Física de la radiación

 

Radioactive hydrogeochemical processes in the Chihuahua-Sacramento Basin, Mexico

 

J.C. Burillo¹, M. Reyes Cortés^1;2, M.E. Montero Cabrera^1;*, I. Reyes², M.S. Espino², M. Rentería-Villalobos¹ and E.F. Herrera Peraza¹

 

¹ Centro de Investigación en Materiales Avanzados, S.C., Miguel de Cervantes 120, Complejo Ind. Chihuahua, Chihuahua, Chih., México * Corresponding author: elena.montero@cimav.edu.mx

² Facultad de Ingeniería, Universidad Autónoma de Chihuahua, Nuevo Campus, Chihuahua, Chih., México.

 

Recibido el 2 de diciembre de 2011;
aceptado el 7 de febrero de 2012

 

Abstract

The Chihuahua Basin is divided by its morphology into three main subbasins: Chihuahua-Sacramento subbasin, Chihuahua Dam subbasin and Chuviscar River subbasin. In the aquifers at the Sacramento subbasin, specific concentrations of uranium in groundwater range from 460 to 1260 Bq / m³. The presence of strata and sandy clay lenses with radiometric anomalies in the NW of Chihuahua Valley was confirmed by a litostatigraphic study and gamma spectrometry measurements of drill cuttings. High uranium activity values found in the water of some deep wells may correspond to the presence of fine material bodies of carbonaceous material, possible forming paleo-sediment of flooding or paleo-soils. It is suggested that these clay horizons are uranyl ion collectors. Uranyl may suffer a reduction process by organic material. Furthermore the groundwater, depending on its pH and Eh, oxidizes and re-dissolves uranium. The hydrogeochemical behavior of San Marcos dam and the NW Valley area is the subject of studies that should help to clarify the origin of the radioactive elements and their relationships with other pollutants in the watershed.

Keywords: uranium; groundwater quality; sediments.

 

Resumen

La cuenca hidrológica de Chihuahua se divide por su geomorfología en tres principales subcuencas: Subcuenca Chihuahua-Sacramento, Subcuenca de la presa Chihuahua y Subcuenca del río Chuvíscar. En los acuíferos de la subcuenca Sacramento, las concentraciones específicas del uranio en agua subterránea fluctúan de 460 a 1260 Bq/m³. Se comprobó la localización de estratos y lentes arcillo-arenosos con anomalías radiométricas en la zona NW del valle Chihuahua, mediante un estudio litoestatigráfico de barrenos y por mediciones de espectrometría gamma. Las anomalías encontradas en el agua de algunos pozos profundos se corresponden con la presencia de cuerpos de material fino areno-arcillosos mezclado con material carbonoso, formando posibles paleo-suelos o paleo-sedimentos de inundación. Se sugiere que estos horizontes areno-arcillosos son recolectores del ion uranilo y hacen que el uranilo sufra un proceso de reducción por el material orgánico. Después el agua subterránea, en dependencia del pH y el Eh, oxida nuevamente y redisuelve el uranio, pasando al agua que se extrae de los pozos. La hidrogeoquímica de la presa de San Marcos y de la zona NW del valle es objeto de estudios que deben contribuir a esclarecer el origen de los elementos radiactivos y sus relaciones con otros contaminantes en la cuenca.

Descriptores: Uranio; calidad del agua subterránea; sedimentos.

 

PACS: 91.67.Pq; 92.40.kc; 92.40.Gc.

 

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Acknowledgments

This work has been partially supported by projects SEP-CONACYT 26040 and Fondos Mixtos CONACYT-Gobierno del Estado de Chihuahua CHIH-2008-C02-91931. We thank JCAS for providing fragments and powder samples from drilling RS 6 well and for water sampling of Chihuahua Valley.

 

References

1. L. Villalba, M. E. Montero-Cabrera, G. Manjon-Collado, L. Colmenero-Sujo, M. Renteria-Villalobos, A. Cano-Jimenez, A. Rodriguez-Pineda, et al., Radiat. Prot. Dosim. 121 (2006) 148.         [ Links ]

2. José Alfredo Rodríguez Pineda, A geochemical, geophysical and remote sensing investigation of the water resources in the city of Chihuahua, Mexico, Thesis in PhD, Geology, University of Texas at El Paso, (2000)        [ Links ]

3. L. Colmenero Sujo, M. E. Montero Cabrera, L. Villalba, M. Renteria Villalobos, E. Torres Moye, M. Garcia Leon, R. Garcia-Tenorio, et al., J. Environ. Radioact. 77 (2004) 205.         [ Links ]

4. L. Villalba, L. Colmenero Sujo, M. E. Montero Cabrera, A. Cano Jimenez, M. Renteria Villalobos, C. J. Delgado Mendoza, L. A. Jurado Tenorio, et al., J. Environ. Radioact. 80 (2005) 139.         [ Links ]

5. M. L. Villalba, L. H. Colmenero-Sujo, M. E. Montero-Cabrera, G. Manjón, R. Chávez-Aguirre, M. Royo-Ochoa, and A. Pinales-Munguía, GEOS 25 (2005) 1.         [ Links ]

6. Marusia Rentería Villalobos, Estudio de la radiactividad natural en la ciudad Aldama, Chihuahua, Thesis in Maestría en Ciencia y Tecnología Ambiental, Medio Ambiente y Energía, Centro de Investigación en Materiales Avanzados, (2003)        [ Links ]

7. M. Rentería Villalobos, M. E. Montero Cabrera, A. Rodríguez Pineda, M. Reyes Cortés, E. F. Herrera Peraza, and M. Valenzuela Hernández, in 2nd International Conference on Radioactivity in the Environment, International Union of Radioecology, Nize, France, 2005.         [ Links ]

8. Manuel Reyes Cortés, Distribución mineralógica de las fuentes primarias de radiactividad en la zona noreste del valle de Chihuahua, Thesis in Maestría en Ciencia de Materiales, Física de Materiales, Centro de Investigación en Materiales Avanzados, (2005)        [ Links ]

9. Consejo de Recursos Minerales CRM, Secretaria de Energía, Minas e Industria Paraestatal, México, 2001.         [ Links ]

10. Secretaría de Salud, Vol. NOM-127-SSA1-1994 (Secretaría de Salud, ed.), Diario Oficial de la Federación, 2000.         [ Links ]

11. Manuel Reyes-Cortés, Luis Fuentes-Cobas, Enrique Torres- Moye, Hilda Esparza-Ponce, and María Montero-Cabrera, Mineralogy and Petrololy 99 (2010) 121.         [ Links ]

12. M. Renteria Villalobos, M. E. Montero Cabrera. M. Reyes Cortes, E. F. Herrera Peraza, A. Rodriguez Pineda, G. Manjon Collado, R. Garcia Tenorio, et al., Rev Mexicana de Física S53 (2007) 16.         [ Links ]

13. M. Reyes-Cortes, M.E. Montero-Cabrera, M. Renteria- Villalobos, L. Fuentes-Montero, L. Fuentes-Cobas, E.F. Herrera-Peraza, H. Esparza-Ponce, et al., Rev Mexicana de Física S53 (2007) 23.         [ Links ]

14. Maxa Yadira Silva Sáenz, Actividad de los isótopos 234U- 238U Y 226Ra en el rio San Marcos-Sacramento Norte, Chihuahua, México, Thesis in Maestría en Ciencia y Tecnología Ambiental, Medio Ambiente y Energía, Centro de Investigación en Materiales Avanzados, (2008)        [ Links ]

15. Marusia Rentería Villalobos, Modelo conceptual de las concentraciones de uranio en agua superficial y subterránea en la zona de San Marcos-Sacramento Thesis in Doctorado en Ciencia y Tecnología Ambiental, Medio Ambiente y Energía, Centro de Investigación en Materiales Avanzados, (2007)        [ Links ]

16. Manuel Reyes Cortés, Caracterización de los minerales de uranio del área de San Marcos, Chihuahua. Influencia hidrogeológica., Thesis in Doctorado en Ciencia de Materiales, Física de Materiales, Centro de Investigación en Materiales Avanzados, (2009)        [ Links ]

17. G. T. Cook, C. J. Passo, Jr., and Brian Carter, in Handbook of Radioactivity Analysis (Michael F. L'Annunciata, ed.), Elsevier Science, New York, USA, 2003.         [ Links ]

18. M. C. Duff, C. Amrhein, P. M. Bertsch, and D. B. Hunter, Geochim. Cosmochim. Acta 61 (1997) 73.         [ Links ]

19. Minerva Valenzuela Hernández, Estudio de la radiactividad de rocas extraídas de pozos de agua profundos, Thesis in Maestro en Ciencia y Tecnología Ambiental, Medio Ambiente y Energía, Centro de Investigación en Materiales Avanzados, S.C., (2006)         [ Links ]

20. I. T. Muminov, A. K. Muhamedov, B. S. Osmanov, A. A. Safarov, and A. N. Safarov, J. Environ. Radioact. 84 (2005) 321.         [ Links ]

21. Y. S. Horowitz, S. Mordechai, and A. Dubi, NucIM 122 (1974) 399.         [ Links ]

22. Martin A. Ludington and Richard G. Helmer, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 446 (2000) 506.         [ Links ]

23. M. Jurado Vargas, A. Fernández Timón, N. Cornejo Díaz, and D. Pérez Sánchez, Appl. Radiat. Isot. 57 (2002) 893.         [ Links ]

24. R. B. Galloway, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 300 (1991) 367.         [ Links ]

25. D. M. Bonotto and T. O. Bueno, Appl. Radiat. Isot. 66 (2008) 1507.         [ Links ]

26. Donald Langmuir, Aqueous Environmental Geochemistry, Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ, USA, 1997.         [ Links ]

27. Merril Eisenbud and Thomas F. Gesell, Environmental Radioactivity, Academic Press, San Diego, CA, 1997.         [ Links ]

28. M. Rentería, M. Silva, M. Reyes, C. G. Méndez, D. Burciaga, E. F. Herrera, and M. E. Montero, in 10 International Conference on the Biogeochemistry of Trace Elements (ICOBTE), Centro de Investigación en Materiales Avanzados, Chihuahua, Mexico, 2009.         [ Links ]

29. Servicio Geológico Mexicano S. G. M., in Cartografía Geológico-Minera y Geoquímica Escala 1:250,000, Servicio Geológico Mexicano, 2009        [ Links ]

30. Donald Langmuir, Geochim. Cosmochim. Acta 42 (1978) 547.         [ Links ]

31. F. Chabaux, J. Riotte, and O. Dequincey, in Uranium Series Geochemistry: Reviews in Mineralogy and Geochemistry Vol. 52 (B. Bourdon, G.M. Henderson, C. C. Lundstrom, and S. P. Turner, eds.), Mineralogical Society of America, 2003, p. 1.         [ Links ]

32. J. K. Osmond and J. B. Cowart, in Uranium Series Disequilibrium. Applications to Earth, Marine, and Environmental Science (M. Ivanovich and R.S. Harmon, eds.), Clarendon Press, Oxford, UK, 1992, p. 290.         [ Links ]

33. J. K. Osmond and M. Ivanovich, in Uranium-series disequilibrium: Applications to Earth, Marine, and Environmental Science (M. Ivanovich and R.S. Harmon, eds.), Clarendon Press, Oxford, UK, 1992, p. 259.         [ Links ]

34. J. K. Osmond, J. B. Cowart, and M. Ivanovich, The International Journal of Applied Radiation and Isotopes 34 (1983) 283.         [ Links ]

35. A. Tricca, D. Porcelli, and G. Wasserburg, Journal of Earth System Science 109 (2000) 95.         [ Links ]

36. Sally A. Copenhaver, S. Krishnaswami, Karl K. Turekian, Nathan Epler, and J. K. Cochran, Geochim. Cosmochim. Acta 57 (1993) 597.         [ Links ]

37. Shangde Luo, Teh-Lung Ku, Robert Roback, Michael Murrell, and Travis L. McLing, Geochim. Cosmochim. Acta 64 (2000) 867.         [ Links ]

38. A. Tricca, G. J. Wasserburg, D. Porcelli, and M. Baskaran, Geochim. Cosmochim. Acta 65 (2001) 1187.         [ Links ]

39. Kunihiko Kigoshi, Science 173 (1971) 47.         [ Links ]

40. Robert L. Fleischer, Science 207 (1980) 979.         [ Links ]

41. N. G. Chernorukov, E. V. Suleimanov, A. V. Knyazev, and M. I. Alimzhanov, Russian Journal of Inorganic Chemistry 44 (1999) 1347.         [ Links ]

42. N. V. Karyakin, N. G. Chernorukov, E. V. Suleimanov, M. I. Alimzhanov, V. L. Trostin, and A. V. Knyazev, RUSSIAN JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY C/C OF ZHURNAL FIZICHESKOI KHIMII 74 (2000) 1226.         [ Links ]

43. N. V. Karyakin, N. G. Chernorukov, E. V. Suleimanov, and M. I. Alimzhanov, Russ. J. Gen. Chem. 71 (2001) 1333.         [ Links ]

44. N. V. Karyakin, N. G. Chernorukov, E. V. Suleimanov, and M. I. Alimzhanov, Radiochemistry 45 (2003) 457.         [ Links ]

45. Paul B. Barton, Am. Mineral. 43 (1958) 799.         [ Links ]

46. Daniel E. Appleman and Jr. Evans, Howard T. , Am. Mineral. 50 (1965) 825.         [ Links ]

47. F. Abraham, C. Dion, and M. Saadi, J. Mater. Chem. 3 (1993) 459.         [ Links ]

48. Kia S. Wallwork, Michael James, and Melody L. Carter, Can. Mineral. 44 (2006) 433.         [ Links ]

49. K. Murray Matthews, Chang-Kyu Kim, and Paul Martin, Appl. Radiat. Isot. 65 (2007) 267.         [ Links ]

50. Rafael García-Tenorio García-Balmaseda, Estudios sobre el método de fechado por 210Pb y su aplicación a sedimentos, Thesis in Doctor (Ph D), Física Atómica, Molecular y Nuclear, Universidad de Sevilla, (1986)        [ Links ]

51. E. G. San Miguel, J. P. Bolívar, R. García-Tenorio, and J. E. Martín, Environ. Pollut. 112 (2001) 361.         [ Links ]