida, el acuífero superior de Florida es espeso y se puede diferenciar en tres zonas distintas, a saber, la zona permeable más alta, la zona de menor permeabilidad de Ocala y la zona permeable de Avon Park. [10]
La base del acuífero superior de Floridan está marcada por dos unidades compuestas (ver abajo) y una unidad de confinamiento en la parte media del sistema acuífero de Floridan: la Unidad Compuesta Lisbon-Avon Park o la Unidad Compuesta Middle Avon Park, y la Unidad de Confinamiento de Arcilla Bucatunna. En áreas de inclinación ascendente, la base del acuífero superior de Floridan coincide con la parte superior de las unidades de confinamiento por encima de los acuíferos Claiborne, Lisbon o Gordon, o se encuentra por encima de cualquier lecho de arcilla que marque el límite entre unidades mayoritariamente carbonatadas y mayoritariamente clásticas o MCU numeradas previamente mapeadas de Miller (1986). Si están presentes una o más unidades de evaporita, como la unidad de confinamiento media MCUIII cerca de Valdosta en el centro-sur de Georgia (Miller, 1986) o MCUII en el suroeste de Florida (Miller, 1986), la base del acuífero superior de Floridan coincide con la parte superior de la unidad de evaporita. En las regiones donde no se conoce la presencia de una unidad de permeabilidad inferior diferenciada, la base del Floridano superior se extrapola a lo largo de un horizonte que permite una agrupación estratigráfica de roca permeable en las partes superior o inferior del sistema acuífero. En el sureste de Alabama, el norte de Florida, Georgia y Carolina del Sur, las unidades estratigráficas se agrupan en la Unidad Compuesta Lisbon-Avon Park. En la península de Florida, este horizonte coincide con una o más unidades con o sin evaporita de la Unidad Compuesta Middle Avon Park. En el Panhandle de Florida y el suroeste de Alabama, la base coincide con la parte superior de la Unidad de Confinamiento de Arcilla Bucatunna. [10]
El marco hidrogeológico del sistema acuífero de Florida fue revisado por el Servicio Geológico de Estados Unidos en 2015. [10] La extensión del sistema fue revisada para incluir algunas de las facies clásticas de inclinación ascendente que se gradúan lateralmente hacia el acuífero inferior de Florida y que se han incluido previamente en el sistema acuífero de la llanura costera del sudeste, el sistema acuífero de Florida o ambos. Se propuso un nuevo método para dividir los acuíferos superior e inferior de Florida y se introdujo un nuevo término, "unidad compuesta", para referirse a las unidades litoestratigráficas de roca regionalmente extensas, previamente clasificadas como una de las ocho "Unidades de Confinamiento Medio" por Miller (1986), que se ha encontrado que no son ni confinantes ni permeables en toda su extensión. [10] Se utilizan tres unidades litoestratigráficas regionalmente mapeables para dividir consistentemente el acuífero superior e inferior de Florida en el marco revisado: la Unidad de Confinamiento de Arcilla de Bucatunna, la Unidad Compuesta de Parque Avon Medio y la Unidad Compuesta de Parque Lisboa-Avon. Los acuíferos de Florida Superior e Inferior se comportan como una sola unidad hidrogeológica en áreas donde estas unidades compuestas presentan fugas. [10]
El acuífero inferior de Florida es generalmente menos permeable que el acuífero superior de Florida y el agua producida puede ser altamente mineralizada y/o salina; sin embargo, el acuífero inferior de Florida es agua relativamente dulce hasta la base del sistema en Florida central y en áreas de inclinación ascendente del centro y sur de Georgia y Alabama. [10] [21] Se mapea una nueva zona permeable basal a lo largo de la península de Florida, y ligeramente hacia el sureste de Georgia, que incorpora la zona de Boulder previamente establecida y la zona permeable de Fernandina; esta unidad más extensa se llama zona permeable de Oldsmar. La zona permeable de Oldsmar parece tener una permeabilidad más alta, mucho mayor que las áreas cavernosas de las zonas permeables de Boulder y Fernandina, y contiene agua dulce en el área central de la península. Esta unidad basal extensa en área recientemente delineada que contiene agua dulce puede influir en el movimiento de agua dulce a través de la parte más profunda del sistema acuífero hacia las áreas de descarga. La zona permeable de Oldsmar, que forma parte del acuífero inferior de Floridan, es de interés porque puede ser una fuente alternativa importante de agua donde está confinada (y aislada) debajo del acuífero superior de Floridan y puede ser importante para el movimiento de agua subterránea en alta mar en áreas previamente desconocidas. [10]
Las rocas carbonatadas que componen el sistema acuífero de Florida tienen propiedades hidráulicas muy variables, incluidas la porosidad y la permeabilidad. Se ha informado de transmisividad dentro del sistema acuífero en un rango de más de seis órdenes de magnitud, desde menos de 8 pies cuadrados /día (0,74 m2 / día) hasta más de 9 000 000 pies cuadrados /día (840 000 m2 / día), con la mayoría de los valores en un rango de 10 000 a 100 000 pies cuadrados / día (930–9290 m2 / día). [22] Cuando el acuífero no está confinado o está finamente confinado, el agua que se infiltra disuelve la roca y la transmisividad tiende a ser relativamente alta. Cuando el acuífero está densamente confinado, se produce menos disolución y la transmisividad tiende a ser menor. En el primer mapa regional que muestra la variación de la transmisividad a lo largo del acuífero, Miller (1986) mostró que los valores de transmisividad superan los 250.000 ft2 / d (23.000 m2 / d) donde el sistema acuífero está libre o finamente confinado. En áreas donde el acuífero está densamente confinado, Miller (1986) indicó que la transmisividad más baja estaba relacionada principalmente con cambios de textura y secundariamente con el espesor de las rocas. Se identificó que la caliza micrítica en el sur de Florida y en las áreas de afloramiento de inclinación ascendente tenía una transmisividad mucho más baja que en otras partes del sistema. [10] [18]
Los sumideros son comunes cuando la roca debajo de la superficie terrestre es caliza, roca carbonatada, lechos de sal o rocas que pueden disolverse naturalmente por el agua subterránea que circula a través de ellas. A medida que la roca se disuelve, se desarrollan espacios y cavernas bajo tierra. Si no hay suficiente apoyo para la tierra sobre los espacios, puede ocurrir un colapso repentino de la superficie terrestre. Estos derrumbes pueden ser pequeños o pueden ser enormes y pueden ocurrir donde hay una casa o una carretera encima. [26]
Los sumideros se pueden clasificar en función de los procesos por los cuales se forman: disolución, hundimiento de la cubierta y colapso de la cubierta. La formación de sumideros puede acelerarse por extracciones intensas de agua subterránea durante períodos cortos de tiempo, como las causadas por el bombeo para la protección contra las heladas de los cultivos de invierno en el centro-oeste de Florida. [23] [27] [28] Los sumideros que se desarrollaron debajo de las pilas de yeso en 1994 [29] y 2016 [30] causaron una pérdida de millones de galones de agua mineralizada que contenía fosfoyeso y ácido fosfórico , subproductos de la producción de fertilizantes a partir de roca fosfórica . Estos sumideros probablemente se formaron a partir del colapso de cavidades de disolución preexistentes en la piedra caliza debajo de las pilas. [23] El lago Jackson cerca de Tallahassee, FL ocasionalmente drena en un sumidero en el fondo del lecho del lago cuando bajan los niveles de agua en el acuífero. [31] [32] Se observó que el sumidero de Dover, ubicado a lo largo del río Peace cerca de Bartow, Florida , drenó alrededor de 10 Mgal/d (38 000 m 3 /d) de agua del río Peace durante junio de 2006. [33]
Hay 824 manantiales inventariados en todo el sistema acuífero de Florida, de los cuales 751 se encuentran en Florida, 17 en Alabama y 56 en Georgia. Los manantiales se clasifican según el valor medio de todas las mediciones de descarga disponibles . [1]
En Florida hay 33 manantiales de magnitud 1, entre los que se incluyen los más notables:
En Georgia, solo hay un manantial de magnitud 1, Radium Spring , que ya no fluye durante las condiciones de sequía; también hay seis manantiales de magnitud 2 y cinco de magnitud 3. Los más grandes de los 17 manantiales de Alabama son tres manantiales de magnitud 3; no hay manantiales en Carolina del Sur de magnitud 3 o superior. [1]
Se sabe que existen muchos manantiales en alta mar en el Golfo de México y el Océano Atlántico, sin embargo, la magnitud de la descarga de estos manantiales es en gran parte desconocida. Se estimó que el manantial de Crescent Beach, ubicado aproximadamente a 2,5 millas (4,0 km) de la costa de Crescent Beach, Florida, fluía a una velocidad de hasta 1500 pies cúbicos/s (42 m 3 /s), o 970 millones de galones estadounidenses/día (3,7 millones de m 3 /d; 3000 acre⋅ft/d). [34]
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