prospección geotérmica sostenible en terrenos de
TRANSCRIPT
UNIVERSIDAD ESTATAL A DISTANCIA VICERRECTORÍA ACADÉMICA
ESCUELA DE CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES MAESTRÍA EN MANEJO DE RECURSOS NATURALES CON ENFÁSIS EN
GESTIÓN AMBIENTAL
Prospección geotérmica sostenible en terrenos de inceptisoles y entisoles
del Proyecto Geotérmico Las Pailas, volcán Rincónde la Vieja, Costa Rica
Tesis presentada al Tribunal Examinador del Programa de Maestría de Manejo de Recursos Naturales de la Escuela de Ciencias Exactas y Naturales para optar por
el grado de Magister Scientiae
Edward Charles Hakanson Gregory
San José, Costa Rica 2013
Prospección geotérmica sostenible en terrenos de inceptisoles y entisoles del
Proyecto Geotérmico Las Pailas, volcán Rincón de la Vieja, Costa Rica
Edward Charles Hakanson Gregory
Maestría en el Manejo de los Recursos Naturales
con Mención en Gestión Ambiental
Universidad Estatal a Distancia
Costa Rica
AGRADECIMIENTOS
Agradezco primero a Dios por haberme dado la oportunidad, la inteligencia, y la
perseverancia necesaria para llevar a cabo el presente trabajo.
A mi esposa Mayra y mis tres hijos, Austin, Emily y Ariana, quienes durante este tiempo
me han apoyado enormemente durante mis giras al campo y la redacción de esta tesis,
además en la revisión de la misma.
Gracias a la Universidad Estatal a Distancia por ofrecer la Maestría en el Manejo de los
Recursos Naturales a modalidad de distancia, lo cual me ha permitido a mí y a otros la
oportunidad de superarnos académicamente cuando las condiciones laborales no
permiten llevar una Maestría presencial.
Gracias a mi comité de tesis: Wagner Peña Cordero, PhD., Dr. Alfredo Mainieri Protti,
Lolita Campos, PhD.,y Milena Berrocal Vargas, PhD.,por revisar este documento y realizar
además de correcciones de índole ortográficas y gramaticales, también sugerencias que
han fomentado el valor académico y científico de este documento. Al Sr. Henry Rivera
Morales del Colegio de Licenciados y Profesores por la revisión filológica de esta tesis y a
la Sra.Lidia Azofeifa por coordinar dicha revisión. Adicionalmente, agradezco a la Maestra
Gabriela Jones por ayudarme a retomar esta tesis durante un momento difícil y a la
Maestra Zaidett Barrientos Llosa por sus muchos comentarios y mejoras, principalmente
en el ámbito del análisis estadístico realizado y de los análisis estadísticos que faltaban,
además de la organización de esta tesis académica. A los Maestros Victor Hugo Méndez
Estrada y HectorMiguel Brenes Soto, por revisar esta tesis y realizar sugerencias y
aportes invaluables.
DEDICATORIA
Dedico el presente trabajo a mi esposa y tres hijos. Los amo con todo mi corazón. Todo el
esfuerzo que involucró la actualización de este trabajo lo hice para que puedan tener un
mejor futuro. Gracias, y que Dios les bendiga siempre.
ÍNDICE DE CONTENIDO
RESUMEN ........................................................................................................................ 1 ABSTRACT ....................................................................................................................... 2 1 MARCO TEÓRICO ........................................................................................................ 3 1.1 La temperatura del suelo ........................................................................................ 5 1.1.1 Propiedades termo-dinámicas y físicas del suelo ............................................. 7 1.1.2 Variables ambientales .................................................................................... 11 1.2 Tipo de suelo ........................................................................................................ 15 1.3 Uso del suelo ........................................................................................................ 16 1.4 Marco Geológico .................................................................................................. 19 1.5 Estado actual del uso del suelo ............................................................................ 24 2 INTRODUCCIÓN ........................................................................................................ 26 2.1 El Proyecto Geotérmico Las Pailas ...................................................................... 27 2.1.1 La Geotermia en Costa Rica .......................................................................... 27 2.1.2 Aspectos Legales de la Geotermia en Costa Rica ......................................... 29 2.1.3 Aspectos Legales de los Parques Nacionales de Costa Rica ........................ 30 2.1.4 Estudios Ambientales Realizados .................................................................. 30 2.1.5 Prospección Geotérmica Tradicional en el Campo Geotérmico Las Pailas .... 30 2.1.6 Estudios Previos Relacionados con la Medición de la Temperatura del
Subsuelo Para la Prospección Geotérmica .................................................... 32 2.2 Hipótesis .............................................................................................................. 33 2.3 Objetivo General .................................................................................................. 34 2.3.1 Objetivos Específicos .................................................................................... 34 3 MATERIALES Y MÉTODOS ....................................................................................... 35 3.1 Área de Estudio .................................................................................................... 35 3.2 Ubicación de los puntos de observación ............................................................... 38 3.3 Trabajo Realizado ................................................................................................ 39 4 RESULTADOS ............................................................................................................ 42 4.1 Temperatura media en los entisoles ..................................................................... 52 4.2 Temperatura media en los inceptisoles ................................................................ 55 4.3 Comportamiento de la onda térmica anual en los entisoles e inceptisoles ............ 56 4.4 Regresión lineal múltiple de los datos de la temperatura del subsuelo en los
inceptisoles .......................................................................................................... 59 4.5 Distribución geográfica de la temperatura del subsuelo en los inceptisoles .......... 61 5 DISCUSIÓN ................................................................................................................ 63 6 CONCLUSIONES ....................................................................................................... 65 7 RECOMENDACIONES ............................................................................................... 68 8 COMENTARIOS FINALES .......................................................................................... 71 9 COMUNICACIONES PERSONALES .......................................................................... 75
10 REFERENCIAS CITADAS ........................................................................................ 76 11 ANEXOS .................................................................................................................. 83
ÍNDICE DE CUADROS
Cuadro 1. Fases de exploración en el desarrollo de un proyecto geotérmico ................... 3 Cuadro 2. Tamices utilizados para la separación de granos según su diámetro en
milímetros y tamaño Ø ..................................................................................... 9 Cuadro 3. Tipos de suelo y su densidad aparente.......................................................... 11 Cuadro 4. Órdenes de suelo en el área de estudio ........................................................ 15 Cuadro 5. Unidades geológicas en el área de estudio ................................................... 21 Cuadro 6. Diez países de mayor aprovechamiento de la energía geotérmica según
uso para el año 2004 ..................................................................................... 26 Cuadro 7. Prueba Kruskal-Wallis para determinar la equivalencia de medias de la
temperatura media anual del subsuelo en los entisoles e inceptisoles .......... 42 Cuadro 8. Datos generales de los puntos de observación .............................................. 44 Cuadro 9. Análisis descriptivo de la temperatura media anual del subsuelo y del
aire en los entisoles ....................................................................................... 49 Cuadro 10. Coeficientes de correlación de Spearman para las variables ambientales
de intervalo respecto a la temperatura media anual del subsuelo en los entisoles ........................................................................................................ 50
Cuadro 11. Análisis descriptivo de la temperatura media anual del subsuelo y del aire en los inceptisoles ......................................................................................... 52 Cuadro 12. Coeficientes de correlación de Spearman para las variables ambientales
de intervalo respecto a la temperatura media anual del subsuelo en los inceptisoles .................................................................................................... 53
Cuadro 13. Resumen de los datos estadísticos generales de la temperatura del subsuelo en el área de estudio ...................................................................... 55 Cuadro 14. Datos generales de la temperatura media del subsuelo en los entisoles e
inceptisoles durante los cuatro periodos de medición .................................... 56 Cuadro 15. Determinación del valor p para la oscilación de la temperatura del subsuelo
durante los cuatro periodos de medición ....................................................... 57 Cuadro 16. Determinación del valor p para las correlaciones lineales entre la temperatura del subsuelo de los entisoles (N=19) y los inceptisoles (N=37)
respecto a la elevación en los cuatro periodos de medición .......................... 59 Cuadro 17. Variables utilizadas en la regresión lineal múltiple de la temperatura
media de los inceptisoles ............................................................................... 59
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Gráfico triangular utilizado para determinar la clasificación textural del suelo .............................................................................................................. 10
Figura 2. Oscilación teórica de la onda térmica del aire y del suelo a diferentesprofundidades (sistema temperatura-tiempo). ................................ 13
Figura 3. Cambio de la temperatura del suelo en función de la profundidad(sistematemperatura-profundidad). ............................................. 13
Figura 4. Tipos de suelo en el área de estudio ............................................................. 16 Figura 5. Mapa de usos de suelo en el área de estudio ................................................ 18 Figura 6. Ubicación del área de estudio con respecto a la caldera de Cañas Dulces y el complejo volcánico Rincón de la Vieja .................................................... 19 Figura 7. Mapa Geológico del área de estudio ............................................................. 21 Figura 8. Imagen satelital del área de estudio .............................................................. 24 Figura 9. Usos del suelo (reclasificación de la imagen satelital de la Misión CARTA05) ..................................................................................................... 25 Figura 10. Provincias Geotérmicas en Costa Rica .......................................................... 29 Figura 11. Desarrollo Geotérmico Las Pailas .................................................................. 31 Figura 12. Mapa de ubicación geográfica ....................................................................... 35 Figura 13. Ubicación Política del área de estudio ........................................................... 36 Figura 14. Esquema de la ubicación geográfica del área de estudio y sus
ecosistemas................................................................................................... 37 Figura 15. Mapa de localización de los 56 puntos de observación ................................. 38 Figura 16.Puntos de observación y distribución de los tipos de suelo en el área de
estudio (N=56) ............................................................................................... 43 Figura 17. Clasificación textural del subsuelo (N = 48) ................................................... 48 Figura 18. Temperatura media anual del subsuelo en los entisoles y del aire en el
área de estudio a diferentes elevaciones ....................................................... 50 Figura 19. Temperatura media anual del subsuelo en los inceptisoles y del aire en
el área de estudio a diferentes elevaciones ................................................... 53 Figura 20. Oscilación de la temperatura media del subsuelo en los entisoles (N=19)
e inceptisoles (N=37) en el área de estudio durante el año ........................... 56 Figura 21. Regresiones lineales de la temperatura del subsuelo en los entisoles
(N=19) e inceptisoles (N=37) durante el año ................................................. 58 Figura 22. Pronóstico de la temperatura media anual del subsuelo calculado a partir
de una regresión múltiple de los datos estadísticamente significativos en los inceptisoles .............................................................................................. 60
Figura 23. Residuales estándares de la temperatura media anual del subsuelo calculado a partir de una regresión múltiple de los datos estadísticamente significativos en los inceptisoles ......................................... 61
Figura 24. Distribución espacial de la temperatura del subsuelo en los inceptisoles durante el periodo del 20 de junio de 2008 al 6 de setiembre de 2009 .......... 62
1
PROSPECCIÓN GEOTÉRMICA SOSTENIBLE EN TERRENOS DE INCEPTISOLES Y
ENTISOLES DEL PROYECTO GEOTÉRMICO LAS PAILAS, VOLCÁN RINCÓN DE LA
VIEJA, COSTA RICA
Edward Charles Hakanson Gregory Maestría en el Manejo de los Recursos Naturales
Universidad Estatal a Distancia [email protected]
RESUMEN
La prospección geotérmica en Costa Rica a través de metodologías sencillas y sostenibles es
necesaria debido al incremento en el consumo de combustibles fósiles para sufragar la
creciente demanda energética en el país, y también para la minimización del impacto ambiental
de la prospección de recursos naturales para la generación eléctrica.Adicionalmente, la
geotermia es una de las tantas fuentes energéticas limpias que Costa Rica tiene potencial para
explotar.Es por ello que se plantea el análisis del perfil de la temperatura del subsuelo y del aire
para la prospección geotérmica. Se midió periódicamente la temperatura en los inceptisoles
hipertérmicos a iso-hipertérmicos y entisoles iso-hipertérmicos, en 56perforaciones de entre 23
y 167 cm de profundidad y equidistantes un kilómetro, en un área de aproximadamente 3200
Ha, con elevaciones comprendidas entre 422 y 1291 m.s.n.m., en la falda sur del complejo
volcánico Rincón de la Vieja (Guanacaste, Costa Rica). Estopara obtener una línea base de
temperatura media anual del subsuelo (TMAS) y determinar su efectividad como herramienta
para la prospección geotérmica en el área de estudio.La temperatura media anual poblacional
del subsuelo es de 296,62 ± 1,71°K, y análisis estadísticos no paramétricos muestran que la
temperatura media en los inceptisoles es significativamente menor que en los entisoles. En
función de la elevación, la temperatura del aire, las coordenadas geográficas, el uso del suelo,
y el sustrato geológico,la TMAS de los inceptisoles se relaciona significativamente.
Residuosaltos de la temperatura media anual del subsuelo entre las cotas 750 y 850 m.s.n.m.,
sugieren una posible anomalía térmica en los inceptisoles según la regresión lineal múltiple
correspondiente:
𝑦 = 195,57 − 0,005𝑥1 + 0,216𝑥2 + 1,288 × 10−4𝑥3 + (0,129… 1,473)𝑥4 + −0,007…0,667 𝑥5 + 𝜀
Palabras Clave
Temperatura del suelo, usos del suelo, Proyecto Geotérmico Las Pailas, Parque Nacional
Rincón de la Vieja, inceptisoles, entisoles
2
ABSTRACT
Geothermal prospection in Costa Rica using simple and sustainable methods is necessary due
to the increase in fossil fuel consumption to meet the growing energy demand, and also to
minimize the environmental impact of natural resource prospection for electricity generation.
Geothermal energy is one of the many sources of clean energy that Costa Rica has the potential
to exploit.For this reason, an analysis of subsoil and air temperature profiles is proposed for
geothermal prospection. Subsoil temperatures were measured, in hyperthermal to iso-
hyperthermal inceptisols and iso-hyperthermal entisols at 56 access holes drilled to between 23
and 167 centimeters depth at equidistant locations every kilometer in an area of approximately
3200 Habetween 422 and 1291 meters above sea level on the southern flank of the Rincón de
la Vieja volcanic complex in Guanacaste, Costa Rica.A systematic methodology is implemented
to obtain a baseline value of the mean annual soil temperature and determine its effectiveness
as a tool for geothermal prospection in the selected field area. The mean annual soil
temperatureis 296,62°K ± 1,71°K, and the subsoil temperature of the inceptisols is significantly
less than that of the entisols. Non parametric statistical analyses show that themean annual
subsoil temperaturein inceptisols changes significantly in function of the elevation, air
temperature, land use practices, and geological formation.High mean annual subsoil
temperature residuals observed between 750 and 850 m.a.s.l. suggesta possible soil thermal
anomaly in the inceptisols according to the corresponding linear multiple regression:
𝑦 = 195,57 − 0,005𝑥1 + 0,216𝑥2 + 1,288 × 10−4𝑥3 + (0,129…1,473)𝑥4 + −0,007…0,667 𝑥5 + 𝜀
Keywords
Subsoil temperature, land use, Las Pailas Geothermal Project, Rincón de la Vieja National Park,
inceptisoles, entioles.
3
1 MARCO TEÓRICO
La prospección geotérmica adquiere relevancia al considerar factores tales como: 1)
fuentes de energía limpias; 2) recursos energéticos renovables y 3) la generación de
electricidad de carga base. Lo anterior se traduce naturalmente en disminuir el efecto de
la contaminación atmosférica a causa de la combustión de hidrocarburos. Por eso, la
prospección geotérmica es un tema de importancia para la obtención de nuevas fuentes
de energía, máxime que en la actualidad los recursos naturales para su obtención son
cada vez más escasos.
Geothermex & Harvey Consultants, Ltd. (2013) presentan siete fases del desarrollo
geotérmico de las cuales las actividades de exploración se resumen en dos fases (cuadro
1).
Cuadro 1. Fases de exploración en el desarrollo de un proyecto geotérmico.
Fase Actividad (ordenado de menor a mayor impacto ambiental, costo y riesgo)
Fase 2: Exploración Levantamiento geológico y geoquímico
Levantamiento geofísico (resistividad, gravimetría, magnetometría)
Perforaciones de gradiente (300-500 m) Fase 3: Pozos exploratorios Primeros pozos profundos (1500-3000 m)
Fuente: Geothermex & Harvey Consultants Ltd., 2013
La prospección geotérmica es importante porque permite localizaryacimientos
geotérmicos de alta entalpía, los cuales tienen la capacidad de suministrar energía limpia,
renovable y sostenible desde la perspectiva ambiental para la generación de electricidad.
Los recursos geotérmicos de alta entalpía son una fuente energética autóctona de carga
base, lo que significa una constante producción de electricidad (24 horas al día y siete
días a la semana) con una capacidad de carga igual o mayor a 90%sin importar las
condiciones climáticas (Geothermal Energy Associacion, 2012). Lo anterior permite
independencia de la importación y combustión de hidrocarburos para la generación de
electricidad. Además, de las fuentes de alta entalpía, los recursos geotérmicos de media y
baja entalpía son utilizados para usos directos como el secado de frutas, granos,
madera;criaderos de peces, construcción de balnearios y la operación de
intercambiadores de calor para el aire acondicionado y la calefacción.
Como toda operación de la prospección para fuentes energéticas, la geotérmica también
tiene impactos ambientales, tanto permanentes como temporales. Algunos de los
4
impactos permanentes son la construcción de plataformas de perforación y la habilitación
de vías de acceso a dichas plataformas.
Algunos de los impactos temporales son la generación de ruido durante el proceso de
perforación y el impacto visual de las torres de las máquinas perforadoras utilizadas para
la perforación profunda, cuya altura oscila entre 30 y 45 m dependiendo de la capacidad
de las mismas. Las máquinas utilizadas para la perforación de pozos de gradiente son de
muy bajo perfil, con una altura que oscila entre 6 y 8 metros y, por tanto, tienen un menor
impacto visual y generan menos ruido. La construcción de un pozo profundose realiza en
tres a cuatro etapas de diferentes diámetros y conlleva un mínimo de 46 +/- 5,5
días(Sverrir, T. & Sveinbjornsson, B., 2012; Marbun, et al., 2013) dependiendo del tipo de
litología atravesada.La perforación de un pozo de gradiente teóricamente se puede
completar en uno o dos semanas(Waibel, A., 2003). Actividades tales como la ganadería,
la agricultura y el turismo son compatibles con la prospección geotérmica, porque pueden
llevarse a cabo normalmente al mismo tiempo.
La medición de la temperatura somera del subsuelo y la localización de anomalías de alta
temperatura al nivel del subsuelo son métodos no tradicionales de la exploración
geotérmica que han sido utilizadosexitosamente en otras partes del mundo
(principalmente en lugares desérticos) para la prospección geotérmica (Coolbaugh, et al.,
2006a, 2006b, 2007, 2011), además de delimitar fallas geológicas que permiten el
ascenso de calor hacia la superficie.Por lo anterior, es necesario poner a prueba la
efectividad de estos métodos, para la prospección geotérmica en el bosque húmedo
tropical y premontano de Costa Rica, donde prevalecen diferentes usos de suelo y tipos
de sustrato geológico (Chavarría, et al., 2006; Instituto Tecnológico de Costa Rica, 2008).
Esto para determinar los patrones del flujo de calor de origen profundo, posiblemente
relacionados con el yacimiento geotérmico que abastece al Campo Geotérmico Las Pailas
y así localizar sitios idóneos para las perforaciones de gradiente. Consecuentemente,
reducir la cantidad de ellas necesarias previo a la construcción de plataformas y vías de
acceso hacia las perforaciones profundas, al igual que posiblemente localizar fallas
geológicas que transmiten calor hacia la superficie. También podría ser una forma de
conocer la distribución del flujo de calor en áreas protegidas y de protección absoluta, al
constituir una forma de investigación compatible con el manejo de los Parques Nacionales
y Áreas Protegidas.
5
1.1 La Temperatura del Suelo
La temperatura del suelo depende de múltiples variables, tales como el régimen térmico
del suelo, propiedades termo-dinámicas y variables ambientales. Por tanto, se presenta
una breve explicación de estas variables a sabiendas de que podría haber una variación
en la temperatura del subsuelo en función de ellas, pero con la salvedad de que una
anomalía térmica sería manifestada por una temperatura del subsuelo significativamente
más alta causada por un fenómeno que no obedece a las mismas.
Si la temperatura del subsuelo excede significativamente el régimen térmico local, podría
tratarse de una anomalía térmica, de manera que se hace imprescindible determinarlo
previo a la identificación de anomalías térmicas. Para lo anterior, se debe realizar una
serie de medidas de la temperatura del subsuelo a 50 cm de profundidad, para determinar
la temperatura media anual del subsuelo (TMAS). Se pueden presentar las siguientes
clases de temperatura con base en la TMAS: 1) cryico (TMAS < 8 ºC, sin congelarse); 2)
frígido (TMAS < 8 ºC pero mayor a Cryico); 3) mésico (TMAS > 8 ºC y < 15 ºC); 4)
térmico (TMAS > 15 ºC y < 22 ºC); o 5) hipertérmico (TMAS > 22 ºC). El prefijo iso- es
utilizado para indicar que la TMAS varía en menos de 6ºC durante el año (Natural
Resource Conservation Service, 1999).
La Organización Meteorológica Mundial ha establecido que las profundidades de 5, 10,
20, 50, y 100 cm son los niveles más convenientes para registrar medidas de la
temperatura del suelo (Porta et al., 2003). Además, en las zonas tropicales, donde no
ocurren nevadas ni se produce la congelación del suelo, solamente es necesario realizar
mediciones de la temperatura del suelo hasta un metro de profundidad (Sánchez, 1982)
por la baja amplitud de la onda térmica anual.
En Costa Rica, Forsythe (2002) publicó datos de la Tsubsuelo tomados entre 1967 y 1973 en
Turrialba, en el cual comparó el comportamiento de la temperatura en suelos del Gran
Grupo Typic Dystrudept a 2 cm, 5 cm, 10 cm, 20 cm y 50 cm de profundidad, con la Taire,
la radiación solar (Rs) y las lluvias. Forsythe (2002) determinó que en Costa Rica la
temperatura del suelo y del aire es bimodal y que las mayores temperaturas de
ambosocurran el16 de abril y el 16 de agosto, por estar los rayos del sol perpendiculares
a la superficie terrestre. Además determinó que la TMAS a 50 cm de profundidad (T50) es
25,4ºC, y que la T50 mensual fluctuó en 1,9ºC para el periodo de estudio. Con base en lo
anterior, Forsythe (2002) clasificó el suelo en su área de estudio como de un régimen
6
isohipertérmico. Reportó además que la T50 media es 3,8ºC mayor que la temperatura del
aire. Comparó el comportamiento de la temperatura media mensual y anual con respecto
a la profundidad y determinó que se daun descenso en la temperatura hasta los 10 cm, y
luego un incremento gradual a partir de esa profundidad.
Se conocen aproximadamente cuatro categorías de mediciones de temperatura: (1) solo
temperatura, para interpretación directa y mapeo; (2) el gradiente térmico, o la variación
térmica con profundidad; (3) flujo de calor (mW/m2), que es el producto del gradiente
térmico y la conductividad térmica; y (4) el balance calórico (Hersir & Bjornsson 1991).
El calor de la Tierra se puede propagar por medio de tres mecanismos: 1) conducción, 2)
convección o 3) radiación (Hersir & Bjornsson, 1991). De estos tres, la radiación tiene
muy poca importancia para la exploración geotérmica, ya que proviene del calor solar.
Por otra parte, la transferencia de calor por conducción (más lento y menos eficiente)
prevalece en suelos secos, mientras que la convección predomina en los húmedos. Aun
así, en el suelo el mecanismo más importante de transporte de calor es por conducción
(Scott, 2000) y es considerado para los cálculos experimentales. Otro mecanismo para la
transmisión de calor en el suelo es por evaporación y condensación del agua, los cuales
son un flujo de calor latente hacia la atmósfera (Porta et al., 2003). El flujo de calor
(mW/m2) entre suelos adyacentes está influenciado por la diferencia en temperatura entre
ellos, si esta diferencia es grande entonces habrá un mayor flujo de calor hacia la capa
de menor temperatura por haber un mayor gradiente térmico.
Para fines de la prospección geotérmica, es necesario medir el gradiente térmico además
de la temperatura del subsuelo. Esto conlleva la toma de medidas de temperatura a
diferentes profundidades en el suelo para determinar su variación en relacióncon la
profundidad. De igual manera, puede ser estimado por la diferencia en temperatura entre
dos puntos (p ej. la superficie y el fondo del agujero o cualquier par de puntos
intermedios). Existen dos formas para determinar si un gradiente térmico del suelo es
representativo del flujo de calor proveniente del interior de la Tierra, ellas son: 1) medir la
temperatura en agujeros suficientemente profundos, en donde la temperatura en el fondo
del agujero no sea afectada por variaciones climáticas en la superficie como la onda
térmica anual; o 2) medir la temperatura en agujeros someros durante un periodo
suficientemente largo para poder filtrar la onda térmica anual. Esto último se puede lograr
midiendo la temperatura en agujeros poco profundos durante un periodo de un año
(Manzella A.,s.f) y fue el método utilizado en este trabajo.
7
Bajar un termopar a un agujero para medir la temperatura del subsuelo tiene un impacto
ambiental muy bajo y podría identificar temperaturas elevadas relacionadas con un alto
gradiente térmico y flujo de calor. Un termopar se fundamenta en el descubrimiento en
1821 por Seebeck (citado en Perry & Green, 1984), en donde la corriente eléctrica se
mueve en un circuito cerrado de dos metales diferentes, siempre y cuando las dos
uniones entre ellos se encuentran en temperaturas diferentes (Perry & Green 1984). De
esta manera, mide la corriente eléctrica en milivoltios y mediante una ecuación
matemática se convierte en un valor de temperatura. El termopar tipo T utilizado en esta
investigación, está compuesto de: 1) cobre en el lado positivo; y 2) constantan (una
aleación de cobre y níquel) en el lado negativo. La ecuación (1) describe la relación
matemática correspondiente:
𝐸 = 𝑐𝑖𝑛𝑖=0 𝑡90
𝑡 (1)
Donde: E se expresa en milivoltios; t90 en °C; y ci son coeficientes de ecuaciones de referencia para el rango
de i=0 a i=n(National Institute of Standards and Technology, 2008).
1.1.1 Propiedades termodinámicas y físicas del suelo
En esta investigación, la propiedad térmodinámica del suelo calculada a partir de la
temperatura del subsuelo fue el flujo de calor (mW/m2), para lo cual se requirió estimar el
gradiente térmico del subsuelo y la conductividad térmica. Dado que la conductividad del
suelo varía de acuerdo con su textura granulométrica y densidad aparente, se hizo
necesario también medir estas variables.
a) Flujo de Calor
La temperatura del subsuelo, a una profundidad específica, puede ser estimada mediante
un análisis de Fourier, ecuación (2),utilizando la ecuación para el flujo de calor (mW/m2),
el cual se calcula a partir del gradiente térmico del subsuelo (dT/dz), y la conductividad
térmica del subsuelo(-λ). Según Glassley (2010), el flujo de calor promedio del planeta
Tierra es 87 mW/m2.
8
𝑄 = −𝜆𝑑𝑇
𝑑𝑧 (2)
Donde:
Q: Flujo de calor por un unidad área (mW / m2)
λ: Conductividad Térmica (W / mK) dT: Cambio de Temperatura (K) dz: Cambio de Profundidad (m)
b) Conductividad Térmica
La conductividad térmica (–λ) se mide en W/(m*K), ecuación (3).
−λ =q
∇T (3)
Donde:
: Flujo de Calor (por unidad tiempo por unidad área)
: Gradiente Térmico
La conductividad térmica es la capacidad del suelo para transferir el calor, y se trata de la
cantidad de calor ( ) transmitido durante una unidad de tiempo (s) a través de un espesor
de suelo en una dirección normal a una unidad área de superficie (m2), considerando
únicamente la diferencia de temperatura bajo una condición estable que depende
solamente del gradiente térmico( ). No obstante, es afectada también por la humedad
y textura del suelo. Conforme aumenta la humedad del suelo, incrementa también la
conductividad térmica del mismo (Blackburn et al., 1997). De igual forma, la variación en
la conductividad térmica de un suelo afecta a la profundidad a la cual penetra la radiación
solar incidente (RSi) de las ondas térmicas diurnas y anuales (mayor –λ, mayor
penetración; menor –λ, menor penetración). Esto último también varía en función de la
clasificación textural del suelo, además de la compactación y saturación por agua (Perry &
Green. 1984; Scott, D H. 2000; Abu-Hamdeh, N H & Reeder, R C. 2000).
c) Textura del suelo
La relación entre la textura del suelo y su conductividad térmica hace importante medir
esta variable para el cálculo del flujo de calor. La clasificación textural del suelo se basa
en 12categorías dependiendo del porcentaje relativo de las fracciones de arcilla (< 0,002
mm), limos (0,002 – 0,5 mm), y arena (0,5 – 2 mm) contenidas en el suelo. Se determina
la textura del suelo mediante un análisis granulométrico del suelo secado hasta peso
9
constante, previo trituración, y utilizando el tamiz adecuado para la separación de los
granos (cuadro 2).
Cuadro 2. Tamices utilizados para la separación de granos según su diámetro en milímetros y tamaño Ø (Simplificado de Boggs, 1995).
Tamiz (Estándar USA)
Milímetros Ø
(-log2d) Tamaño Textural (Wentworth)
10 2 -1,0 Arena 230 0,0625 4 Limos
0,002 8,0 Arcilla
No se incluye (cuadro 2)un tamiz para la arcilla porque es poco práctico separar arcilla de
una muestra de suelo mediante un simple tamizaje, debido al tamaño del grano y a la
gran área de superficie que tiene. La fracción arcillosa puede ser calculada mediante la
suspensión del suelo en agua la cual permite que se sedimenten las arenas y los limos
según la Ley de Stokes o mediante métodos dieléctricos (Starr, et al. 2000). La fracción
que queda en suspensión es la de arcilla y esta puede ser descartada previo al secado y
a la separación con tamices.
Se grafican los valores del porcentaje relativo del tamaño de grano normalizados a 100%
en un gráfico triangular cuyos ejes van de 0 a 100% leyendo en el sentido de las manillas
del reloj. Dado que es un gráfico triangular, el porcentaje de cualquier dos de los tres
componentes da como resultado el porcentaje del tercero (figura 1).
Figura 1. Gráfico triangular utilizado para determinar la clasificación textural del suelo. Fuente: Soil Science Society of America (2008)
100% ARCILLA
100%
LIMO
FRANCO LIMOSO
FRANCO LIMOARCILLOSO
ARCILLALIMOSA
FRANCO ARCILLOSO
ARCILLA
ARCILLAARENOSA
FRANCO ARENOARCILLOSO
FRANCO
FRANCO ARENOSO
ARENA
LIMOS100%
ARENA
Porcentaje ARCILLA
ARENAFRANCOSA
% ARENA
10
d) Densidad Aparente del Suelo
Mientras más compactado es un suelo de dada estructura, mayor sería su conductividad
térmica. Dicha compactación se representa a través de la densidad aparente del suelo, la
cual es la masa de sólidos entre el volumen del suelo.En el caso de la densidad real
promedio de las rocas y de las partículas que constituyen los suelos, es 2,65 g/cm3. No
obstante, los suelos son una mezcla de partículas sólidas (inorgánicas y orgánicas), y
poros (llenos de una fase gaseosa o líquida). Además, para un volumen dado de suelo
puede haber mayor o menor cantidad de poros de acuerdo con la textura y compactación
del suelo. Por tanto en el muestreo de suelos en el campo, se debe considerar la
densidad aparente, la cual toma en consideración tanto el volumen de las partículas
sólidas como el de los poros en el suelo. Este puede ser estimado por diferencias de
masas mediante el secado de una muestra de suelo hasta peso constante, con la premisa
de que todos los poros estén saturados, ya sea de agua o de una fase
gaseosa y que la densidad promedio de partículas es 2,65 g * cm-3.
Seemplea la ecuación (4), en la cual no se considera la fase gaseosa en los poros.
𝜌𝑎𝑝 =𝑀𝑆𝑆
𝑀𝑆𝐻1𝑔 ∗ 𝑐𝑚 −2 +
𝑀𝑆𝐻2.65𝑔 ∗ 𝑐𝑚 −2
(4)
Donde:
ρap: Densidad Aparente (g/cm3)
MSS: Masa sólido seco (g) MSH: Masa sólido húmedo (g)
Con un poco de análisis de esta ecuación se puede observar que el denominador es (M/D
= V y M/V = D).
La densidad aparente del suelo, en condiciones naturales, depende de su composición
(cuadro 3).
Cuadro 3. Tipos de suelo y su densidad aparente
Tipo de suelo Densidad Aparente (g/cm3)
Entisol 0,87 – 1,62 (3) Inceptisol 0,67 – 1,79 (3)
Horizontes arenosos 1,45 – 1,6 (4) Horizontes suelos volcánicos 0,85 (4) Horizontes suelos compactos 1,90 – 1,95 (4)
Suelo Mineral 1,33 (1) Franco Arcilloso 1,00 – 1,40 (2) Franco Limoso 1,10-1,40 (2) Franco Arenoso 1,20-1,80 (2)
Fuente:1: NRCS-USDA (1999); 2: Cabalceta Aguilar, G.; 3: Alvarado & Forsythe (2005); 4: Porta et al. (2003)
11
1.1.2 Variables Ambientales
Posiblemente las variables ambientales más importantes que afectan las medidas de la
temperatura del subsuelo en agujeros de 1 a 2 metros de profundidad son las ondas
térmicas diurna y anual, y la elevación y el uso del suelo, además de algunos otros
factores como la temperatura media anual del aire, características propias del suelo y el
sustrato geológico.
a) Ondas Térmicas Diurna y Anual
La profundidad de penetración de la onda térmica diurna es definida como la profundidad
a la cual la amplitud de la variación térmica sea del 1% de su amplitud en la superficie
(Portaet al., 2003). Es apenas detectable a profundidades de poco más de 1 metro,
mientras que la onda anual es detectable hasta los 20 metros de profundidad (Poley &Van
Steveninck, 1970; LeSchack, 1983). A una profundidad de 50 cm, la temperatura del
suelo no es afectadasignificativamente por la fluctuación térmicaen superficie(Witter et al.,
2007; Porta et al., 2003).
La onda térmica oscila entre las temperaturas máximas y mínimas durante el periodo
(figura 2); no obstante, la penetración de las ondas térmicas diurnas y anuales varíaen
función de la textura y humedad del suelo (figura 3) y se atenúan con profundidad de tal
manera que sigue un patrón sinusoidal definido por las ecuaciones (5) y (6)
(5)
(6)
Donde:
T = Temperatura t = Tiempo
ω = Frecuencia radial z = Profundidad
d = Profundidad de amortiguamiento A0 = Amplitud
La frecuencia radial sería (2π/24)h-1 para una fluctuación diaria y (2π/365)d-1 para una
fluctuación anual. El valor “d” es la profundidad a la cual la amplitud de la oscilación de la
temperatura del subsuelo disminuye al 1𝑒 (≈ 37%) de la amplitud de la oscilación de la
12
temperatura en superficie y puede ser expresado tanto por un sistema de temperatura-
tiempo como un sistema de temperatura-profundidad.
𝐴(𝑑) = 𝐴0𝑒−𝑑
𝐷
Lo anterior se puede graficar tomando en cuenta la variación en la oscilación de la
temperatura con la profundidad.
13
Figura 2. Oscilación teórica de la onda térmica del aire y del suelo a diferentes profundidades (sistema temperatura-tiempo). Elaboración propia.
Nota que la amplitud de la oscilación disminuye con profundidad.
Figura 3. Cambio de la temperatura del suelo en función de la profundidad (sistema temperatura-profundidad). Elaboración propia.
Note que mayor humedad en el suelo tendría el mismo efecto (mayor oscilación térmica y mayor profundidad de penetración por tener una mayor conductividad térmica).
14
En Costa Rica existen dos estaciones climáticas muy marcadas durante el año, una
lluviosa y una seca. Estas estaciones climáticas, al igual que en otras partes del mundo,
son cíclicas y muestran un comportamiento sinusoidal en la temperatura del
suelo(Nofzinger, D.L. & Wu, J. 2005).Esta ciclicidad se conoce como la onda térmica
anual, y como se explicó anteriormente, puede penetrar hasta 20 m de profundidad en el
suelo.
b) Elevación
A causa del enfriamiento adiabático, la temperatura del aire y del suelo disminuye con la
elevación. Además, a mayor elevación sobre la superficie terrestre, más lejana del centro
de la Tierra y mayor probabilidad de encontrarse con masas rocosas de diferentes
conductividades térmicas y acuíferos fríos que reducenel flujo de calor proveniente del
interior de la Tierra. Esta relación entre elevación y la temperatura del suelo puede ser
mostrada con una regresión lineal de los datos. Para poner un ejemplo, en un estudio de
la temperatura del suelo en el bosque experimental Luquillo en Puerto Rico, Meléndez-
Colom (sin fecha) determinaron relaciones lineales de las temperaturas medias del aire y
del suelo con respecto a la elevación, obteniendo que la temperatura media del aire fue:
26,4 - (0,00558 * elevación en metros) y que la temperatura media del suelo fue: 25,6 -
(0,00543 * elevación en metros).
c) Uso del Suelo
El uso del suelo (bosque, pastizal, plantación o pastos naturales) afecta a la temperatura
del suelo, ya que en un área boscosa, el dosel no permite que la radiación solar incidente
(RSi) llegue a la superficie terrestre, mientras que en un pastizal es más directa. Además,
la temperatura de un suelo cubierto por concreto o asfalto dependerá del albedo de estos
materiales.
d) Factores Adicionales
Otros factores que podrían influir en la temperatura media anual del suelo (TMAS) son la
temperatura media anual del aire (TMAA), el tipo de suelo, el sustrato geológico y la
textura del suelo.
15
1.2 Tipo de Suelo
Solamente se encuentran dos órdenes taxonómicas de suelo en el en el área de estudio:
(1) Entisoles e (2) Inceptisoles, correspondientes además a los Grandes Grupos
Ustorthent y Dystrandept, respectivamente (cuadro 4, figura 4).
Cuadro 4. Órdenes de suelo en el área de estudio.
Orden Suborden Gran Grupo Ondulación Topográfica
Entisoles Orthent Ustorthent Moderadamente Ondulado (mo)
Fuertemente Ondulado (fo)
Inceptisoles Andepts Dystrandept Moderadamente Ondulado (mo)
Fuertemente Ondulado (fo) Escarpado (e)
Pendiente Topográfico: Moderadamente ondulado (Pendiente 15-30%), Fuertamente ondulado (30-60%), Escarpado (>60%) Fuente: Instituto Tecnológico de Costa Rica (2008)
Entisoles son suelos minerales que carecen de horizontes diagnósticos en el primer metro
debajo de la superficie, mientras que inceptisoles son suelos minerales con uno o más
horizontes pedológicos en los cuales minerales diferentes que no sean carbonatos ni
sílice amorfo han sido alterados o removidos, pero no acumulados significativamente. El
suborden Orthents son entisoles que tienen una textura de fina a muy fina o de una
textura franca fina, con una fracción gruesa que no supera a los 35%. El prefijo Ust- se
refiere a un régimen de humedad del suelo trópico donde existe una estación lluviosa
marcada y una limitada cantidad de agua pluvial que ocurre cuando la temperatura media
del suelo es óptima para el crecimiento de plantas. El suborden Andepts corresponde con
inceptisoles formados de materiales piroclásticos vítricos con una baja densidad o que
contienen una gran cantidad de materia amorfa, o ambos, y el prefijo Dyst- significa que el
suelo tiene una baja saturación de bases (Soil Science Society of America, 2008).
16
Figura 4. Tipos de suelo en el área de estudio. Elaboración propia.
Nota: Cada columna pedológica es de 160 cm. El sistema de coordenadas es Costa Rica Lambert Norte. Léanse las coordenadas en kilómetros.
Fuente: Instituto Tecnológico de Costa Rica, 2008.
1.3 Uso del Suelo
Según el Estudio de Impacto Ambiental del Proyecto Geotérmico Las Pailas (Instituto
Costarricense de Electricidad, 2005), los usos del suelo en los terrenos alrededor del
Campo Geotérmico Pailas se clasifican en: 1) pastizal, 2) bosque y 3) otros usos (figura
5). Estos se definen a continuación:
Pastizal: Predominan plantas anuales cuya densidad y productividad son altas pero que
son bajas en diversidad. Se clasifican en tres tipos:
Pastos: Se presentan en tierras planas a ligeramente onduladas con elevaciones
inferiores a 800 m.s.n.m.
Pastos con árboles dispersos: Se encuentran como parches entre bosques secundarios.
Pastos Naturales: Pastos restringidos a terrenos de moderadamente ondulados a
fuertemente escarpados con elevaciones mayores a 800 m y sin cobertura de árboles.
17
Bosque: Este grupo se subdivide en las siguientes tres categorías, con base en la edad
de la vegetación y el diámetro de los árboles a la altura del pecho.
Bosque Primario: Es aquel donde la tierra no ha sido utilizada para fines de lucro y que la
edad de la mayoría de la vegetación sea mayor que los 60 años.
Bosque Secundario: Conforma el uso de suelo más común en el Área de Impacto Directo
del Proyecto Geotérmico Las Pailas, y se caracteriza por tener pequeños bosques con
diferentes grados de regeneración cuyas edades varían de 15 a 60 años.
Bosque de Galería: Son los parches de bosque que crecen a lo largo de ríos y quebradas
con árboles cuyo diámetro a la altura del pecho es < 50 cm y que tiene un dosel bajo.
Otros Usos: Se presentan dos categorías adicionales de uso del suelo, se trata de
terrenos en abandono o bajo un régimen de recuperación.
Charral o Tacotal: Son el producto del abandono parcial o total de pastizales o potreros.
Generalmente el suelo está muy compactado y pobre en nutrientes.
Plantación Forestal: Principalmente se trata de tres especies: (1) Bombacopsis quinata;
(2) Gmelina arborea; y (3) Tectona grandis. Las plantaciones forestales fueron
establecidas en la zona a mediados de los años 80. De las especies mencionadas
anteriormente, la única nativa de la zona es Bombacopsis quinata.
18
Figura 5. Mapa de usos de suelo en el área de estudio.
Fuente: Modificado, Instituto Costarricense de Electricidad (2005).
La litología sobre la cual yace el suelo tiene una gran influencia sobre la composición del
mismo, si este se formó en situ, debido a que es uno de los factores formadores del suelo
según Dokuchaev (Porta et al.,2003). Además hay suelos transportados, como
corresponde a los aluviones y lahares. Incluso, cenizas y pómez son depósitos de caída
por actividad volcánica del Plioceno y Cuaternario, que fueron depositados sobre suelos
preexistentes. Por la diversidad de los posibles orígenes de los suelos se hace necesario
conocer las diferentes unidades geológicas aflorantes en el área de estudio.
19
1.4 Marco Geológico
La ubicación geológica del Campo Geotérmico Las Pailas está claramente relacionada
con el sistema volcánico Cuaternario de esa región (Barrantes, 2006) y es el producto de
la actividad volcánica y freatomagmática de la Caldera Cañas Dulces (sur y suroeste del
Proyecto Geotérmico Las Pailas) y del complejo volcánico Rincón de la Vieja (figura 6).
Dicha actividad ha resultado en la evolución de un yacimiento geotérmico en la falda sur-
suroeste del complejo volcánico Rincón de la Vieja, el cual está dominado tanto por
alineamientos rectilíneos como arqueados. Por lo tanto, se ha convertido en una zona de
interés geotérmico y es precisamente donde se ubica el Proyecto Geotérmico Las Pailas.
Figura 6. Ubicación del área de estudio con respecto a la caldera de Cañas Dulces y el complejo volcánico Rincón de la Vieja. Elaboración propia.
Nota: El poblado de Curubandé se ubica al suroeste y Las Parcelas de Santa María se ubica al sureste del área de estudio. El sistema de coordenadas es Costa Rica Lambert Norte. Léanse las coordenadas en kilómetros.
En el sector norte del área de estudio afloran productos volcánicos cuaternarios (lavas
andesíticas, ceniza, pómez y lahares recientes) del Cuaternario Medio y Superior que
comprenden edades de entre 1,1 y 0,2 Ma (millones de años). Mientras tanto, en el
20
sector sur afloran ignimbritas del Plioceno y Cuaternario Inferior que conforman parte de
la mesa ignimbrítica de Santa Rosa y que son producto de un volcanismomuy explosivo
que comprende edades de entre 1,8 y 6 Ma (Denyer y Alvarado, 2007; Instituto
Tecnológico de Costa Rica, 2008).
Chavarría et al. (2006), en un levantamiento geológico detallado de la zona, reportan
cinco unidades geológicas principales aflorantes en los alrededores del Campo
Geotérmico Pailas y el Área de Estudio (figura 7, cuadro 5). Además, cabe resaltar que al
sur y suroeste del área de estudio afloran las rocas más viejas de la zona,
correspondientes a una lava dacítica gris-morada que marca la Caldera de Cañas Dulces.
De la más antigua a la más reciente, las unidades estratigráficas son: 1) Grupo Bagaces,
2) Unidad de Domos, 3) Formación Liberia, 4) Formación Pital y 5) Unidad de Productos
Recientes. En el Cuadro 5 se presenta una breve descripción de cada una, y se señala
además su distribución en el área de estudio.
21
Figura 7. Mapa Geológico del área de estudio.
Nota: El polígono morado marca el área de estudio y el polígono verde marca la ubicación de la Casa de Máquinas Pailas 1.El sistema de coordenadas es Costa Rica Lambert Norte. Léanse las coordenadas en kilómetros. Fuente: Chavarría et al., 2006.
Cuadro 5. Unidades geológicas en el área de estudio.
Unidad Descripción Distribución en el área de estudio
Grupo Bagaces Lavas, ignimbritas y flujos piroclásticos dacíticos y andesíticos del mioceno tardío que comprendan las sub-unidades Formación Alcántaro, Unidad Curubandé y Unidad I Griega
Sector sur
Unidad de Domos Domos dacíticos a riolíticos intracaldéricos del Plioceno y Pleistoceno
Sector oeste
Formación Liberia Flujos piroclásticos cristalo pumíticos a cristalo líticos riolíticos del Pleistoceno Inferior, conteniendo cristales principalmente de cuarzo corroído y bioitita y que afloran al exterior del borde de la caldera Cañas Dulces.
Sector sureste
Formación Pital Flujos piroclásticos cineríticos a pumíticos, del Pleistoceno tardío que afloran en el margen interior del borde de la caldera de Cañas Dulces.
Sector sur
Unidad de Productos Recientes
Lavas andesíticas y un debrís avalanche (lahar) del Holoceno
Sector central y norte
22
a) Grupo Bagaces (GB)
Está conformado por lavas, ignimbritas y flujos piroclásticos del mioceno tardío separadas
en las siguientes sub-unidades: (1) Formación Alcántaro (FA), (2) Unidad Curubandé (UC)
y (3) Unidad I Griega (UG). La Formación Alcántaro es de composición dacítica y
comprende ignimbritas soldadas en el techo y lavas en la base. Es de tonalidades gris,
morado y rojizo con un característico bandamiento, aflora al sur y suroeste del Campo
Geotérmico Pailas y conforma el borde de la Caldera Cañas Dulces. Las unidades
I Griega y Curubandé afloran en la parte exterior del borde de la Caldera Cañas Dulces.
La Unidad Curubandé es una brecha de tonalidad anaranjada (matriz) con bloques de
escorias negras. En tanto, la Unidad I Griega es un flujo piroclástico de tonalidades
blanco a gris.
b) Unidad de Domos (UD)
Es un conjunto de domos intracaldéricos plio-pleistocénicos, de composición dacítica a
riolítica y conformado por los cerros: Fortuna, San Roque, Góngora y San Vicente, los
cuales han sido datados de 4,3 a 1,5 Ma (millones de años). Estos domos están alineados
en una forma arqueada, convexa hacia el nor-noreste, formando un campo de domos
ubicado al oeste del Campo Geotérmico Pailas.
c) Formación Liberia (FL)
Es una secuencia de flujos piroclásticos cristalo pumíticos del Pleistoceno Inferior, de
tonalidad blanca, que contiene pómez blanco, cristales principalmente de cuarzo corroído
y bioitita, espórádicos líticos lávicos, y con una amplia distribución superficial fuera del
área de estudio. Tiene la particularidad de contener cristales primarios de biotita y cuarzo
corroído. La Formación Liberia aflora al suroeste, sur y sureste del Campo Geotérmico
Pailas, en el lado exterior de la Caldera Cañas Dulces con una topografía desde irregular
hasta muy escarpada, donde forma cañones de hasta 30 metros de profundidad.
d) Formación Pitál (FP)
Es un conjunto de flujos piroclásticos cineríticos a pumíticos, de tonalidad blancuzca a
anaranjada de moderadamente a bien consolidados que afloran en su mayoría en el
margen interior del borde de la caldera de Cañas Dulces. Localmente hay depósitos de
lacustres hacia la base de esta formación, los cuales implican un periodo de calma
durante la colmatación de la caldera de Cañas Dulces.
23
e) Unidad de Productos Recientes (UPR)
Se divide en tres subunidades conformadas por diferentes litologías: 1) Lavas andesíticas;
2) “Debris avalanche” de detritos volcánicos; y 3) Conglomerado. Los más relevantes en
el Área de Impacto Directo del Proyecto Geotérmico Las Pailas y el área de estudio son:
1) Lavas andesíticas y 2) “Debris avalanche” de detritos volcánicos.
f) Lavas andesíticas (LARV)
Estas cubren gran parte del flanco pacífico del complejo volcánico Rincón de la Vieja, con
buenos afloramientos en los ríos y quebradas, donde es común encontrar esta unidad
manifestada por bloques andesíticos en superficie, rodeados y cubiertos por delgadas
capas de cenizas y/o pómez en los sectores Mundo Nuevo, Hornillas, Ojos de Agua y
Salsipuedes, mientras que en el sector Las Pailas es común ver bloques angulares de
decimétricos a métricos rodeados en un suelo de color negro a café oscuro, en coluvios.
g) “Debris Avalanche” del Rincón de la Vieja (DARV)
Es un depósito heterogéneo y poligenético proveniente del complejo volcánico Rincón de
la Vieja, localmente cubierto por una capa de suelo cinerítico gris cafesuzco de unos 50
cm de espesor. Se interpreta como una avalancha reciente, la cual se derrumbó desde la
parte cuspidal del macizo volcánico Rincón de la Vieja sobre el flanco sur y que fue
encauzado entre los ríos Blanco y Colorado hacia el Sector Las Pailas, hasta llegar al pie
de montaña a 750 m.s.n.m., donde se dispersa en forma de abanico hacia el sur y el
oeste sobre los flujos piroclásticos de la Formación Pital, y cubre la totalidad del campo de
pozos profundos del Campo Geotérmico Pailas. Su espesor es muy reducido <1 - 25
metros y hay afloramientos en el sector sureste del campo, donde se puede observar
claramente unos escasos centímetros del lahar que cubren a los flujos piroclásticos de la
Formación Pitál.
24
1.5 Estado actual del uso del suelo
El noroeste del área de estudio está desprovisto de vegetación.Por otro lado, en el Sector
Las Pailas del Parque Nacional Rincón de la Vieja (noreste del área de estudio) se tiene
una buena cobertura de bosque primario (figura 8). Además, a lo largo de los ríos y
quebradas existe una buena densidad de vegetación en los bosques de galería. Se
encuentran plantaciones forestales principalmente de Bombacopsis quinata, Gmelina
arborea y Tectona grandis en el área de estudio (ICE, 2005).
Figura 8. Imagen satelital del área de estudio. El polígono Morado marca el área de estudio, el polígono verde marca la ubicación de la unidad 1. Círculos rojos marcan deforestación. El sistema de coordenadas es Costa Rica Lambert Norte. Léanse las coordenadas en kilómetros.
Fuente: Misión CARTA05
A partir de la Figura 8 se pudo generar una reclasificación del mapa para determinar los
usos del suelo en el área de estudio (figura 9). De ahí se hará referencia a esta
interpretación para los usos del suelo.
25
Figura 9. Usos del suelo (reclasificación de la imagen satelital de la Misión CARTA05). Elaboración propia.
Nota: El sistema de coordenadas es Costa Rica Lambert Norte. Léanse las coordenadas en kilómetros.
26
2 INTRODUCCIÓN
La energía geotérmica es la que está almacenada en forma de calor por debajo del
subsuelo en yacimientos geotérmicos, los cuales en ambientes volcánicos tienen
permeabilidad secundaria por fracturamiento de la roca. Esto resulta de procesos
tectónicos y/o de colapsos caldéricos y se obtiene mediante la perforación de pozos
profundos a través de una capa sello impermeable sobre el yacimiento geotérmico. Las
emisiones causadas por la explotación de la energía geotérmica para la generación
eléctricason básicamente CO2 y H2S,pero a niveles significativamente inferiores a los
alcanzados por la combustión de hidrocarburos. Por ejemplo, el nivel de dióxido de
carbono es un 5-6% de los hidrocarburos, mientras que el de sulfuro de hidrógeno es de
unos pocos ppb a unos cientos de ppb (Aradóttir et al., 2012).
Actualmente en el mundo se aprovechan los recursos geotérmicos de baja y media
entalpía para usos directos y de alta entalpía para la producción de electricidad. En
diciembre del 2012, 49,4 TWh (1012 Vatios-horas) de energía fueron producidos de
fuentes geotérmicas a nivel mundial, lo que significa un aumento de 6,9% en el uso de
este tipo de energía desde el año 2011 (IEA, 2013). En el año 2004 los diez países de
mayor aprovechamiento de la energía geotérmica (cuadro 6) utilizaron 56000 GWh/año
(109Vatios-horas por año) para usos directos (Lund et al., 2005) y 55000 GWh/año para la
producción de electricidad (Bertani, 2005).
Cuadro 6. Diez países de mayor aprovechamiento de la energía geotérmica según uso para el año 20041.
Producción de electricidad Usos Directos
USA China Filipinas Suecia México USA
Indonesia Turquía Italia Islandia
Japón Japón Nueva Zelandia Hungaria
Islandia Italia Costa Rica Nueva Zelandia
Kanya Brasil
1 Países ordenados desde mayor a menor aprovechamiento en GWh/año.
En ese mismo año, Costa Rica empleó 1145 GWh/año de la energía geotérmica, que fue
un 15% del consumo energético nacional (Georgsson & Fridleifsson, 2009), y en el julio
de 2011, con la inauguración del Proyecto Geotérmico Las Pailas, la capacidad instalada
de la energía geotérmica en Costa Rica alcanzó 208 MWe, un incremento de 25,3% sobre
27
el año anterior (BP Statistical Review of World Energy, 2012).Aún no se emplean los
recursos de baja y media entalpía en Costa Rica, posiblemente por su poca rentabilidad
en un país tropical.Por el otro lado, los recursos geotérmicos de alta entalpía para la
producción de electricidad son muy importantes por ser autóctonos, limpios y sostenibles
en el tiempo, además de que no se ven afectados por las oscilaciones climáticas,así que
son fuentes energéticas de carga base y con una alta capacidad de carga (Geothermal
Energy Associacion, 2012).
Existe la necesidad de contar con métodos de prospección geotérmica de bajo costo pero
sobre todo de bajo impacto ambiental, y es en este último aspecto que se enfoca el
presente estudio. En este contexto se situó la posibilidad de proponer un método de
prospección de energía geotérmica, amigable con el ambiente, de bajo coste y de relativa
fácil aplicación en el sector del Proyecto Geotérmico Pailas. Los resultados de esta
metodología se explican a continuación en el presente trabajo.
2.1 El Proyecto Geotérmico Las Pailas
Se desarrolla el Proyecto Geotérmico Las Pailas en terrenos colindantes con el Parque
Nacional Rincón de la Vieja, y por eso se hace imprescindible tomar en consideración el
marco legal tanto de la geotermia como el de los Parques Nacionales de Costa Rica. En
este contexto se presenta una reseña de la geotermia en Costa Rica, el marco legal de la
geotermia y los parques nacionales, además los estudios ambientales realizados en el
Proyecto Geotérmico Las Pailas. Se culmina con unos ejemplos del uso de la temperatura
del suelo para la prospección geotérmica en otros campos geotérmicos al nivel mundial.
2.1.1 La Geotermia en Costa Rica
En el año 2011, la electricidad producida de la energía geotérmica fue un 13% de las
fuentes energéticas primarias renovables, las cuales por su naturaleza sumaron un 91,2%
de la electricidad producida al nivel nacional para ese año (MINAE – DSE, 2012). En
Costa Rica, los únicos desarrollos geotérmicos (Campo Geotérmico Las Pailas y Campo
Geotérmico Miravalles) se ubican en la provincia de Guanacaste y están relacionados
estrechamente con los volcanes cuaternarios de la Cordillera Volcánica de
Guanacaste(Rincón de la Vieja y Miravalles, respectivamente), donde las condiciones
geológicas particulares de la región son favorables para la formación de yacimientos
28
geotérmicos, por estar relacionados con calderas de colapso y también por su cercanía a
fuentes de calor de origen profundo.
Las primeras evaluaciones geotérmicas en Costa Rica fueron hechas en los años sesenta
(Moya, 2006). Luego, a raíz de la crisis petrolera en el año 1973, el ICE empezó la
exploración geotérmica en Costa Rica, con el fin de disminuir la dependencia en la
importación de hidrocarburos para la producción de electricidad. Ese estudio culminó en
la elaboración del Informe de Prefactibilidad Técnica que cubrió aproximadamente 500
km2 a lo largo de la Cordillera Volcánica de Guanacaste (GeothermEx, 2005).
En los años setenta se empezó con la exploración geotérmica en la falda sur del volcán
Rincón de la Vieja; consistió en el reconocimiento geológico de campo y la perforación de
siete pozos de diámetro pequeño, para identificar la litología en profundidad y conocer el
gradiente térmico de la zona, con el fin de ubicar la fuente de calor del yacimiento
geotérmico.
Posteriormente, en el Informe de Reconocimiento Geotérmico y en la Evaluación del
Potencial Geotérmico del Proyecto COS 83 (Instituto Costarricense de Electricidad, 1989),
se estimó el potencial geotérmico de Costa Rica.Para esto se dividió el país en nueve
diferentes provincias geotérmicas (figura 10) con una categorización de la importancia
geotérmica en: baja-media, media, media-alta, alta y muy alta (Moya et al., 2006). En
estos informes, el área del complejo volcánico Rincón de la Vieja se ubicó en Clase A1,
que se entiende como una categoría con óptima vocación geotérmica y con una
temperatura estimada de 320ºC a 3 km de profundidad (Instituto Costarricense de
Electricidad, 1991).
29
Figura 10. Provincias Geotérmicas en Costa Rica
Fuente: Instituto Costarricense de Electricidad (1989), modificado
El Campo Geotérmico Las Pailas es el segundo proyecto geotérmico que el ICE
desarrolla en Costa Rica. La primera planta geotermoeléctrica binaria de este Proyecto
(Pailas 1) tiene una potencia bruta de 41,6 MWe(35 MWenominales).
2.1.2 Aspectos Legales de la Geotermia en Costa Rica
La Ley #5961 del 6 de diciembre del 1976 declara de interés público los recursos
geotérmicos y en sus artículo 3 autoriza al Instituto Costarricense de Electricidad “para
adquirir todos los terrenos que requiera para la investigación, exploración, explotación y
protección de los recursos geotérmicos en Costa Rica”.Además, en el artículo 2 se
establece que “el ICE evitará, hasta donde fuere posible, alterar las áreas de interés
turístico relacionadas con sus proyectos”.
135-150D135-140B173-175A2275-330A1
Temperatura
media a 3 km de Profundidad (ºC)
Categoría
135-150D135-140B173-175A2275-330A1
Temperatura
media a 3 km de Profundidad (ºC)
Categoría
B
A1
A2
D
Area de Estudio
Panamá
Nicaragua
Océano Pacífico
Mar Caribe
30
2.1.3 Aspectos Legales de los Parques Nacionales de Costa Rica
La Ley de Parques Nacionales No. 6084 del año 1977 creó el Servicio de Parques
Nacionales del Ministerio de Agricultura y Ganadería, el cual tendría la función de
desarrollar y administrar los Parques Nacionales de Costa Rica.
El Parque Nacional Rincón de la Vieja forma parte del Área de Conservación Guanacaste,
y fue decretado en el año 1973 mediante la Ley No. 5398 del 23 de octubre de 1973 y
luego ampliado en 1978 bajo el Decreto Ejecutivo Nº 8493-A del 27 de abril de 1978.
Comprende un área de 14083,9 Ha y como fue mencionado anteriormente, colinda al
norte con el Proyecto Geotérmico Las Pailas.
El mayor flujo de visitantes al Parque Nacional Rincón de la Vieja es por el Sector Las
Pailas, y para llegar allí se atraviesa el campo de pozos geotérmicos profundos, pasandoa
un costado de Pailas 1.
2.1.4 Estudios Ambientales Realizados
El Estudio de Impacto Ambiental del Proyecto Geotérmico Las Pailas (784-04 SETENA)
fue emitido en setiembre del 2005 y tiene aprobadala viabilidad ambiental (Instituto
Costarricense de Electricidad, 2005).En este estudio se definieron: 1) El Área del Proyecto
con una extensión de 250 Ha; 2)El Área de Impacto Directo con una extensión de 187 Ha
en una franja de 500 m alrededor del Área del Proyecto; y 3) El Área de Impacto Indirecto
que se extiende en dirección suroeste del Área del Proyecto, hacia el poblado de
Curubandé, a unos 10 kilómetros de distancia.
2.1.5 Prospección Geotérmica Tradicional en el Campo Geotérmico Las Pailas
A principios del 2000, el Instituto Costarricense de Electricidad empezó una campaña de
perforación profunda,de cinco pozos profundos (figura 11)entre 1418 m y 1827 m,en el
Campo Geotérmico Las Pailas en un área de 250 Ha (Instituto Costarricense de
Electricidad, 2005).La litología atravesada pudo ser relacionada con la geología de
superficie. A partir de los datos de la temperatura en los pozos se modelóla curva de
220ºC (temperatura de yacimiento con vocación geotérmica para la producción de
electricidad) con la finalidad de indicar la ubicación de la fuente de calor. La información
de estos cinco pozos profundos y los quince pozos de gradiente térmico perforados en la
zona (durante el estudio de prefactibilidad), confirmó la existencia de un yacimiento
31
geotérmico, cuya fuente de calor se estimó estar ubicada al norte del campo de pozos, y
dentro del Parque Nacional Rincón de la Vieja.
Adicionalmente, otros datos geocientíficos existentes (geofísicos y geoquímicos),
sugirieron que el yacimiento geotérmico podría extenderse dentro de los límites
geográficos del Parque Nacional Rincón de la Vieja y de la propiedad de Mundo Nuevo
(al oeste del Proyecto Geotérmico Las Pailas), convirtiendo a estas áreas en zonas de
posible interés geotérmico. Empezando en el año 2009, se continuó con quince
perforaciones profundas más,cuatro de las cuales son verticales (PGP-06, PGP-08, PGP-
09 y PGP-10) y doce desviadas (PGP-2A, PGP-11, PGP-12, PGP-16, PGP-17, PGP-19,
PGP-20, PGP-23, PGP-24, PGP-25, y PGP-27, PGP-28). Los pozos desviados fueron
perforados desde plataformas de perforación existentes. A la fecha no ha sido publicada
oficialmente información sobre las características de estos pozos adicionales.
Figura 11. Desarrollo Geotérmico Las Pailas.
Nota: Se muestran los primeros cinco pozos profundos perforados en la zona durante el periodo 2001-2002.El sistema de coordenadas es Costa Rica Lambert Norte. Léanse las coordenadas en kilómetros.
En el Informe de Factibilidad (Geothermex, 2005) se aprecia que la fuente de calor parece
estar localizada hacia el nor-noreste del campo (en dirección del Parque Nacional Rincón
PGP-01
PGP-02PGP-04
PGP-05
PGP-03
311 311
302 302
391382
391382
32
de la Vieja), mientras que hacia el borde del caldera Cañas Dulces (sur y suroeste) hay
una caída de temperatura muy pronunciada.
2.1.6 Estudios Previos Relacionados con la Medición de la Temperatura del Subsuelo
para la Prospección Geotérmica
La medición de la temperatura del suelo es una práctica que se ha utilizado desde hace
varios años en numerosas aplicaciones, incluyendo la cartografía de fisuras subterráneas
(Kappelmeyer, 1957), exploración de aguas subterráneas (Birman, 1969), cartografía
estructural en la subsuperficie (Poley & Van Steveninck, 1970), y la exploración
geotérmica (LeShack et al., 1983; Hersir & Bjornsson, 1991; Eneva et al., 2007;
Coolbaugh et al., 2006 a &b; Sladek et al., 2009), entre otros. A continuación se indicarán
varios ejemplos de aplicaciones que emplean la medición de la temperatura en el suelo.
La temperatura del subsuelo puede medirse utilizando un termopar, un RTD o un
Datalogger a una profundidad fija de entre 1 a 2,5 metros (Poley & Van Steveninck, 1970;
Leaman, 1978; LeSchack & Lewis 1983; Ehara et al., 2000; Lechler 2004; Coolbaugh
2006 a & b; Eneva et al., 2007; Sladek, 2009) o a diferentes profundidades dentro de una
misma perforación (Mongillo, 1992; Sharan, 2002; Forsythe, 2002; Coolbaugh, 2006).
Esto para estimar la profundidad mínima requerida para detectar una anomalía térmica de
origen profundo (Leaman, 1978; LeSchack & Lewis, 1983, Coolbaugh et al., 2011),
calcular el flujo de calor del suelo (Sharan, 2002), complementar otros estudios geofísicos
(Poley & Van Steveninck, 1970; Coolbaugh et al., 2006 a & b), complementar estudios
geoquímicos (Lechler P, 2004), mejorar imágenes térmicas y de tipo ASTER (Eneva et al.,
2007; Sladek, 2009), modelar el efecto de las ondas térmicas diurnas y anuales (Mongillo,
1992; Forsythe, 2002, Sladek, 2009) y en la prospección geotérmica (LeSchack & Lewis,
1983; Mongillo, 1992; Saba et al., 2007; Ehara, 2000; Lechler P, 2004; Coolbaugh et al.,
2006; Coolbaugh et al, 2007; Eneva et al., 2007; Sladek, 2009; Coolbaugh, 2011) en
campos con o sin una expresión termal en superficie (campos geotérmicos ocultos). Las
propiedades termodinámicas del suelo que se han considerado como importantes en la
interpretación de la temperatura del subsuelo son: 1) la difusividad térmica (LeSchack &
Lewis, 1983; Sharan, 2002; Coolbaugh, 2011) y 2) la conductividad térmica (Coolbaugh,
2011). Es útil determinar la granulometría del subsuelo en las perforaciones en donde se
mide la temperatura del subsuelo (Leaman, 1978; Sharan, 2002) por su relación con la
difusividad térmica del subsuelo y la profundidad de penetración de la onda térmica
33
diurna. El análisis de residuales ha sido utilizado para identificar anomalías térmicas al
nivel del subsuelo (Coolbaugh, 2011).
El Campo Geotérmico Pailas es una zona donde se ha comprobado la existencia de un
reservorio geotérmico capaz de generar electricidad de carga base y aumentar la
capacidad de generación eléctrica instalada de Costa Rica (Instituto Costarricense de
Electricidad, 2005). Por eso el Instituto Costarricense de Electricidad, amparado por la
Ley No. 5961, construyó Pailas 1, una planta geotermoeléctrica binaria de 35 MWe para
ayudar a sufragar la creciente demanda energética del país. Considerando que los
métodos tradicionales de uso enla prospección geotérmica son costosos y tienen algunos
impactos ambientales negativos, se propone validar la eficacia,desde el punto de vista
técnico, de la toma de mediciones de la temperatura del subsuelo en los inceptisoles y
entisoles del Bosque Tropical Húmedo a Premontano que prevalecen en el Campo
Geotérmico Pailas, como una herramienta de bajo costo e impacto ambiental para la
prospección geotérmica en Costa Rica y que ha sido utilizada en otras latitudes.
2.2 Hipótesis
En este trabajo se pone a prueba la hipótesis nula de que no hay diferencias en la
temperatura media anual del subsuelo en los entisoles e inceptisoles del volcán Rincón
de la Vieja,con un nivel de confianza de 95%.
La hipótesis nula condicional sería que temperatura media anual del subsuelo es igual o
menor que el valor esperado en función de variables ambientales (elevación, uso del
suelo, unidad geológica y textura del subsuelo) y físicos (humedad relativa, profundidad,
gradiente térmico, flujo de calor, densidad aparente y porcentaje de arenas).La hipótesis
alternativa sería que la temperatura media anual del subsuelo es mayor que ese valor
esperado, con un nivel de confianza de 95%.De esa forma, se define la hipótesis nula y
alternativa de la siguiente manera:
Donde es el valor de la temperatura media anual del subsuelo muestral, es el
intercepto de la regresión lineal múltiple para los datos del subsuelo, es el coeficiente
34
de la variable ambiental o física medida en el campo que podría afectar a la
temperatura media anual del subsuelo y es el error (valor de la residual).
Se plantea rechazar la hipótesis nula mediante análisis estadísticosno paramétricos
(Kruskal-Wallis y Mann Whitney), los cuales aproximan a una distribución normal y chi
cuadrado, respectivamente.
2.3 OBJETIVO GENERAL
Analizar la distribución de la temperatura media anual del subsuelo en un inceptisol y un
entisol para la prospección geotérmica sostenible,en las cercanías del volcán Rincón de
la Vieja, Guanacaste, Costa Rica.
2.3.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
1. Relacionar el perfil de la temperatura media anual de dos órdenes de suelos y del
aire cercano al complejo volcánico Rincón de la Vieja.
2. Explicar la relación de la temperatura del subsuelo del área en estudio con la
elevación, uso del suelo, sustrato geológico y textura del subsuelo.
3. Determinar las variables que se relacionen significativamente con la temperatura
media anual del subsuelo para ser utilizadas como indicadores ambientales en la
prospección geotérmica sostenible.
35
3 MATERIALES Y MÉTODOS
3.1 Área de Estudio
El área de estudio se localiza en la vertientepacífica del complejo volcánico Rincón de la
Vieja en Guanacaste (Costa Rica) y corresponde con elCampo Geotérmico Pailas,
además de una zona adicional de posible interés geotérmico que se extiende hacia el
noroeste. Se ubicageográfica y políticamente dentro del Sistema Nacional de Áreas de
Conservación (SINAC), considerando el aspecto climático que prevalece.
Según el sistema de coordenadas Lambert Costa Rica Norte, se ubica entre latitud 300-
311 N y longitud 382-391 E (Hoja Curubandé 3148 III, escala 1:50 000 del Instituto
Geográfico Nacional de Costa Rica) y entre las elevaciones 422 a 1291 m.s.n.m, y abarca
una área aproximada de 3200 Hectáreas (figura 12).
Figura 12. Mapa de ubicación geográfica.Elaboración propia.
Base topográfica: Hoja cartográfica Curubandé 3148 III, escala 1:50000 (IGN 1991)
Nota: El polígono dentro del recuadro demarca el área de estudio y el polígono que cruza los recuadros delimita el Parque Nacional Rincón de la Vieja.Léanse las coordenadas en kilómetros.
Según el sistema de coordenadas CRTM05 el área de estudio se ubicaría entre latitud
1185515 – 1196528 N y longitud 345747 – 357762 E.
36
Abarca los distritos de Liberia, Cañas Dulcesy Curubandé del Cantón de Liberia, de la
Provincia de Guanacaste, Costa Rica. Los límites físicos inter-distritales son el río Blanco
entre los distritos Curubandé y Cañas Dulces y el río Colorado entre los distritos
Curubandé y Liberia (figura 13).
Figura 13. Ubicación Política del área de estudio.Elaboración propia.
Nota: El polígono verde muestra la ubicación de Pailas 1 y además se muestran la ubicación de los poblados Curubandé y Las Parcelas de Santa María.El sistema de coordenadas es Costa Rica Lambert Norte. Léanselas coordenadas en kilómetros.
37
Forma parte del Área de Conservación Guanacaste (figura 14), una de las once Áreas de
Conservación del Sistema Nacional de Áreas de Conservación (SINAC) de Costa Rica,
adscrito al MINAET (Ministerio del Ambiente, Energía y Telecomunicaciones)según la Ley
No. 6794. Específicamente, incluye los bordes sur y oeste del Parque Nacional Rincón de
la Vieja, y la esquina suroeste de este Parque Nacional. Los terrenos al oeste del Río
Blanco y fuera de los límites del Parque Nacional Rincón de la Vieja conforman un área
llamada Mundo Nuevo y pertenecen a una organización no gubernamental llamada
Guanacaste Dry Forest, la cual está dedicada a la protección y conservación del medio
ambiente.
Figura 14. Esquema de la ubicación geográfica del área de estudio y sus ecosistemas. Elaboración propia.
El clima es predominantemente tropical con una precipitación promedio de 1500 a 3000
mm/año, un periodo seco de 3,5 a 5 meses al año y una temperatura media anual de 24 a
27,8ºC (Instituto Costarricense de Electricidad, 2005).
38
3.2 Ubicación de los Puntos de Observación
El trabajo se realizó en el Campo Geotérmico Pailas y terrenos aledaños, en un área de
aproximadamente 3200 Ha que toman en consideración 56 puntos de observación
equidistanciados un kilómetro(figura 15).En el campo, se ubicó cada punto utilizando un
GPS Garmin Map 60CSx y una copia de la hoja cartográfica Curubandé 3148 III, escala
1:50 000 del Instituto Geográfico Nacional de Costa Rica. El acceso a los puntos de
observación fue hecho a pie, aprovechando los caminos locales para llegar lo más cerca
posible en carro.
Figura 15. Mapa de localización de los 56 puntos de observación.
Nota: El sistema de coordenadas es Costa Rica Lambert Norte. Léanse las coordenadas en kilómetros.
39
3.3 Trabajo Realizado
La metodología empleada consistió en dos principales actividades:
1) Trabajo de Campo
2) Trabajo de Oficina
La campaña de la medición de la temperatura del subsuelo empezó el 20 de junio del año
2008 y finalizó el 6 de setiembre del 2009, para determinar si existe alguna oscilación
significativa en la temperatura del subsuelo durante las diferentes épocas del año en
suelos no térmicamente activos.
En total se efectuaron cinco recorridos del área de estudio, los cuales comprendieron: 1)
una primera visita para localizar los puntos en el campo y realizar las perforaciones y 2)
cuatro visitas más que comprendieron periodos de medición correspondientes a diferentes
épocas del año.En total, el trabajo de campo fue realizado durante el periodo de 15
meses, con un mínimo de tres meses y un máximo de cinco meses entre cada periodo de
medición. En este trabajo se entiende periodo de medición como un recorrido completo
del área de estudio en el cual se visita cada punto de observación sin repeticiones para
obtener un único registro de la temperatura del subsueloy del aire por cada punto de
observación, correspondiente a una época particular del año. Esto obligó a que un mismo
periodo de medición comprendiera varias visitas al campo y en diferentes fechas.
Se determinó el uso del suelo en el campo (Bosque, Pastizal, Plantación o Pastos
Naturales) de acuerdo con la ubicación de cada punto de muestreo. Utilizando una brújula
Brunton con clinómetro incorporado, se determinó el aspecto topográfico y la ondulación
topográfica.
Se empleó una perforadora manual de tipo “auger”,para realizar perforaciones de 3 cm de
diámetro hasta una profundidad de entre 23 a 167cm con el fin de medir periódicamente
la temperatura del subsuelo en el fondo de las perforaciones y para confeccionar la
descripción de la columna pedológicapara cada punto de observación. Además se intentó
recuperar una muestra del fondo de las perforaciones para su respectivo análisis en el
laboratorio.
Después de hacer las perforaciones se les colocó con un tubo de PVC de 1 pulgada de
diámetro que cubre la longitud de la perforación, abierto en el extremo inferior y con un
40
tapón en el otro extremo para asegurar que no ingresaran aguas pluviales ni de
escorrentía dentro de la perforación, ni que tampoco se llenara de tierra ni hojas.
La perforadora tipo auger que se empleó se compone de cinco secciones que, cuando
todas están armadas, permite alcanzar una profundidad máxima de 165 cm.
Para la medición de la temperatura se utilizó un termopar tipo T y un Termómetro
Datalogger de doble entrada Modelo Easy View EA15 de EXTECH.
Aunado a la medida de la temperatura del subsuelo, se determinó, en el primer periodo de
mediciones, el gradiente térmico del suelo tomando datos de temperatura a las
profundidades de 5 cm, 10 cm, 20 cm, 50 cm, 100 cm y 150 cm (o hasta donde el
subsuelo permitiera), con la finalidad de estimar el flujo de calor en cada punto de
observación. Estas mediciones se efectuaron una sola vez, bajo el fundamento de que 50
cm es suficiente profundidad para definir la temperatura media anual del suelo (Natural
Resources Conservation Service, 1999). El interés principal era ver cómo variaba la
temperatura del subsuelo a partir de la temperatura media anual del subsuelo en el
cálculo del flujo de calor. En las sucesivas visitas al campo solo se midió la temperatura
en el fondo de las perforaciones.
Además de la temperatura del subsuelo, se registró la temperatura del aire, a una altura
de 1,5 m sobre el suelo, reduciendo así el albedo, para comparar la posible oscilación de
esta con respecto a la temperatura del subsuelodurante el año.
La toma de la medida de temperatura del suelo y del aire fue durante horas diurnas y se
prolongó hasta alcanzar una estabilidad de +/- 0,1ºK por un período de un minuto. Para
esto, la temperatura del subsuelo llegaba a estabilizarse muy bien en un periodo de cinco
minutos en todos los casos, mientras que en repetidas ocasiones la temperatura del aire
no llegaba a estabilizarse por ser sensible a cambios en temperatura debido al viento y
movimiento de las nubes.
Enel primer periodo de mediciones en cada uno de los puntos de observación, se tomaron
datos de: 1) la temperatura del aire, 2) del gradiente térmico y 3) la temperatura del
subsuelo en el fondo de las perforaciones, cuya profundidad varió en todo el campo entre
23 cm (TS-010) y 167 cm (TS-005), para un rango de 144 cm y un promedio de 121 cm.
41
Siguiendo lo propuesto porCoolbaugh (2006 a y b), se utilizaron solamente los gradientes
más profundos, de manera que solo se toman en consideración aquellos gradientes
obtenidos por debajo de 100 cm para el cálculo del flujo de calor,dado que son los más
representativos para tal fin.
La temperatura del subsuelo en el fondo de las perforacionescon revestimiento coincidió
bastante bien con la temperatura determinada a la misma profundidad en perforaciones
sin revestimiento. En lossubsiguientes periodos de medición,se midió únicamente la
temperatura del aire y la temperatura del subsueloen el fondo las perforaciones, con la
finalidad de determinar cómo varían estos valores entre si durante el año. Según Manzela
(s.f.), la temperatura del subsuelo medido periódicamente durante un año genera datos
que pueden ser utilizados para determinar un valor representativo del flujo del calor desde
el interior de la tierra (mW/m2).
En la oficina se ingresaron todos los datos deen una base de datos creada en Microsoft
Access,para posteriormente exportarlos a otros programas según el manejo de los datos
que se requería. Se utilizó Microsoft Excel para la creación de cuadros y el análisis
estadístico de los datos. El programa MassGIS (un sistema de información geográfica
gratuita) fue utilizado para el análisis espacial de los datos. Se empleó Surfer y Grapher
(de Golden Software) para la confección de mapas de contornos y diagramas ternarios,
respectivamente. Con Microsoft Powerpoint se diseño algunas figuras y el texto de esta
tesis fue escrito utilizando Microsoft Word.
Para normalizar los datos se calculó el valor Z, considerando un nivel de confianza de
95% (α=0,05) para lo cual el valor crítico correspondiente es 1,645 en una prueba de una
cola (Anexo 1).
Para el análisis estadístico se emplearon métodos no paramétricos (Kruskal-Wallis, Mann
Whitney y el coeficiente de correlación de Spearman).
42
4 RESULTADOS
La temperatura media anual poblacional delsubsuelo (N=56) osciló entre 292,35 y 300,85
°K con una media de 296,62 + 1,70K°.
Hubo tres puntos de observación con un valor Z superior a 1,645 (>/= 300,15°K), los
cuales podrían ser anomalías (Anexo 1).
Con la finalidad de determinar si la temperatura media anual del subsuelo puede ser
utilizada como un indicador ambiental para la prospección geotérmica, se calculó el H de
la pruebaKruskal-Wallispara los entisoles e inceptisoles no térmicamente activos que
prevalecen (cuadro 7), los cuales son de poblaciones significativamente diferentes
(Kruskal-Wallis; H: 14,23; p=1,62 x 10-4).
Cuadro 7. Prueba Kruskal-Wallis para determinar la equivalencia de medias de la temperatura media anual del subsuelo en los entisoles e inceptisoles.
Grupo n ΣR ΣR^2 / n SSbg(R) Media H Valor p
Entisol 19 759,5 30360,01 3785,69559 266 14,23194 1,62 x 10-04
Inceptisol 37 836,5 18911.68
Totales 56 1596 45486
Por la diferencia significativa entre la temperatura media anual del subsuelo en los
entisoles e inceptisoles, se comparan estos dos tipos de suelo (figura 16) mediante
análisis no paramétrico (Kruskal-Wallis y Mann-Whitney) tomando en cuenta las variables
nominales y las variables de intervalo (Cuadro 8) y de su textura (figura 17)con la
finalidad de determinar si alguna de estas variables se puede utilizar en conjunto con la
temperatura media anual del subsuelo como un indicador ambiental para la prospección
geotérmica.
43
Figura 16. Puntos de observación y distribución de los tipos de suelo en el área de estudio (N=56).
Nota: La temperatura del subsuelo fue medido dentro y fuera del Parque Nacional Rincón de la Vieja.El sistema de coordenadas es Costa Rica Lambert Norte. Léanse las coordenadas en kilómetros.
44
Cuadro 8. Datos generales de los puntos de observación. (TMAS: Temperatura media anual del suelo; TMAA: Temperatura media anual del aire; Este y Norte: coordenadas Lambert Costa Rica Norte; Prof: Profundidad; dT/dz: Gradiente térmico; Q: Flujo de Calor).
Punto de Observación
Tipo de Suelo
Uso del Suelo
Unidad Geológica
Textura TMAS (°K)
TMAA (°K)
Este Norte Elev. Prof. (cm)
Humedad Relativa
dT/dz (°K/cm)
Q (mW/m2)
Densidad aparente (g/cm3)
% Arenas
TS-001 Entisol Pastizal Formación Alcántaro
Arena Francosa
300,85 300,9 383000 301997 422 123 11,58 0,004 76 1,967 0,00
TS-002 Entisol Pastizal Formación Alcántaro
No Reportado
300,25 298 383997 302013 475 50 0 0,000 0 0,000 0,00
TS-003 Entisol Bosque Formación Alcántaro
No Reportado
297,85 299,3 385007 302000 516 47 4,13 0,000 0 2,379 83,99
TS-004 Entisol Pastizal Formación Alcántaro
Arena Francosa
300,15 302,8 386003 302004 511 166 27,68 0,000 0 1,316 79,78
TS-005 Entisol Bosque Formación Alcántaro
Arena Francosa
297,75 299,5 387001 302011 526 167 25,59 -0,012 -228 1,387 81,71
TS-006 Entisol Bosque Lahar No
Reportado 295,70 298,8 388047 302086 526 150 0 -0,002 0 0,000 0,00
TS-007 Entisol Bosque Formación
Pital Franco
Arenoso 296,22 298,9 388997 302005 583 150 13,43 0,008 152 1,878 63,86
TS-008 Entisol Bosque Formación
Liberia Arena
Francosa 297,25 299,3 389952 301955 580 146 1,46 0,028 532 2,550 83,56
TS-009b Entisol Bosque Formación Alcántaro
Franco Arenoso
297,75 299,5 383001 303000 513 134 6,78 0,008 152 2,222 75,09
TS-010 Entisol Bosque Lahar Arena
Francosa 296,55 302,3 383997 303000 465 23 5,66 0,000 0 2,286 78,76
TS-011 Entisol Pastizal Formación
Pital No
Reportado 300,05 302,2 384998 302999 522 89 2,16 0,000 0 2,503 0,00
TS-012 Entisol Bosque Lahar Franco
Arenoso 297,25 301,6 385995 303003 563 157 25,92 0,000 0 1,375 75,08
TS-013 Entisol Pastizal Lahar Arena
Francosa 299,25 303,6 387000 303001 588 163 29,66 0,005 95 1,252 84,58
TS-014 Entisol Bosque Lahar No
Reportado 296,35 299,6 387999 302999 620 135,5 24,64 -0,001 0 0,000 0,00
TS-015 Entisol Bosque Formación
Pital Franco
Arenoso 297,25 299,8 389014 303004 599 75 5,35 0,000 0 2,305 72,72
45
Punto de Observación
Tipo de Suelo
Uso del Suelo
Unidad Geológica
Textura TMAS (°K)
TMAA (°K)
Este Norte Elev. Prof. Humedad Relativa
dT/dz (°K/cm)
Q (mW/m2)
Densidad aparente (g/cm3)
% Arenas
TS-016 Entisol Pastizal Formación
Pital Arena
Francosa 298,40 299,7 389999 303002 622 150 13,37 -0,001 -19 1,881 81,56
TS-017 Entisol Bosque Lahar Arena
Francosa 296,90 300,5 384005 304006 522 165,5 33,05 -0,004 -76 1,148 80,49
TS-018 Entisol Bosque Formación
Pital Franco
Arenoso 296,70 300,7 384979 304004 536 150 26,99 -0,024 -456 1,339 64,07
TS-019 Entisol Plantación Lahar Arena
Francosa 298,95 301,5 385995 304007 573 91 15,08 0,000 0 1,802 82,99
TS-020 Inceptisol Bosque Lahar Franco
Arenoso 297,75 301 387009 304002 617 64 24,55 0,000 0 1,423 68,48
TS-021 Inceptisol Bosque Lahar Arena 297,05 299,8 388009 304001 620 90 24,36 0,000 0 1,430 89,57
TS-022 Inceptisol Bosque Lahar Arena
Francosa 296,18 299,7 388997 303999 693 167 26,81 -0,010 -190 1,345 80,74
TS-023 Inceptisol Bosque Lahar Franco
Arenoso 297,35 300,8 390000 304002 711 164,5 23,05 0,001 19 1,477 70,74
TS-024 Inceptisol Bosque Lahar Arena 297,48 299,3 385003 304996 571 59 7,37 0,000 0 2,189 87,70
TS-025 Inceptisol Bosque Lahar Arena 296,68 298,9 386003 305000 628 66 11,71 0,000 0 1,961 89,34
TS-026 Inceptisol Bosque Lahar Arena
Francosa 297,15 298,9 386999 305002 654 42 18,83 0,000 0 1,641 83,58
TS-027 Inceptisol Pastizal Lahar Arena 298,25 300,5 388006 305003 693 90 12,06 -0,004 -232 1,944 90,56
TS-028 Inceptisol Bosque Lahar Arena 296,45 297,5 389005 305003 723 42 24,12 0,000 0 1,438 92,71
TS-029 Inceptisol Bosque Lavas
Andesíticas Arena
Francosa 295,15 297,1 390000 304997 798 160 16,17 0,002 38 1,754 81,47
TS-030 Inceptisol Bosque Lavas
Andesíticas Arena
Francosa 296,35 296,8 384994 305999 646 154 20,23 0,002 38 1,585 80,50
TS-031 Inceptisol Bosque Lavas
Andesíticas Arena
Francosa 296,55 300,6 385996 306005 731 155 25,56 -0,006 -114 1,387 78,92
TS-032 Inceptisol Bosque Lahar Arena
Francosa 297,65 297,4 387070 305945 763 165 21,21 -0,002 -38 1,547 78,40
46
Punto de Observación
Tipo de Suelo
Uso del Suelo
Unidad Geológica
Textura TMAS (°K)
TMAA (°K)
Este Norte Elev. Prof. Humedad Relativa
dT/dz (°K/cm)
Q (mW/m2)
Densidad aparente (g/cm3)
% Arenas
TS-033 Inceptisol Bosque Lavas
Andesíticas Arena
Francosa 294,65 297,5 387991 305998 765 83 26,87 0,000 0 1,343 84,60
TS-035 Inceptisol Bosque Lavas
Andesíticas Arena
Francosa 294,95 295,7 389510 306070 805 79 10,26 0,008 152 2,037 79,74
TS-036 Inceptisol Bosque Lavas
Andesíticas Franco
Arenoso 296,85 297,3 382993 306984 632 114 15,4 0,006 114 2,239 74,14
TS-037 Inceptisol Bosque Lavas
Andesíticas Arena
Francosa 295,55 298,5 383993 306990 698 130 29,51 0,010 190 1,902 84,84
TS-038 Inceptisol Pastos
Naturales Lavas
Andesíticas Franco
Arenoso 297,95 301,6 384968 307021 746 59 17,67 0,000 0 1,689 72,08
TS-039 Inceptisol Bosque Lavas
Andesíticas Franco
Arenoso 294,95 298,9 385996 307001 766 90 12,59 0,000 0 1,918 77,45
TS-040 Inceptisol Bosque Lavas
Andesíticas Franco
Arenoso 296,35 296,1 386985 307009 804 144,5 31,15 0,010 190 1,205 66,46
TS-041 Inceptisol Bosque Lavas
Andesíticas Franco
Arenoso 295,05 295,2 387982 306970 832 113 24,49 -0,003 -57 1,425 72,97
TS-042 Inceptisol Bosque Lavas
Andesíticas No
Reportado 293,95 295,6 388946 306986 866 85 0 0,000 0 0,000 0,00
TS-044 Inceptisol Pastizal Lavas
Andesíticas Franco
Arenoso 298,15 299,2 382000 307996 627 159 27,79 0,008 152 1,312 73,23
TS-045 Inceptisol Pastizal Lavas
Andesíticas Franco
Arenoso 298,35 299,2 383002 308002 680 150 15,4 0,006 114 1,788 72,45
TS-046 Inceptisol Pastizal Lavas
Andesíticas Franco
Arenoso 297,65 298,9 384003 307998 774 150 26,11 -0,002 -38 1,341 76,39
TS-047 Inceptisol Pastos
Naturales Lavas
Andesíticas Franco
Arenoso 296,15 299,5 384999 307998 859 50 14,78 -0,002 -38 1,816 71,54
TS-048 Inceptisol Pastos
Naturales Lavas
Andesíticas Arena
Francosa 293,55 297,2 385997 307995 928 158 15,56 -0,004 -76 1,781 81,63
TS-049 Inceptisol Bosque Lavas
Andesíticas Franco
Arenoso 294,75 297,8 387060 307829 953 69 7,52 0,000 0 2,180 74,25
TS-051 Inceptisol Bosque Productos Recientes
Franco Arenoso
293,75 293,7 388756 308017 1057 127 26,65 -0,004 -76 1,350 76,61
47
Punto de Observación
Tipo de Suelo
Uso del Suelo
Unidad Geológica
Textura TMAS (°K)
TMAA (°K)
Este Norte Elev. Prof. Humedad Relativa
dT/dz (°K/cm)
Q (mW/m2)
Densidad aparente (g/cm3)
% Arenas
TS-052 Inceptisol Bosque Lavas
Andesíticas No
Reportado 295,45 296,6 382998 308995 793 166 20,16 0,000 0 1,588 0,00
TS-053 Inceptisol Pastizal Lavas
Andesíticas No
Reportado 297,35 301 384005 308995 873 162 29,51 -0,008 0 1,425 0,00
TS-054 Inceptisol Pastizal Lavas
Andesíticas Arena
Francosa 295,85 299,6 384995 309006 998 156 26,11 0,000 0 1,256 77,13
TS-055 Inceptisol Pastos
Naturales Lavas
Andesíticas Franco
Arenoso 294,05 298,5 385932 308987 1102 144 26,11 0,006 114 1,369 73,82
TS-056 Inceptisol Pastos
Naturales Lavas
Andesíticas
Franco Areno
Arcilloso 292,35 295,1 386995 308988 1262 160 16,79 0,008 288 1,727 50,79
TS-058 Inceptisol Bosque Lavas
Andesíticas Franco
Arenoso 295,45 297,5 384003 309999 911 152 18,85 0,004 76 1,640 64,90
TS-059 Inceptisol Pastos
Naturales Lavas
Andesíticas Arena
Francosa 294,95 298,7 384954 310037 1059 150 15,24 0,002 38 1,795 81,04
TS-060 Inceptisol Bosque Productos Recientes
Franco Arenoso
294,05 298,3 386048 309891 1291 150 0 0,004 76 1,115 72,14
48
TEXTURA DEL SUBSUELO
Figura 17. Clasificación textural del subsuelo (N = 48).
Nota: La textura del suelo oscila entre arena francosa y franco arenoso (87%) con cinco muestras que clasificaron como arena y uno como franco areno arcilloso.Además, se observa mayor varianza en la textura de los inceptisoles que la de los entisoles.
49
4.1 Temperatura Media en los Entisoles
Los entisoles abarcan la parte sur del área de estudio y comprenden 19 puntos de observación
entre las elevaciones 422 y 622 m.s.n.m y las perforaciones realizadas en estos suelos
oscilaron entre 23 y 166 cm.La temperatura media anual del subsuelo fue 297,84 +/- 1,40 °K,
mientras que la temperatura media anual del aire fue 300,40 +/- 1,53 °K (cuadro 9).
Cuadro 9. Análisis descriptivo de la temperatura media anual del subsuelo y del aire en los entisoles.
Medida estadística Temperatura (°K)
Subsuelo Aire
Media 297,84 300,40
Error típico 0,32 0,35
Mediana 297,25 299,75
Moda 297,25 299,25
Desviación estándar 1,40 1,53
Varianza de la muestra 1,96 2,33
Curtosis 0,06 -0,58
Coeficiente de asimetría 0,90 0,53
Rango 5,15 5,60
Mínimo 295,70 297,95
Máximo 300,85 303,55
Suma 5659,05 5707,55
Cuenta 19 19
Nivel de confianza (95,0%) 0,67 0,74
Se observauna relación inversa entre la temperatura del subsuelo y la elevación, mientras que
la relación con la temperatura del aire es positiva (cuadro 10, figura 19).
50
Cuadro 10. Coeficientes de correlación de Spearman (r’) para las variables ambientales de intervalo respecto a la temperatura media anual del subsuelo en los entisoles (N = 19; p < 0,05 en negrita).
TMAA Este Norte Elev Prof Humedad Relativa dT/dz Q Densidad Aparente % Arenas
Spearman´s 0,165 -0,309 -0,243 -0,314 0,049 0,089 0,317 0,154 0,060 0,128
TMAA: Temperatura media anual del aire; Este y Norte se refieren a las coordenadas norte y este, Prof: Profundidad; dT/dz: Gradiente térmico; Q: flujo de calor (mW/m
2).
Figura 18. Temperatura media anual del subsueloen los entisoles y del aireen el área de estudio a diferentes elevaciones.
La temperatura del subsuelo disminuye adiabáticamente conforme se asciende en elevación a
razón de aproximadamente 1,1 °K por cada 100 metros (r’ = -0,314) y aumenta a razón de
aproximadamente 0,22 °K por cada grado de incremento de la temperatura del aire (r’ = 0,165),
lo cualnoes significativo estadísticamente(p >0,05).
51
Para una población muestral de 19, el valor crítico para el coeficiente de correlación de
Spearman en una prueba de una cola (p < 0,05) es 0,391. Ninguna de las variables superó ese
valor, y por tanto se debe aceptar la hipótesis nula de que no existe una relación significativa
entre la temperatura del subsuelo y las variables medidas en los entisoles.
Los entisoles en el área de estudio albergan pastizales y bosque, además de una plantación de
Bombacopsis quinata.Hubo significativamente más puntos de observación en el tipo bosque
que en los otros tipos de uso del suelo (Chi cuadrado; gl=2; 𝑋2 = 9,58; p < 0,05).Hubouna
diferenciasignificativa en la distribución de la temperatura del subsuelo en los diferentes
usos de suelo (Kruskal-Wallis, H=6,876; p=3,212 x 10-2). Las mayores temperaturas del
subsuelo fueron observadas en los tipos de uso pastizal y en la plantación de Bombacopsis
quinata, mientras que las menores fueron observadas en el tipo bosque. En los bosquesla
temperatura media anual del subsuelo fuesignificativamente menorque en los otros usos de
suelo(Mann-Whitney;U2 = 11;p=4,397 x 10-3), mientras que en los pastizales la temperatura del
subsuelo fue significativamente mayor (Mann-Whitney; U = 13; p = 1,129 x 10-2).
Los entisoles en el área de estudio se desarrollaron sobre las unidades geológicas de
Formación Alcántaro, Formación Liberia, Formación Pital y el lahar.No hubo una diferencia
significativa en la cantidad de puntos de observación en los diferentes unidades geológicas
(Chi cuadrado; gl=3; 𝑋2 = 4,04; p > 0,05).Nohubo una diferencia significativa en la
distribución de la temperatura media anual del subsuelo sobre las diferentes unidades
geológicas(Kruskal-Wallis, H=5,907; p=1,162 x 10-1).
La textura del subsuelo de los entisoles en el área de estudio fue categorizada en arena
francosa y franco arenoso, además de algunos sitios donde la textura del subsuelo no fue
reportada.No hubo una diferencia significativa en la cantidad de puntos de observación en
los diferentes texturas del subsuelo (Chi cuadrado; gl=2; 𝑋2 = 1,68; p > 0,05).No hubo una
diferencia significativa en la distribución de la temperatura media anual del subsuelo en
las diferentes texturas del subsuelo(Kruskal-Wallis; H=1,955; p=3,762 x 10-1).
52
4.2 Temperatura media en los inceptisoles
Los inceptisoles abarcan la parte norte del área de estudio y comprenden 37 puntos de
observación entre las elevaciones 571 y 1291 m.s.n.m, y las perforaciones realizadas en estos
suelos oscilaron entre 42 y 167 cm. La temperatura media anual del subsuelo fue 296,00 +/-
1,52°K, mientras que la temperatura media anual del aire fue 298,20 +/- 1,86°K (cuadro 11)
Cuadro 11. Análisis descriptivo de la temperatura media anual del subsuelo y del aire en los inceptisoles.
Medida estadística Temperatura (°K)
Subsuelo Aire
Media 296,00 298,21
Error típico 0,25 0,31
Mediana 296,18 298,45
Moda 294,95 298,85
Desviación estándar 1,52 1,86
Varianza de la muestra 2,31 3,47
Curtosis -0,63 -0,27
Coeficiente de asimetría -0,34 -0,36
Rango 6,00 7,90
Mínimo 292,35 293,65
Máximo 298,35 301,55
Suma 10952,13 11033,65
Cuenta 37,00 37,00
Nivel de confianza (95,0%) 0,51 0,62
Se observa una relación inversa con la temperatura conforme se asciende en elevación, la cual
es más pronunciada en el subsuelo que en el aire (cuadro 12, figura 19).
53
Cuadro 12. Coeficientes de correlación de Spearman (r’) para las variables ambientales de intervalo respecto a la temperatura media anual del subsuelo en los inceptisoles (N = 37; p < 0,05 en negrita).
TMAA Este Norte Elev Prof Humedad Relativa
dT/dz Q Densidad Aparente
% Arenas
Spearman's 0,660 -0,245 -0,369 -0,743 -0,064 0,164 -0,082 -0,077 0,087 0,093
TMAS: temperatura media anual del subsuelo; TMAA: temperatura media anual del aire; Este y Norte se refieren a las coordenadas norte y este, Prof: Profundidad; dT/dz: Gradiente térmico; Q: flujo de calor (mW/m
2).
Figura 19. Temperatura media anual del subsuelo en los inceptisoles y del aire en el área de estudio a diferentes elevaciones.
La temperatura media anual del suelo en los inceptisoles disminuye adiabáticamente conforme
se asciende en elevación a razón de aproximadamente 0,66 °K por cada 100 metros (r’ = -
54
0,743), y aumenta a razón de aproximadamente 0,54 °K por cada grado de incremento de la
temperatura del aire (r’ = -0,660), los cualesson significativos estadísticamente(p < 0,05).
Para una población muestral de 37, el valor crítico para el coeficiente de correlación de
Spearman en una prueba de una cola (p < 0,05) es 0,275.Además de la elevación y la
temperatura del aire, la coordenada norte es una variable significativa (r = -0,369; p < 0,05).
Dado que el valor absoluto calculado de r’ supera al valor crítico respecto a la elevación, la
temperatura del aire y la coordenada norte; se rechaza la hipótesis nula y acepta la hipótesis
alternativa de que existe unarelación lineal significativa entre estas variables y la
temperatura del subsuelo en los inceptisoles.
Los inceptisoles albergan bosque y pastizales, además de pastos naturales. Hubo
significativativamente más puntos de observación en bosque que en los otros tipos de uso de
suelo (Chi cuadrado; gl=2; 𝑋2 = 19,51; p < 0,05). Hubo una diferenciasignificativa en la
distribución de la temperatura del subsuelo en los diferentes usos de suelo (Kruskal-
Wallis; H=7,348; p=2,537 x 10-2).Las mayores temperaturas del subsuelo fueron observadas en
pastizal, mientras que las menores fueron observadas en pastos naturales y bosque. En los
pastizalesla temperatura media anual del subsuelo fuesignificativamente mayor que en los
otros usos de suelo (Mann-Whitney; U = 36; p=9,421 x 10-3), mientras que en los pastos
naturalesfuesignificativamente menor(Mann-Whitney; U = 53; p=4,966 x 10-2).
Los inceptisoles se desarrollaron sobre las unidades geológicas de lahar, lavas andesíticas y
productos recientes. Hubo significativamente más puntos de observaciónen lavas andesíticas
que en las otras unidades geológicas (Chi cuadrado; gl=2; 𝑋2 = 22,11; p < 0,05).Hubo una
diferenciasignificativa en la distribución de la temperatura del subsuelo sobre las
diferentes unidades geológicas(Kruskal-Wallis; H=13,127; p=1,411 x 10-3).Las mayores
temperaturas del suelo se presentaron en el lahar, mientras que las menores fueron observadas
en productos recientes.Sobre el laharla temperatura media anual del subsuelo fue
significativamente mayorque sobre las otras litologías(Mann-Whitney; U = 41; p=6,528 x 10-4).
La textura del subsuelo en los inceptisoles fue categorizada en arena, arena francosa, franco
areno arcilloso y franco arenoso, con algunos suelos sin reportar. Hubo significativamente
más puntos de observación en franco arenoso que en las otras texturas del subsuelo (Chi
cuadrado; gl=4; 𝑋2 = 18,15; p < 0,05).Nohubo una diferenciasignificativa en la distribución
de la temperatura media anual en las diferentes texturas del subsuelo (Kruskal-Wallis;
H=7,375; p=1,173 x 10-1).
55
Estos son los primeros datos reportados de la temperatura media anual del subsuelo en los
inceptisoles y entisoles no térmicamente activos que prevalecen en la falda pacífica del
complejo volcánico Rincón de la Vieja para la prospección geotérmica sostenible, por lo cual se
resumen algunos datos estadísticos (cuadro 13).
Cuadro 13. Resumen de los datos estadísticos generales de la temperatura del subsuelo en el área de estudio.
Entisoles Inceptisoles
Tamaño de la muestra 19 37
Temperatura máxima del subsuelo
(°K) 300,85 298,35
Temperatura mínima del subsuelo
(°K) 295,70 292,35
Temperatura media anual del subsuelo
(°K) 297,84 +/- 1,40 296,00 +/- 1,52
Elevación (valor p según Spearman’s)
9.52 x 10-2 7,00 x 10-8
Temperatura del aire (valor p según Spearman’s)
2.49 x 10-1 4,41 x 10-7
Uso del suelo (valor p según K-W)
3,212 x 10-2 2,537 x 10-2
Sustrato geológico (valor p según K-W)
1,162 x 10-1 1,411 x 10-3
Textura del subsuelo (valor p según K-W)
3,762 x 10-1 1,173 x 10-1
Existe una diferencia de aproximadamente 2°K en la temperatura media anual del subsuelo
entre los entisoles e inceptisoles.En el caso de los entisoles, la temperatura media anual del
subsuelo es afectada significativamente solo por el uso del suelo. En cambio, la temperatura
media anual del subsuelo en los inceptisoles varía significativamente en función de la elevación,
la temperatura del aire, el uso del subsuelo y el sustrato geológico.
Para determinar si existe alguna influencia significativa sobre la temperatura media anual del
subsuelo en los entisoles e inceptisoles por efecto de la onda térmica anual se analiza las
tendencias correspondientes.
56
4.3 Comportamiento de la onda térmica anual en los entisoles e inceptisoles
Dado que la temperatura media anual del subsuelo es un promedio de cuatro mediciones de
temperatura tomadas en un mismo punto durante diferentes épocas del año, y para cuantificar
el efecto estacional sobre la temperatura media del subsuelo, se presentan a continuación los
datos de los cuatro periodos de mediciones en los inceptisoles y entisoles (cuadro 14, figura
23).
Cuadro 14. Datos generales de la temperatura media del subsuelo en los entisoles e inceptisoles durante los cuatro periodos de medición.
Periodo de medición
Fechas 𝑥
Entisoles 𝑥
Inceptisoles 1 20/06/2008 – 27/11/2008 298,26 296,23 2 11/10/2008 – 06/03/2009 295,87 294,20 3 03/03/2009 – 13/06/2009 298,92 296,63 4 04/06/2009 –06/09/2009 298,75 296,70
Figura 20. Oscilación de la temperatura media del subsuelo en los entisoles (N=19) e inceptisoles (N=37) en el área de estudio durante el año.
57
La temperatura media anual del subsuelo de los entisoles es significativamente mayor que en
los inceptisoles(Wann-Whitney; U: 133,5; z=3,773; p=8,08 x 10-5).No obstante, la oscilación en
la temperatura del subsuelo durante los cuatro periodos de medición no fue significativa en
ninguno de los dos tipos de suelo respecto a la temperatura media anual (cuadro 15).
Cuadro 15. Determinación del valor p para la oscilación de la temperatura del subsuelo durante los cuatro periodos de medición.
Entisoles Inceptisoles
Tamaño de la muestra 4 4
Temperatura máxima del subsuelo
(°K) 298,92 296,70
Temperatura mínima del subsuelo
(°K) 295,87 294,20
Temperatura media anual del subsuelo
(°K) 297,95 +/- 1,41 295,94 +/- 1,17
Coeficiente de Correlación 0,412 0,420
Onda térmica anual (Valor p)
2,94 x 10-1 2,90 x 10-1
Para posiblemente determinar el grado de afectación a la temperatura del subsuelo de los
entisoles e inceptisoles durante el año a diferentes elevaciones,se presenta a continuación las
regresiones linealescorrespondientes para los cuatro periodos de medición (figura 21, cuadro
16).
58
Entisoles Inceptisoles
Figura 21. Regresiones lineales de la temperatura del subsuelo en los entisoles (N=19) e inceptisoles (N=37) durante el año.
59
Cuadro 16. Determinación del valor p para las correlaciones lineales entre la temperatura del subsuelo de los entisoles (N=19) y los inceptisoles (N=37) respecto a la elevación en los cuatro periodos de medición.
Periodo de medición
Entisoles (R)
Inceptisoles (R)
Entisoles (Valor p)
Inceptisoles (Valor p)
Primer -0,330 -0,660 0,083 4,410 x 10-6
Segundo 0 -0,573 0,500 1,050 x 10-4
Tercer -0,687 -0,508 5,782 x 10-4 6,641 x 10-4
Cuarto -0,479 -0,749 1,899 x 10-2 5.000 x 10-8
R: Coeficiente de correlación de Spearman. p<0.05 en negrita.
En los inceptisoles el coeficiente de correlación de Pearson muestra una relación lineal
inversasignificativa con la elevación durante todo el año (valor p < 0,05), mientras que en los
entisoles,a pesar de que existe una relación lineal inversa con respecto a la elevación, solo fue
significativa durante el tercer y cuarto periodo de medición (Cuadro 16).
Las variables medidas inciden más,significativamente,a la temperatura media anual del
subsuelo de los inceptisoles que de los entisoles. Por tanto se realiza a continuación una
regresión lineal múltiple de la temperatura media anual del subsuelo en los inceptisoles con la
finalidad de posiblemente determinar sialguna de estas variablesmedidas puede ser utilizadaen
combinación con la temperatura de subsuelo como indicadores ambientales para la prospección
geotérmicasostenible.
4.4 Regresión linealmúltiple de los datos de la temperatura del subsuelo en los inceptisoles
En los inceptisoles, las variables de intervalo que tienen un efecto significativo sobre la
temperatura del subsuelo (de mayor a menor significancia) son: 1) la elevación, 2) la
temperatura del aire, y 3) la coordenada norte. Mientras tanto, las variables nominales son: 1)
el uso del suelo y 2) el sustrato geológico (Cuadro 17).
Cuadro 17. Variables utilizadas en la regresión lineal múltiple de la temperatura media de los inceptisoles.
Variable Coeficiente de correlación de
Spearman
Valor H de Kruskal-Wallis
Valor p
𝑥1 Elevación -0,743 7,00 x 10-8
𝑥2 Temperatura del aire 0,660 4,41 x 10-7
𝑥3 Coordenada Norte -0,369 1,23 x 10-2
𝑥4 Uso del suelo 7,348 2,537 x 10-2
𝑥5 Sustrato geológico 13,127 1,411 x 10-3
60
La regresión lineal múltiple correspondientese describe con la siguiente ecuación:
𝑦 = 195,57 − 0,005𝑥1 + 0,216𝑥2 + 1,288 × 10−4𝑥3 + (0,129…1,473)𝑥4 + −0,007…0,667 𝑥5 + 𝜀
El coeficiente de correlación R es de 0,9193 y el coeficiente de determinación R2 es de 0,8451
(Anexo 6) lo cual es una correlación estadísticamente significativa. De las variables incluidas en
la regresión, solamente resultaron significativas la elevación, la temperatura del aire y el uso del
suelo (pastizal). Al resolveresta regresión múltiple se encontrarondos puntos de
observación donde la residual estándar de la temperatura media anual del subsuelo es
mayor a 1,645, y por tanto podrían ser anomalías térmicas en el subsuelo (figuras 22 y 23).
Corresponden con los puntos de observación TS-038 y TS-040, y que al parecer no se logaran
explicar con un modelo lineal. Lo anterior apoya la hipótesis alternativa de que una temperatura
media anual del subsuelo estadísticamente mayor que la temperatura media anual poblacional
es detectable mediante la metodología empleadaen esta investigación.
Figura 22. Pronóstico de la temperatura media anual del subsuelo calculado a partir de una regresión múltiple de los datos estadísticamente significativosen los inceptisoles.
61
Figura 23. Residuales estándares de la temperatura media anual del subsuelo calculado a partir de una regresión múltiple de los datos estadísticamente significativos en los inceptisoles.
4.5 DistribuciónGeográfica de la Temperatura del Subsuelo en los Inceptisoles
Anteriormente se presentó que en los cuatro periodos de medición durante el año no se observó
una oscilación significativa en la temperatura media del subsuelo por efecto de la onda térmica
anual.Además, según la regresión lineal múltiple de la sección anterior, la temperatura media
anual del subsuelo en los inceptisoles es afectada significativamente por diferencias de
elevación, temperatura del aire,el uso del suelo y el sustrato geológico (cuadro 17).
Para una población de 37 puntos, el valor crítico para r (p<0,05) es 0,275 y los coeficientes de
correlación de Spearman (r’) de estas variables superan ese valor, además de los valores H de
Kruskal-Wallis (Cuadro 12).Por lo tanto, se acepta la hipótesis alternativa de que existe una
relación significativa entre la distribución geográfica y la temperatura media anual del subsuelo
en los inceptisoles (Figura 24).Los puntos de observación TS-038 y TS-040identificados en el
apartado anterior se localizan en el centro del área de estudio en un área grande de pastizal
rodeado por bosque.
62
Figura 24. Distribución espacial de la temperatura del subsuelo en los inceptisoles durante el periodo del 20 de junio de 2008 al 6 de setiembre de 2009.
Nota: Las tonalidades amarillas representan las temperaturas más altas del subsuelo y las tonalidades
celestes representan las temperaturas más bajas del subsuelo.
El rumbo NO-SE de los contornos de temperatura del subsuelo coincide con la orientación de
los contornos elevacionales. Además, se aprecia una tendencia de mayores temperaturas
hacia el sur y oeste en el sector de los inceptisoles, lo cual es estadísticamente
significativo(Cuadro12).
63
5 DISCUSIÓN
En esta investigación se obtuvieron los primeros datos del perfil de la temperatura del subsuelo
en los entisoles e inceptisoles de la falda pacífica del volcán Rincón de la Vieja mediante la
medición periódica de la temperatura del subsuelo en agujeros perforados hasta una
profundidad de entre 23 y 167 cm, para analizar cómo se relacionaban con la temperatura del
aire, la elevación, el uso del suelo, el sustrato geológico y la textura del subsuelo,con la finalidad
determinarsi podían ser utilizados como indicadoresambientales enla prospección geotérmica
sostenible.
La temperatura del subsuelo poblacional fue 296,62 + 1,70K° y al analizar el comportamiento de
la temperatura media del subsuelo en los entisoles e inceptisoles por separado, se determinó
que provienen de poblaciones estadísticamente diferentes (Kruskal-Wallis; H: 14,23; p=1,62 x
10-4). Lo anterior está asociado principalmente con diferencias de elevación y uso de suelo.
Las mayores temperaturas fueron medidas a las menores elevaciones y las menores
temperaturas a las mayores elevaciones, lo cual coincide con lo reportado por Melendez-Colom
(s.f.) para un estudio similar en Puerto Rico. Adicionalmente, se encontraron mayores
temperaturas del subsuelo en pastizales que en el bosque por una diferencia de unos 2 a 3°K, y
según Fosythe (2000) esto es posiblemente debido a que en el bosque hay menos radiación
solar incidente (RSi).
El perfil de la temperatura del subsuelo en este estudio fue menor que el perfil del aire por una
diferencia de 2,32°K en las medias. La oscilación anual de la temperatura del subsuelo en los
entisoles e inceptisoles no fue significativa y tampoco no se detectó la onda térmica bimodal.
Estos resultados son contrarios a lo reportado por Forsythe (2000), posiblemente por
diferencias en la densidad y frecuencia de muestreo.
Se logró determinar una clara disminución adiabática no significativa en los entisoles y
significativo para los inceptisoles,posiblemente debido al gradiente topográfico (que es más
inclinado en los inceptisoles por estar cubriendo principalmente a lavas andesíticas en la falda
del volcán). Adicionalmente, en los entisoles ninguno de las variables ambientales nominales
medidas afectaron significativamente a la temperatura media anual del subsuelo, mientras que
en los inceptisoles, la temperatura media anual del subsuelo se relacionó significativamente en
función del uso del suelo y el substrato geológico y ubicación geográfica.
64
Los inceptisoles desarrollados sobre las lavas andesíticas en el rango de 750 a 800 m s.n.m.
tienen temperaturas significativamente mayores que lavas andesíticas a otras
elevaciones,posiblemente por haberdiferencias en el uso del suelo, o por la influencia de alguna
estructura geológica profunda que aporta calor.El análisis estadístico de residuales de la
temperatura del subsuelo en los inceptisoles señala dos sitios en ese rango de elevaciones (TS-
038 y TS-040)que podrían ser anómalos por tener una temperatura media anual del subsuelo
significativamente mayor que la temperatura media anual poblacional y que podrían ayudar en
la prospección geotérmica.Estas anomalías podríanrelacionarsecon estructuras geológicas
sepultadas o manifestaciones termales fósiles en superficie (sinter, travertino), aunque estos no
fueron observados en el campo. Tambiénexiste la posibilidad de que se relacionen con aguas
termales someras o bien con una roca ígnea intrusiva situada a poca profundidad en ese sector,
la cual podría estar almacenando un calor remanente.Estos dos sitios se localizan sobre lahar y
lava andesítica en bosque y pastos naturales, respectivamente por lo cual entre las elevaciones
de 750 y 800 m estas variables ambientales podrían ser utilizadas junto con la temperatura del
subsuelo en los inceptisoles como indicadores ambientales que ayuden en la prospección
geotérmica del Campo Geotérmico Las Pailas.
65
6 CONCLUSIONES
1) La temperatura media anual poblacional del subsuelo en el área de estudio fue 296,62
+/- 1,70°K,y se clasifica dentro de los regímenes térmicos: térmico, isotérmico e
isohipertérmico.
2) La temperatura media anual del subsuelo en los inceptisoles es significativamente
menor que en los entisoles.
3) La temperatura media anual del subsuelo en los entisoles (N=19) fue 297,84 +/- 1,40°K.
4) Existe una relación lineal inversa no significativa entre la temperatura del subsuelo en
los entisoles respecto a la elevación.
5) La temperatura media anual del subsuelo en los pastizales desarrollados sobre los
entisoles es significativamente mayor que en los bosques y plantación.
6) No se observaron diferencias significativas en cuanto a la temperatura del subsuelo en
los entisoles respecto alsustrato geológico ni la textura del subsuelo.
7) La temperatura media anual del subsuelo en los inceptisoles (N=37) fue 296,0 +/-
1,51°K.
8) Existe una relación lineal inversa significativa entre la temperatura del subsuelo en los
inceptisoles respecto a la elevación.
9) Existe una relación significativa entre la temperatura del subsuelo en los inceptisoles
respecto a la temperatura del aire y la coordenada norte.
10) La temperatura media anual del subsuelo en los pastizales desarrollados sobre los
inceptisoles fuesignificativamente mayor que en los otros usos de suelo;en los pastos
naturales fue significativamente menor.
11) En los inceptisoles sobre el lahar la temperatura media anual del subsuelo fue
significativamente mayor que sobre las otras litologías.
12) Sobre la cuadrícula equidistanciado cada kilómetro se determinó quehay
significativamente más bosque que otros usos de suelo en el área de estudio.
66
13) La profundidad promedio de los agujeros en los entisoles fue 122,74 cm, mientras que
en los incpetisoles fue 119,43 cm. No obstante, la profundidad de la medida no fue una
variable significativa en la temperatura del subsuelo.
14) Las mediciones periódicas de la temperatura del subsuelo durante el año permitieron
observar un comportamiento estacional oscilante no significativode la temperatura del
subsuelo tanto en los entisoles como en los inceptisoles,que se interpreta como el efecto
de una baja onda térmica anual.
15) Los menores valores de la temperatura del subsuelo fueron detectados en el inicio de la
estación seca (diciembre), y permanecieron en aumento a través de la época seca hasta
alcanzar las mayores temperaturas medidas, previo a la época lluviosa (mayo), cuando
las temperaturas empezaron a disminuir.Esto podría ser el reflejo de la onda térmica
anual.
16) En los inceptisoles la temperatura media anual del subsuelo es afectada
significativamente por variables de intervalo (temperatura del aire, coordenadas
geográficas, elevación) y variables nominales (uso de suelo y sustrato geológico). En
cambio, en los entisoles solamente existe una diferencia significativa en la temperatura
del subsuelo por diferencias en el uso de suelo.
17) El gradiente térmico varió entre -0,006 y 0,016 ºK/cm a partir de los 50 cm, y que los
primeros 20 cm de suelo no pueden ser utilizados para determinar el gradiente térmico,
dado que la temperatura medida a estas profundidades está fuertemente afectada por la
onda térmica diurna y el efecto de albedo, así que era muy común encontrar un
pronunciado enfriamiento del suelo en ese rango, posiblemente debido a la evaporación.
18) Existe un gradiente conductivo entre 20 y 50 cm de profundidad y entre los 50 y 150 cm,
la temperatura varió menos que 1ºC en la mayoría de los puntos de observación, lo cual
sugiere que cualquier variación en la onda térmica diurna entre 50 y 150 cm es mínima y
en muchos casos prácticamente nula.
19) Tanto en los entisoles como en los inceptisoles, la temperatura media anual del
subsuelo es significativamente más alta en los pastizales que en los bosques.
20) En los inceptisoles, existe una relación estadísticamente significativa entre la
temperatura media anual del subsuelo y la temperatura del aire, la elevación, el uso del
67
suelo y el sustrato geológico de manera que una alta temperatura del subsuelo en el
bosque, desarrollado sobre lavas andesíticas, es un indicador ambiental para la
prospección geotérmico sostenible cada vez más significativa mientras a mayor
elevación está.
68
7 RECOMENDACIONES
Adicionales investigaciones geotérmicas, incluyendo medidas de la Tsubsuelo, deben llevarse a
cabo entre las elevaciones de 750 – 850 m.s.n.m. en el Campo Geotérmico Las Pailas,
posiblemente enfocándose específicamente en el flujo de calor (mW/m2) en la zonas
fumarólicas para determinar la orientación y extensión de la fuente de calor de las mismas,
además de en los sitios de TS-038 y TS-040.
Se sugiere el uso de mediciones de la Tsubsuelo en agujeros de 1 – 2 m en otros campos
geotérmicos alrededor del mundo, para complementar los datos geocientíficos existentes y así
determinar si funciona este tipo de prospección geotérmica en otras partes del mundo.
Se recomiendaninvestigaciones geocientíficas adicionales, que incluyan estudios detallados de
la temperatura del subsuelo tanto como investigaciones geoquímicas al nivel del subsuelo (flujo
de CO2, Hg, As, Rn), y se enfoquen específicamente entre las elevaciones de 750 – 850
m.s.n.m. en el Campo Geotérmico Pailas y los puntos en el campo donde parecen existir
anomalías térmicas según esta investigación (TS-038 y TS-040).
Series de dataloggers han sido utilizados en otros estudios, y de contar con el equipo se
recomienda usarlos según la siguiente configuración. Se entierran cinco dataloggersa diferentes
profundidades (0 cm, 50 cm, 100 cm, 150 cm, y 200 cm) para conseguir series temporales de la
temperatura del subsuelo durante periodos de 24 horas, y así determinar hasta qué profundidad
penetra la honda térmica diurna en diferentes áreas y conseguir datos más confiables del
gradiente térmico del subsuelo y del flujo de calor (mW/m2). De realizar este tipo de estudio, se
sugiere utilizar un RTD (o serie de RTDs), dado que comercialmente estos son los tipos de
termómetros que se utilizan para calibrar las mediciones de los termopares.
Son útiles los métodos ópticos pasivos mediante el uso de imágenes satelitales tipo ASTER
(Advanced Spaceborn Thermal Emission and Reflection Radiometer), empleando las bandas 4,
5 y 6, para cartografiar el calor del suelo. En el caso de que la deteccion sea debil o
despreciable con las imagenes ASTER corregidas, es importante considerar el uso de metodos
activos que emplean las micro-ondas de radar en la confección de imágenes térmicas infra-
rojas (TIR) las cuales pueden penetrar unos pocos metros debajo de la superficie y,en
combinación con el análisis multispectral, puede resaltar anomalías.
69
Complementariamente, es importante considerar estudiar el perfil del suelo a nivel de unidades
cartográficas, debido a la posible hidromorfía edáfica que puede influir en los resultados,
especialmente en el subsuelo. Entre los factores que están relacionados con la hidromorfía del
sitio, está la textura del suelo, la mineralogía o sustrato geológico, el color, la permeabilidad y
conductividad hidráulica, la temperatura del subsuelo y el flujo de calor.
Adicionalmente se considera de utilidadcomplementar el perfil de la temperatura del subsuelo
con otros métodos geofísicos comosondeos eléctricos verticales con una separación corta de
ab/2 para caracterizar la conductividad eléctrica del subsuelo a poca profundidad y estudios
magnetométricos para localizar sitios donde existe una posible alteración hidrotermal
subterránea cercana a la superficie y que se podrían relacionar con la hidromorfía del sitio.
Hubo varias lecciones aprendidas durante esta investigación,las cuales son motivo para aplicar
algunas modificaciones a la metodología empleada, ya que se considera que podrían mejorar la
calidad de los resultados, específicamente para la prospección geotérmica.Por tanto, se
propone las siguientes modificaciones a esta metodología empleada para la prospección
geotérmica:
1) Definir el área de prospección en función de la localización de manifestaciones termales
(fumarolas, nacientes termales, sinter, travertino, alteración argílica avanzada) y realizar
perforaciones más profundas (mínimo hasta dos metros de profundidad),
equidistanciadas en esos suelos térmicamente activos, con la finalidad de tomar la
temperatura en esos agujeros y medir el flujo de calor para delimitar la forma de la
fuente de calor allí, según lo recomendado por Eneva et al.(2007).
2) Confeccionar un tubo rígido con un punto de acero u otro metal con alta conductividad
térmica y dureza, que se puede insertar en el suelo en el fondo de los agujeros, y luego
bajar el termopar para registrar la temperatura del subsuelo dentro del tubo, mientras se
mide simultáneamente la temperatura del suelo con otro termopar a 50 cm; o bien
3) Medir la temperatura del suelo simultáneamente a 0, 50, 100, 150 y 200 cm en un
agujero sin revestimiento, además de medir la temperatura del aire a 1,5 m sobre el nivel
del suelo con seis termistores y un datalogger a diferentes horas del día y
periódicamente durante el año.
4) Medir las tres propiedades termodinámicas del suelo in situ empleando el método de
doble probeta (una que emite pulsaciones de una Q conocida y el otro que es un sensor
70
de temperatura) separado por una distancia fija (r). Mediante la transferencia de calor en
función de tiempo (s) se mide directamente capacidad calorífica volumétrica y la
difusividad térmica del suelo. Con estos dos datos medidos en el campo, se calcula la
conductividad térmica del suelo.
5) Además, en el análisis granulométrico hubo algunos procedimientos que no fueron
empleados en esta investigación que se consideran importantes para la obtención de
datos más confiables y que deben ser realizados en futuras investigaciones de este tipo:
a. Eliminar la materia orgánica del suelo lavándolo con peróxido de hidrógeno
(H2O2); y
b. Sumergir la muestra de suelo en una solución de hexametafosfato de sodio para
dispersar las arcillas.
Como parte del análisis estadístico, se recomienda realizar una regresión linealo
polinómicamúltiple de todos los datos medidos con el análisis de residuales para resaltar puntos
donde podría existir una anomalía térmica de origen profundo,siguiendo el ejemplo de
Coolbaugh (2011).
Para reducir el posible efecto del enfriamiento del suelo por aguas pluviales durante la época
lluviosa y así aumentar la señal del flujo de calor, se sugiere llevar a cabofuturas
investigaciones de este tipo al final de la época seca y previo a la época lluviosa.
71
8 COMENTARIOS FINALES
La medición de la temperatura del suelo ha resultado ser una herramienta útil para la
prospección geotérmica en otros campos geotérmicos en otras partes del mundo (LeShack et
al., 1983; & Bjornsson, 1991; Eneva et al., 2007; Coolbaugh et al., 2006 a y b, 2007 & 2011,
Sladek et al., 2009; Leaman, 1978; LeSchack & Lewis, 1983; Lechler P., 2004; Mongillo, 1992;
Saba et al., 2007; Ehara, 2000) aunque en lugares principalmente desérticos y a otras latitudes.
Por esto, se quiso probar la efectividad de esta forma de prospección en un país tropical.
El flujo de calor es un parámetro utilizado en la prospección geotérmica y es el producto del
gradiente térmico y la conductividad térmica. Según Coolbaugh (2011), los gradientes térmicos
medidos entre 150 y 200 cm son más confiables para los cálculos del flujo de calor ya que por
la profundidad se verían menos afectados por la onda térmica diurna. En esta investigación la
mayor profundidad alcanzada fue tan solo 164 cm por lo cual el tramo más profundo que se
pudo analizar en cuanto al gradiente térmico fue el de entre 100 y 150 cm (36 de los 56
agujeros) y resultó en un la estimación del flujo de calor, en un promedio de 86,5 mW/m2 para
suelo seco con base en datos tabulados en la literatura de la conductividad térmica del suelo
según la granulometría del mismo.Se tuvo la inconveniente en esta investigación de no contar
con las herramientas para medir la conductividad térmica del suelo, y por tanto existe duda en
cuanto a la confiabilidad de los valores estimados del flujo de calor en este estudio. A pesar de
ello se recomienda en futuras investigaciones profundidades mayores para minimizar la
influencia de las ondas térmicas diurna y anual a la temperatura del subsuelo (Williams, 1976;
Poley, 1970; LeSchack, 1983; Witter et al., 2007), especialmente en los suelos húmedos y con
una granulometría media a gruesa por tener una mayor conductividad térmica, lo cual facilita
una mayor penetración de la onda térmica diurna. De acuerdo con Coolbaugh (2011),los
gradientes térmicos serían más significativos y confiables para el cálculo del flujo de calor ya
que por la misma profundidad y menor afectación por la onda térmica diurna el gradiente
térmico sería más constante en el tiempo.
Los métodos de bajo impacto ambiental, como lo es la medición de la temperatura del subsuelo,
son necesarios para en la prospección geotérmica, ya que existen muchos lugares sin explorar
en Costa Rica. La energía geotérmica es producida constantemente, de manera que puede ser
utilizada como carga base ante la creciente demanda energética del país sin tener que recurrir
al uso de combustibles fósiles, los cuales son mucho más contaminantes. Adicionalmente, con
72
el continuado desarrollo tecnológico, la energía geotérmica podría llegar a ser utilizable para
cubrir las necesidades energéticas de demanda pico.
La energía geotérmica es un recurso natural utilizado en varias aplicaciones, de uso directo
(recursos de baja a media entalpía),así como para la generación de electricidad (recursos de
alta entalpía). La medición de la temperatura del subsuelo es un método de prospección
factible para ambas aplicaciones, pero podría ser particularmente eficaz para los recursos de
baja a media entalpía dado que en muchos casos estos recursos están localizados a poca
profundidad.
La energía geotérmica es un recurso natural energético beneficioso para los costarricenses por
ser autóctono, poco contaminante y sostenible en el tiempo desde el punto de vista ambiental.
No obstante lo anterior, debido a la colindancia al norte del Proyecto Geotérmico Las Pailas con
el Parque Nacional Rincón de la Vieja, las futuras etapas de prospección geotérmica tradicional
hacia el norte están prohibidas según la legislación actual, a pesar de que estas zonas forman
parte del área de posible interés geotérmico, y por tanto se requiere de métodos de prospección
menos invasivos para determinar la extensión del reservorio.
Las propiedades térmicas del suelo están cobrando mayor importancia en las ciencias
ambientales para la determinación de la dirección del flujo de agua, al igual que en aplicaciones
tales como ingeniería, climatología, agricultura y la prospección geotérmica.
Es posible que en el acenso del calor hacia la superficie las aguas subterráneas de acuíferos
fríos someros reduzcan el flujo de calor proveniente del interior de la tierra (mW/m2), y hagan
que este no llegue a la superficie.
La exploración geotérmica tradicional por medio de la perforación de pozos de gradiente está
prohibida dentro del Parque Nacional Rincón de la Vieja, al norte del Proyecto Geotérmico Las
Pailas, y está limitada en la propiedad privada llamada Mundo Nuevo, al oeste. Por el otro lado,
la medición de la temperatura del subsuelo es una forma de investigación geotérmica que no
tiene ningún impacto ambiental y que podría ser compatible con las políticas de manejo de los
terrenos dentro de los parques nacionales y áreas protegidas. Además, la medición de la
temperatura del subsuelo podría localizar anomalías térmicas al nivel del subsuelo en estas
áreas, especialmente si estuvieran relacionadas con alguna falla o estructura geológica
sepultada que alberga un calor remanente que es transmitido hacia la superficie.
73
La medición de la temperatura del subsuelo es un buen método para determinar la forma de
una anomalía de calor en lugares con manifestaciones termales en superficie. Además son
útiles para corregir imágenes satelitales con detectores de calor(heat sensing satellite imagery).
Estudios sobre la temperatura del subsuelo no son nuevos en las investigaciones geotérmicas,
pero representan un método de investigación subutilizado en esta disciplina, que puede proveer
información importante y a un bajo costo.
La medición de la temperatura del subsuelo a 1,5 metros de profundidad es una herramienta
geofísica que puede ser utilizada para determinar la existencia de anomalías térmicas de una
forma rápida y que ha sido relacionada con otras mediciones geofísicas en otros campos,
además es rápida y fácil de realizar. No obstante, por ser mediciones muy someras, para la
identificación definitiva de estructuras geológicas las anomalías tienen que ser sustentadas por
otra evidencia geofísica y geológica (Poley &Van Steveninck, 1970).
La medición de la temperatura del suelo en perforaciones de poca profundad (hasta 100 cm) es
una herramienta eficiente para la prospección geotérmica en campos ocultos, ya que puede
identificar anomalías térmicas independientes de variables ambientales como: 1) la elevación;
2) el uso del suelo;y 3) el sustrato geológico.
Existe una inversión térmica muy común en los primeros 20 cm, posiblemente debido al efecto
de la onda térmica diurna. A partir de esta profundidad se observa un gradiente térmico
conductivo en el subsuelo, hasta aproximadamente 50 cm de profundidad. A partir esa
profundidad el gradiente térmico es menor. Este comportamiento del gradiente térmico
disminuye exponencialmente a partir de los 20 cm de profundidad, lo que podría continuar hasta
los primeros 20 metros de profundidad (o hasta una profundidad donde las temperaturas se
mantienen constantes y no están afectadas por la oscilación de la onda térmica anual).
En el bosque fue común observar que el gradiente térmico era ascendiente, mientras que en los
pastizales el gradiente térmico era descendente, a pesar de que en ningún caso entre una
misma cota elevacional la temperatura al fondo del agujero en el bosque fuera mayor que en los
pastizales. Esto se puede explicar por la tendencia de disminuir exponencialmente la
temperatura del subsuelo (mencionado en el párrafo anterior) mientras busca un equilibrio o una
temperatura media anual del subsuelo no variante a una mayor profundidad. Por eso en los
pastizales la temperatura del subsuelo tendría que necesariamente disminuir desde la superficie
para alcanzar ese valor, mientras que en los bosques tendría que aumentar.
74
Una profundidad de 50 cm es apta para la temperatura media anual del subsuelo en el área de
estudio (dada la oscilación insignificante de la onda térmica anual),pero para cálculos de flujo de
calor (los cuales requieren una estimación confiable del gradiente térmico), se recomiendan
mayores profundidades.
Las temperatura media anual del subsuelo para cada punto de observación (292,35 – 300,85°K)
se aproxima bastante a la biotemperatura de las zonas de vida en que se ubican (291,15 –
303,15°K).
La temperatura del subsuelo disminuye exponencialmente desde la superficie hasta alcanzar
una temperatura media estable. Por tanto, la profundidad mínima para tomar la temperatura del
suelo sin que este sea afectado por la onda térmica diurnadonde la oscilación de la temperatura
del subsuelo es1𝑒 (≈ 37%), o menor de la oscilación de la temperatura del suelo en superficie.
Por estar el área de estudio ubicada en un clima tropical donde no existen fuertes cambios en la
temperatura del aire durante el día,y por tanto hay bajas ondas térmicas diurna y anual,es
probable que la profundidad mínima para tomar la temperatura del subsuelo sea menor que en
un lugares de clima templado.
En esta investigación el flujo de calor del suelo no se pudo medir de manera directa, ya que
conductividad térmica del suelo no fue medida ni en el laboratorio ni en el campo. Dada la
relación matemática directa de la conductividad térmica con el flujo de calor a través del
gradiente térmico, se considera que en una futura investigación la conductividad térmica debe
de ser medida directamente, ya sea en el campo o en el laboratorio. Lo que se puede decir es
que del análisis granulométrico, los suelos con un mayor porcentaje de arenas tienen una
mayor conductividad térmica y teóricamente una mayor humedad relativa (menor densidad
aparente y por ende mayor porosidad).
Hizo falta en esta investigación cuantificar las propiedades termodinámicas del suelo para el
cálculo del flujo de calor (conductividad térmica, difusividad térmica, capacidad térmica
volumétrica), por lo cual mediante los datos obtenidos aún no se puede afirmar alguna relación
confiable del comportamiento del flujo de calor en los inceptisoles y entisoles que prevalecen en
el área de estudio.
75
9 COMUNICACIONES PERSONALES
Durante mi participación en el National Geothermal Academy 2011 en Reno, Nevada, de junio a
agosto del 2011 conocí personalmente a Mark Coolbaugh, PhD., quien ha realizado mucho
trabajo relacionado con la utilización de la temperatura del subsuelo para la prospección
geotérmica en Nevada, EE UU, específicamente en los campos geotérmicos Desert Peak,
Brady, y Pyramide Lake. Entre los principales frutos de esta comunicación fue el de la
orientación sobre el uso de residuales para la detección de anomalías en el análisis de la
temperatura del suelo.
76
10 REFERENCIAS CITADAS
ABU-HAMDEH, N.H.&REEDER, R.C., 2000: Soil Thermal Conductivity. Effects of Density,
Moisture, Salt Concentration and Organic Matter.Soil Science Society of America Journal
64.1285-1290.
ALVARADO, A. & FORSYTHE, W., 2005: Variación de la Densidad Aparente en Órdenes de
Suelos de Costa Rica. Agronomía Costarricense. 29(1). 85-94.
ARADÓTTIR, E., GUNNARSSON, I., SIGFÚSSON, B., GUNNARSSON, G., GUNNLAUGSSON,
E. SIGURÐARDÓTTIR, H. ÁSBJÖRNSSON, E., SONNENTHAL, E. 2012. Towards
Cleaner Geothermal Energy Utilization: Capturing and Sequestering CO2 and H2S
Emisions from Geothermal Power Plants. Proceedings, TOUGH Symposium. Berkley,
California. September 17-19, 2012.
BARRANTES, M., 2006: Geoenvironmental Aspects for the Development of the Las Pailas
Geothermal Field, Guanacaste, Costa Rica (Report). The United Nations University
Geothermal Training Programme. 31p.
BERTANI, R., 2005: World geothermal power generation in the period 2001-2005. Geothermics,
34, 651-690.
BIRMAN J.H., 1969: Geothermal exploration for ground water. Geol. SOC. Am. Bull., v. 80, pp.
617-630.
BLACKBURN, E.,LIANG, X.,&WOOD, E.F., 1997: The Effect of Soil Thermal Conductivity
Parameterization on Surface Energy Fluxes and Temperatures. Journal of the
Atmospheric Sciences. pp. 1209-1224.
BOGGS, S., 1995: Principles of Sedimentology and Stratigraphy. Second Edition, 691p. +
Apéndices.
BP STATISTICAL REVIEW OF WORLD ENERGY.2012.
CHAVARRÍA, L., MORA, O., HAKANSON, E., MOLINA, F., VEGA, E., TORRES, Y.,
VALLEJOS, O., YOCK, A., LEZAMA, G. & CASTRO, S., 2006: Development Strategies
for Las Pailas Geothermal Field. Presentado para la Reunión No 20 del Panel de
Consultores de Miravalles.
77
COOLBAUGH, M.F., FAULDS J.E., KRATT, C., OPPLINGER, G.L., SHEVNELL, L., CALVIN,
W., EHNI W.J. &ZEHNER R.E., 2006: Geothermal Potential of the Pyramid Lake Paiute
Reservation, Nevada, USA: Evidence of Previously Unrecognized Moderate-
Temperature (150-70°C) Geothermal Systems. GRC Transactions, Vol. 30, 2006a.10 p.
COOLBAUGH M.F.,SLADEK C.,KRATT, C.,SHEVNELL, L.,&FAULDS J.E., 2006: Surface
Indicators of Geothermal Activity at Salt Wells, Nevada, USA, Including Warm Ground,
Borate Deposits, and Siliceous Alteration. GRC Transactions, Vol. 30, 2006b.8 p.
COOLBAUGH M.F.,SLADEK C., FAULDS J.E., ZEHNER R.E.,&OPPLINGER G.L., 2007: Use of
Rapid Temperature measurements at 2-Meter Depth to Augment Deeper Temperature
Gradient Drilling. Proceedings, Thirty-Second Workshop on Geothermal Reservoir
Engineering. Stanford University, Stanford California, January 22-24, 2007. SGP-TR-
183.
COOLBAUGH, M.,SLADEK, C.,LECHLER, L.,KRATT, C.,&SHEVNELL, L., 2011: Shallow
Temperature And Soil Gas Surveys. Preliminary Final Report. October 2009 - December
2010.
MINISTERIO DE AGRICULTURA Y GANADERÍA – FOOD AND AGRICULTURE
ORGANIZATION (MAG-FAO). 1994: Manual de Manejo y Conservación de Suelos y
Aguas. Ministerio de Agricultura y Ganadería; Organización de las Naciones Unidas para
la Agricultrua y la Alimentación; Universidad Estatal a Distancia,CUBERO, F.D. (editor).
San José, Costa Rica. pp 27-42.
CUBERO, F.D., 2001: Clave de Bolsillo para Determinar la Capacdad de Uso de las Tierras.
Asociación Costarricense de la Ciencia del Suelo: Ministerio de Agricultura y Ganadería:
ARACARIA. San José, Costa Rica. 19 pp.
DENYER, P. & ALVARADO, G., 2007:Mapa Geológico de Costa Rica. Escala 1:400000.
Proyecto 113-A5-047.
EHARA, S., Jin, X.,FUJIMITSU, Y.,MOGI T.,ITOI, R.,KAI, T.,& Zhang, L., 2000: Crustal
Temperature and Geothermal Systems en the Northeastern Part of China.
Proceedings.World Geothermal Congress 2000. Kyushu-Tohoku, Japan, May 28-Jun 10,
2000. pp. 2069-2073.
78
ENEVA, M., COOLBAUGH, M.,BJORNSTAD, S.C.,& COMBS J., 2007: In Search for Thermal
Anomalies in the Coso Geothermal Field (California) Using Remote Sensing and Field
Data. Proceedings. Thirty-Second Workshop on Geothermal Reservoir Engineering.
FALLAS, J. 2007: Uso actual del territorio, capacidad de uso y ordenamiento territorial con
énfasis en las cuencas de los ríos Tempisque-Bebedero, Grande de Tárcoles , Grande
de Térraba, Sarapiquí, San Carlos y Reventazón-Parismina. Décimo Tercer Informe
Estado De La Nación En Desarrollo Humano Sostenible. Sin publicar.
FORSYTHE, W., 2002: Parámetros Ambientales que Afectan La Temperatura del Suelo en
Turrialba, Costa Rica y sus Consecuencias para la Producción de Cultivos. Agronomía
Costarricense 26(1): 43-62
GEORGSSON, L.S. & FRIDLEIFSSON, I.B., 2009: Geothermal Energy in the World From
Energy Perspective. Presented at Short Course IV on Exploration for Geothermal
Resources.
GEOTHERMAL ENERGY ASSOCIACION, 2012: Why Support Geothermal Energy?8 pp.
GEOTHERMEX, 2005: Proyecto Geotérmico Las Pailas. Informe de Factibilidad. Informe Final.
Estudio del Recurso Geotérmico. Volumen 1. 275 pp.
GEOTHERMEX & HARVEY CONSULTANTS, LTD., 2013: Geothermal Exploration Best
Practices, A Guide to Resource Data Collection, Analysis and Presentation for
Geothermal Projects. 33 p + appendices.
HERSIR, G.P.& Bjornsson, A., 1991: Geothermal Exploration for Geothermal Resources.
Principles and application.UNU Geothermal Training Programme. Reykjavik, Iceland.
Report 15.94 p.
HOLDRIDGE, L. R. 1982. Ecología basada en zonas de vida. Traducción del inglés por
Humberto Jiménez Saa. San José CR: IICA.
INSTITUTO GEOGRÁFICO NACIONAL DE COSTA RICA (IGN), 1991: Hoja Curubandé 3148
III, escala 1:50 000
79
INSTITUTO COSTARRICENSE DE ELECTRICIDAD, 1989: Estudios de Reconocimiento y
Prefactibilidad Geotérmica en la República de Costa Rica. Fase 1. Estudio de
Reconocimiento. Informe Final y Anexos. Proyecto COS/83/t01/a/71/99. 8 secciones +
mapas + figuras.
INSTITUTO COSTARRICENSE DE ELECTRICIDAD, 1991: Evaluación del Potencial
Geotérmico de Costa Rica. Informe. San José.
INSTITUTO COSTARRICENSE DE ELECTRICIDAD, 2005: Estudio de Impacto Ambiental.
Proyecto Geotérmico Las Pailas. Expediente 788-04-SETENA. 283 p.
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE COSTA RICA. 2008. Atlas de Costa Rica 2008.
INTERNATIONAL ENERGY AGENCY (IEA). 2013. Monthly Electricity Statistics. December
2012.
KAPPELMEYER, O., 1957: The Use Of Near Surface Temperature Measurements For
Discovering Anomalies Due To Causes At Depths. Geophysical Prospecting. Volume 5,
Issue 3 , Pages239 – 258. 1957 European Association of Geoscientists & Engineers.
LEAMAN, D.E., 1978: Use of Geothermal Prospecting Tools en Tasmania. 6 p.
LECHLER, P.J., 2004: Exploration for Concealed Structures at Desert Peak Using Mercury Soil
Gas Detectors, Nevada. Great Basin Center for Geothermal Energy 2004 Workshop,
University of Nevada, Reno.Inédito.
LE SCHACK, L.A. & LEWIS, J.E., 1983: Geothermal Prospecting with Shallo-Temp Surveys.
Geophysics.Vol. 48.No. 7. pp. 975-996.
LEY 5961. 1976.
LUND, J.W., FREESTON, D.H. & BOYD, T.L., 2005: Direct application of geothermal energy:
2005 worldwide review. Geothermics, 34, 691-757.
MANZELLA, A., Sin fecha: Geophysical Methods in Geothermal Exploration. Italian National
Research Council.International Institute for Geothermal Research. Pisa, Italy.
80
MARBUN, B., ARISTYA, R., PINEM, R., RAMLI, B. & GADI, K. 2013.Evaluation of non
productive time of geothermal drilling operations – case study in Indonesia. Proceedings,
Thirty-Eighth Workshop on Geothermal Reservoir Engineering Stanford University,
Stanford, California, February 11-13, 2013 SGP-TR-198. 9 pp.
MELENDEZ-COLOM, E.C., Sin fecha: Regression relationships of air temperature and elevation
along an elevation gradient in the Luquillo Experimental Forest (LEF), Puerto Rico.
MINISTERIO DE AGRICULTURA Y GANADERÍA – MINISTERIO DE RECURSOS
NATURALES ENERGÍA Y MINAS (MAG-MIRENEM), 1995: Manual para la
determinación de la capacidad de uso de las tierras de Costa Rica. Segunda Edicion.
San José, Costa Rica. 59 p.
MINISTERIO DE AMBIENTE Y ENERGÍA –DIRECCIÓN SECTORIAL DE ENERGÍA (MINAE –
DSE), 2012. Balance Energético Nacional de Costa Rica 2011.68 p.
MONGILLO, M.A., 1992: Remote Sensing Techniques for Geothermal Investigation and
Monitoring in New Zealand. A dissertation presented for the degree of Doctor of
Philosophy in Geography a the University of Auckland. 282 p + Apendices +
References.
NATURAL RESOURCES CONSERVATION SERVICE (NRCS-USDA), 1999: Soil Taxonomy. A
Basic System of Soil Classification for Making and Interpreting Soil Surveys.United
States Department of Agricultrure.Second Edition.871 p.
NOFZINGER, D.L. & WU, J. 2005. Soil temperature variations with time and depth. 8 p.
PERRY, R. H.&GREEN, D., 1984: Perry’s Chemical Engineers Handbook. Sixth Edition.
McGraw Hill, Inc. New York.
PH. POLEY., J., VAN STEVENICK, J., 1970: Delineation Of Shallow Salt Domes And Surface
Faults By Temperature Measurements At A Depth Of Approximately 2 Metres.
Geothermal Prospecting. Vol. 18 (S1). pp 666-700.
PORTA, J., LOPEZ-ACEVEDO, M., ROQUERO, C. 2003. Edafología Para la Agricultura y el
Medio Ambiente. 3ra Edición. Ediciones Mundi Prensa. Madrid. 849 p.
81
SABA, M., NISHIDA, Y.,; MOGI, T., TAKAKURA, S., & MATSUSHIMA, N., 2007: Development
of geothermal field following the 2000 eruption fo Usu volcano as revealed by ground
temperature, resistivity and self-potential variations. Annals of Geophysics. Vol. 50. (1).
pp. 79-92.
SÁNCHEZ C.J., 1982: La Temperatura Mínima Cerca del Suelo en Mucuchies Estado Merida-
Venezuela. Agronomía Tropical. Vol. 32 (1-6). pp. 239-347.
SCOTT, H.D., 2000: Soil physics: agricultural and environmental applications. Wiley-
Blackwell.421 p.
SHARAN, G., 2002. Soil Temperature Regime at Ahmedabad.
SLADEK, C.,COOLBAUGH, M.F.&KRATT, C., 2009: Improvements in Shallow (Two-Meter)
Temperature Measurements and Data interpretation. GRC Transactions, Vol. 33.pp. 535
– 541.
SOIL SCIENCE SOCIETY OF AMERICA.,1997: Glossary Of Soil Science Terms. 134 p.
SOIL SCIENCE SOCIETY OF AMERICA.,2008: Glossary Of Soil Science Terms. 92 p.
STARR, G.C., BARAK, P., LOWERY, B., & AVILA-SEGURA, M., 2000: Soil Particle
Concentrations and Size Anlaysis Using a Dielectric Method. Soil Science Society of
America Journal. Vol. 64. May-June 2000. pp 858-866
THORHALLSSON, S.& SVEINBJORNSSON, B., 2012. GEOTHERMAL DRILLING COST AND
DRILLING EFFECTIVENESS . Presented at “Short Course on Geothermal Development
and Geothermal Wells”, organized by UNU-GTP and LaGeo, in Santa Tecla, El Salvador,
March 11-17, 2012.
WAIBEL, A., 2003. Exploratory Drilling Program to Evaluate the Lifetime and Current Potential of
the Florida Canyon Geothermal System, Pershing County, Nevada.Drilling Report.
Subcontract No. ZCL-3-32455-03. 11 p.
WEST JAPAN ENGINEERING CONSULTANTS, 2003: Environmental Protecting Infrastructure
for Economic Growth Utilizing Renewable Energy under the Puebla-Panama Plan. Stage
1.Reservoir Evaluation and Standardization of Geothermal Technologies through the
Execution of Feasibility Studies. VOLUME-II LAS PAILAS GEOTHERMAL FIELD
GUANACASTE, COSTA RICA. 160 p.
82
WILLIAMS, G.P. & GOLD, L.W., 1976: Ground Tempertures. CBD-180.Canadian Building
Digest.
WITTER, J.D.,SPONGBERG, A.L. &CZAJKOWSKI, K.P., 2007: Diurnal Soil Temperature
Effects within the GLOBE ® Program Datasheet. Journal of Geography. 106:1. pp. 13-
19.
83
11 ANEXOS
Anexo1. Valores Z
Valores Z para la temperatura media anual del suelo.
𝑍 =𝑥 − 𝑥
𝑠
Jerarquía TMAS (°K) Z Jerarquía TMAS (°K) Z
1 292.35 -2.501 29 296.90 0.159
2 293.55 -1.800 30 297.05 0.247
3 293.75 -1.683 31 297.15 0.305
4 293.95 -1.566 32 297.25 0.364
5 294.05 -1.507 32 297.25 0.364
5 294.05 -1.507 32 297.25 0.364
7 294.65 -1.157 32 297.25 0.364
8 294.75 -1.098 32 297.25 0.364
9 294.95 -0.981 32 297.25 0.364
9 294.95 -0.981 32 297.25 0.364
9 294.95 -0.981 39 297.35 0.422
12 295.05 -0.923 39 297.35 0.422
13 295.15 -0.864 41 297.48 0.495
14 295.45 -0.689 42 297.65 0.597
14 295.45 -0.689 42 297.65 0.597
16 295.55 -0.630 44 297.75 0.656
17 295.70 -0.543 44 297.75 0.656
18 295.85 -0.455 44 297.75 0.656
19 296.15 -0.280 47 297.85 0.714
20 296.18 -0.265 48 297.95 0.773
21 296.35 -0.163 49 298.15 0.890
21 296.35 -0.163 50 298.25 0.948
21 296.35 -0.163 51 298.35 1.007
24 296.45 -0.104 52 298.95 1.358
25 296.55 -0.046 53 299.25 1.533
25 296.55 -0.046 54 300.15 2.059
27 296.68 0.027 55 300.25 2.118
28 296.85 0.130 56 300.85 2.469
84
Anexo2. Pruebas estadísticas no paramétricas
Prueba Kruskal-Wallis
𝐻 =12
𝑁(𝑁+1)
𝑅𝑘2
𝑛𝑘
𝑘𝑗=1 − 3 𝑁 + 1 (8)
Donde:
𝐻: Estadístico H
𝑁: Número de muestras en la población
𝑛𝑘 : Número de muestras en el grupo k.
𝑅𝑘 : Suma de la jerarquía del grupo k
Hipótesis nula y alternativa de la prueba Kruskal-Wallis
𝐻0: 𝜇1 = 𝜇2 = 𝜇3 = 𝜇4 = 𝜇5 𝐻1: 𝑎𝑙𝑚𝑒𝑛𝑜𝑠𝑢𝑛𝑜𝑑𝑒𝑙𝑎𝑠𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎𝑠𝑒𝑠𝑑𝑖𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 Prueba Mann-Whitney
U1 = n1n2 + n1 n1+1
2 − 𝑅1 (9)
U2 = n1n2 + n2 n2+1
2 − 𝑅2
Donde:
𝑈: Estadístico U 𝑛1 Número de muestras del grupo 1 𝑛2: Número de muestras del grupo 2 𝑅: Suma de las jerarquías del grupo
Hipótesis nula y alternativa de la prueba Mann-Whitney: 𝐻0: 𝜇1 = 𝜇2
𝐻0: 𝜇1 ≠ 𝜇2
85
Anexo 3. Análisis estadística descriptiva.
Temperatura media anual del subsuelo (°K)
Media 296,63 Error típico 0,23 Mediana 296,88 Moda 297,25 Desviación estándar 1,71 Varianza de la muestra 2,93 Curtosis 0,28 Coeficiente de asimetría -0,01 Rango 8,50 Mínimo 292,35 Máximo 300,85 Suma 16611,18 Cuenta 56,00 Nivel de confianza(95,0%) 0,46
Temperatura media anual del aire (°K)
Media 298,95 Error típico 0,27 Mediana 299,15 Moda 298,85 Desviación estándar 2,03 Varianza de la muestra 4,13 Curtosis 0,11 Coeficiente de asimetría -0,23 Rango 9,90 Mínimo 293,65 Máximo 303,55 Suma 16741,20 Cuenta 56,00 Nivel de confianza(95,0%) 0,54
86
Anexo 4. Prueba Kruskal-Wallis 4.1 Población (N=56)
Uso del suelo n ΣR ΣR^2 / n SSbg(R) Media H Valor p
Bosque 37 921.5 22950.33 5465.456081 798 20.54683 1.31 x 10-04
Pastizal 12 539 24210.08
Pastos Naturales 6 84.5 1190.042 Plantación 1 51 2601
Totales 56 1596 45486
Tipo de suelo n ΣR ΣR^2 / n SSbg(R) Media H Valor p
Entisol 19 759.5 30360.01 3785.69559 266 14.23194 1.62 x 10-04
Inceptisol 37 836.5 18911.68 Totales 56 1596 45486
Sustrato geológico n ΣR ΣR^2 / n SSbg(R) Media H Valor p
Formación Alcántaro 6 297.5 14751.04 7344.41049 1330 27.61057 4.34 x 10-05
Formación Pital 5 188 7068.8
Formación Libería 1 35 1225 Lahar 17 594 20755.06
Lavas Andesíticas 25 474.5 9006.01 Productos Recientes 2 7 24.5
Totales 56 1596 45486
Textura del subsuelo n ΣR ΣR^2 / n SSbg(R) Media H Valor p
Arena 5 177 6265.8 1346.140774 1064 5.06068 2.81x 10-01
Arena Francosa 21 619 18245.76 Franco Arenoso 21 536.5 13706.3 Franco Areno
Arcilloso 1 1 1
No Reportado 8 262.5 8613.281 Totales 56 1596 45486
87
4.2Prueba Kruskal-Wallis en los Entisoles (N=19)
Uso del suelo n ΣR ΣR^2 / n SSbg(R) Media H Valor p
Bosque 12 89 660.0833 217.75 63.33333 6.87631 3.212 x 10-02
Pastizal 6 86 1232.667
Plantación 1 15 225 Totales 19 190 1900
Sustrato geológico n ΣR ΣR^2 / n SSbg(R) Media H Valor p
Formación Alcántaro 6 87 1261.5 187.07 95 5.90751 1.162x 10-01
Formación Pital 5 45 405
Formación LiberÍa 1 7 49 Lahar 7 51 371.5714
Totales 19 190 1900
Textura del subsuelo n ΣR ΣR^2 / n SSbg(R) Media H Valor p
Arena Francosa 9 98 1067.111 61.91 63.33333 1.95508 3.762 x 10-01
Franco Arenoso 5 35 245 No Reportado 5 57 649.8
Totales 19 190 1900
4.3 Prueba Kruskal-Wallis en los Inceptisoles (N=37)
Uso del suelo n ΣR ΣR^2 / n SSbg(R) Media H Valor p
Bosque 25 458 8390.56 860.98 234.3333 7.34836 2.537 x 10-02
Pastizal 6 171 4873.5
Pastos Naturales 6 71 840.166667 Totales 37 700 13243.2432
Sustrato geológico n ΣR ΣR^2 / n SSbg(R) Media H Valor p
Lahar 10 284 8065.6 1538.10 234.3333 13.12742 1.411 x 10-03
Lavas Andesíticas 25 409 6691.24
Productos Recientes 2 7 24.5 Totales 37 700 13243.243
Textura del subsuelo n ΣR ΣR^2 / n SSbg(R) Media H Valor p
Arena 5 142 4032.8 864.14 468.6666 7.37530 1.173 x 10-01
Arena Francosa 12 198 3267 Franco Arenoso 16 310 6006.25 Franco Areno
Arcilloso 1 1 1
No Reportado 3 49 800.33333 Totales 37 700 13243.243
88
Anexo 5. Prueba Mann-Whitney 5.1 Población (N=56)
Uso del suelo N1 N2 gl ΣR1 ΣR2 U1 U2 Media Desviación estándar
Z Valor P
Bosque 37 19 55 921 674 484 218 351.50 57.79 -2.302 1.068 x 10-02
Pastizal 12 44 55 539 1057 67 461 264.00 50.08 -3.934 4.182 x 10
-05
Pastos Naturales
6 50 55 84.5 1511 236 63.5 150.00 37.75 -2.291 1.097 x 10-02
Plantación 1 55 55 51 1545 5 50 27.50 16.16 -1.392 8.195x 10-02
Tipo de suelo N1 N2 gl ΣR1 ΣR2 U1 U2 Media Desviación estándar
Z Valor P
Entisol 19 37 55 759 836 133 569 351.50 57.79 -3.773 8.080 x 10-05
Inceptisol 37 19 55 836 759 569 133 351.50 57.79 -3.773 8.080 x 10
-05
Sustrato geológico
N1 N2 gl ΣR1 ΣR2 U1 U2 Media Desviación estándar
Z Valor P
Formación Alcántaro
6 50 55 297 1298 23.5 276 150.00 37.75 -3.351 4.025 x 10-04
Formación Pital
5 51 55 188 1408 82 173 127.50 34.80 -1.307 9.555x 10-02
Formación Liberia
0 56 55 0 1596 0 0 0.00 0.00 - -
Lahar 17 39 55 594 1002 222 441 331.50 56.12 -1.951 2.551 x 10-02
Lavas
Andesíticas 25 31 55 474 1121 625 149 387.50 60.67 -3.923 4.379 x 10
-05
Productos Recientes
2 54 55 7 1589 104 4 54.00 22.65 -2.208 1.364 x 10-02
89
5.2 Prueba Mann-Whitney en los Entisoles (N=19)
Uso del suelo N1 N2 gl ΣR1 ΣR2 U1 U2 Media Desviación estándar
Z Valor P
Bosque 12 7 54 89 101 73 11 42.00 11.83 -2.620 4.397 x 10-03
Pastizal 6 13 54 86 104 13 65 39.00 11.40 -2.280 1.129 x 10
-02
Pastos Naturales
0 19 54 0 190 0 0 0.00 0.00 - -
Plantación 1 18 54 15 175 4 14 9.00 5.48 -0.913 1.807x 10-01
5.3 Prueba Mann-Whitney en losInceptisoles (N=37)
Grupo N1 N2 gl ΣR1 ΣR2 U1 U2 Media Desviación estándar
Z Valor P
Bosque 25 12 54 458 242 167 136 150.00 30.82 -0.454 3.248 x 10-01
Pastizal 6 31 54 171 529 36 153 93.00 24.27 -2.349 9.421 x 10
-03
Pastos Naturales
6 31 54 71 629 136 53 93.00 24.27 -1.648 4.966 x 10-02
Grupo N1 N2 gl ΣR1 ΣR2 U1 U2 Media Desviación estándar
Z Valor P
Lahar 10 27 54 284 416 41 232 135.00 29.24 -3.215 6.528 x 10-04
Lavas
Andesíticas 25 12 55 409 291 216 87 150.00 30.82 -2.044 2.048 x 10
-02
Productos Recientes
2 35 56 7 693 66 7 35.00 14.89 -1.881 3.001 x 10-02
90
Anexo 6. Regresion múltiple de la temperatura del subsuelo en los inceptisoles
Estadísticas de la regresión
Coeficiente de correlación múltiple
0.9193
Coeficiente de determinación R^2
0.8451
R^2 ajustado 0.8077 Error típico 0.6481 Observaciones 37
ANÁLISIS DE VARIANZA
Grados de libertad
Suma de cuadrados
Promedio de los
cuadrados
F Valor crítico de F
Regresión 7 66.4502 9.4929 22.6015 3.8973E-10 Residuos 29 12.1803 0.4200
Total 36 78.6306
Coeficientes Error típico Estadístico t Probabilidad Inferior 95% Superior 95%
Intercepción 195.5707 32.9104 5.9425 1.865x 10-06 128.2614 262.8801
Elev. -0.0052 0.0010 -4.9977 2.553 x 10-05 -0.0074 -0.0031
TMAA (°K) 0.2165 0.0723 2.9964 5.549 x 10-03 0.0687 0.3643
Norte 0.0001 0.0001 1.4552 1.563 x 10-01 -0.0001 0.0003
Bosque 0.1295 0.3320 0.3900 6.993 x 10-01 -0.5496 0.8086
Pastizal 1.4737 0.4062 3.6277 1.088 x 10-03 0.6429 2.3046
Lahar 0.6672 0.6045 1.1037 2.788 x 10-01 -0.5692 1.9035
Lavas andesíticas
-0.0074 0.5364 -0.0137 9.891 x 10-01 -1.1045 1.0897
91
Anexo 7. Columnas pedológicas 7.1 Columnas pedológicas en los entisoles
TS-006
0-90 cm: franco negro moderadamente seco
90-105 cm: nivel pedregoso
105-150 cm: franco arcillosocafé pardo moderadamente húmedo.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad
(cm
)
TS-006388047E, 302086N
526 m s.n.m
0-90 cm: franco negro
moderadamente seco. 90-105 cm: nivel pedregoso. 105-150 cm: franco arcilloso
café pardo moderadamente húmedo.
TS-005
0-30 cm: franco negro moderadamente seco
30-50 cm: nivel pedregoso
50-90 cm: arcilla anaranjada moderadamente húmeda
90-110 cm: una arcilla anaranjada moderadamente húmeda.
110-167 cm: franco arcilloso pardo moderadamente húmedo con parches anaranjadas.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad
(cm
)
TS-005387001 E, 302011 N
526 m s.n.m
0-30 cm: franco negro
moderadamente seco. 30-50 cm: nivel pedregoso. 50-90 cm: arcilla anaranjada moderadamente húmeda. 90-110 cm: arcilla
anaranjada moderadamente húmeda. 110-167 cm: franco arcilloso
pardo moderadamente húmedo con parches anaranjadas.
TS-004
0-24 cm: suelo cinerítico gris
24-30 cm: suelo franco café
30-90 cm: franco grueso anaranjado con fragmentos de lava oxidada
90-130 cm: subsuelo arcilloso blanco pardo con líticos
130-166 cm: franco arcilloso pardo anaranjado con una mayor concentración de fragmentos lávicos anarananjados oxidados-arcillificados
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad
(c
m)
TS-004386003 E, 302004 N
511 m s.n.m
0-24 cm: suelo cinerítico gris parduzco. 24-30 cm: suelo franco café. 30-90 cm: franco grueso anaranjado con fragmentos de lava oxidada. 90-130 cm: suelo arcilloso
blanco pardo con líticos lávicos anaranjados arcillificados y oxidados. 130-166 cm: franco arcilloso
pardo anaranjado con una mayor concentración de fragmentos lávicos anarananjados oxidados-arcillificados.
TS-003
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad
(cm
)
TS-003385007E, 302000 N
516 m s.n.m
0-47 cm: franco café grisácea seco conteniendo peds blocosos milimétricos y líticos lávicos dacíticos angulares milimétricos. .
TS-002
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad
(c
m)
TS-002383997E, 302013 N
475 m s.n.m
0-50 cm: franco limoso pedregoso seco de tonalidad café grisaceo conteniendo peds blocosos milimétricos a centrimétricos y líticos lávicos dacíticos angulares.
TS-001
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad
(c
m)
TS-001383000E, 301997 N
422 m s.n.m
0-24 cm: franco arcilloso café grisáceo con vetillas anaranjadas arcillosas estratificadas y esporádicos cristales de plagioclasa que forma peds blocosas centimétricas endurecidas conteniendo raíces y preservando bioturbaciones. 24-123 cm: subsuelo franco arcilloso café claro.
92
TS-009
0-24 cm: suelo limoso café claro con fragmentos líticos angulares lávicos de hasta 1 cm.
24-45 cm: suelo café franco moderadamente seco con escasos fragmentos oxidados (+/- 1mm).
45-105 cm: arcilla gris anaranjada amarillento.
105-134 cm: Arcilla caféclaro.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad
(cm
)
TS-009383001 E, 303000 N
513 m s.n.m
0-24 cm: suelo limoso café
claro con fragmentos líticos angulares lávicos de hasta 1 cm. 24-45 cm: suelo café franco
moderadamente seco con escasos fragmentos oxidados (+/- 1mm). 24-45 cm: suelo café franco
moderadamente seco con escasos fragmentos oxidados (+/- 1mm). 45-105 cm: arcilla gris
anaranjada amarillento 105-134 cm: café claro
TS-008
24-146 cm: material desboronado de una facies lítica de la Formación Liberia que forma un franco arenoso, moderadamente seco, de tonalidad blanco grisáceo y compuesto de pómez blanco, cuarzo y biotita
0-24 cm: suelo mineral blanco a grisáceo compuesto de pómez, cuarzo y biotita
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad
(c
m)
TS-008389952 E, 301995 N
580 m s.n.m
0-30 cm: franco negro
moderadamente seco. 30-50 cm: nivel pedregoso. 50-90 cm: arcilla anaranjada moderadamente húmeda. 90-110 cm: arcilla
anaranjada moderadamente húmeda. 110-167 cm: franco arcilloso pardo moderadamente húmedo con parches anaranjadas.
TS-007
0-150 cm: Toba pumítica blanca seca con líticos negros milimétricos angulares y sin biotita.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad
(c
m)
TS-007388997 E, 302005 N
583 m s.n.m
0-24 cm: suelo cinerítico gris parduzco. 24-30 cm: suelo franco café. 30-90 cm: franco grueso anaranjado con fragmentos de lava oxidada. 90-130 cm: suelo arcilloso
blanco pardo con líticos lávicos anaranjados arcillificados y oxidados. 130-166 cm: franco arcilloso pardo anaranjado con una mayor concentración de fragmentos lávicos anarananjados oxidados-arcillificados.
93
7.1 Columnas pedológicas en los entisoles
TS-018
0-60 cm: suelo negro húmedo
60-150 cm: toba anaranjadaseca
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad
(cm
)
TS-018384979 E, 304004 N
536 m s.n.m
0-60 cm: suelo negro
húmedo. 60-150 cm: toba anaranjada seca
TS-017
0-24 cm: franco limoso café claro a grisáceo con esporádicos líticos lávicos subangulares
24-76 cm: subsuelo negro franco arcilloso
76-80 cm: nivel pedregoso
80-150 cm: subsuelocafé húmedo anaranjado arcilloso
150-160 cm: subsuelo rojo arcilloso húmedo
160-165.5 cm: nivel de alteración hidrotermal
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad
(c
m)
TS-017384005 E, 304006 N
522 m s.n.m
0-24 cm: franco limoso café
claro a grisáceo con esporádicos líticos lávicos subangulares. 24-76 cm: subsuelo negro
franco arcilloso. 76-80 cm: nivel pedregoso. 80-150 cm: subsuelo café
húmedo anaranjado arcilloso. . 150-160 cm: subsuelo rojo arcilloso húmedo. 160-165.5 cm: nivel de alteración hidrotermal (?). .
TS-016
24-130 cm: franco café oscuro moderadamente seco, veteado con arcilla anaranjada
0-24 cm: franco limo arcilloso café oscuro moderadamente seco conteniendo esporádicos cristales sueltos de plagioclasa
130-150 cm: toba blanca cristalina conteniendo cristales de plagioclasa, hornblenda y biotita en una matriz blanca parduzca parcialmente oxidada
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad
(c
m)
TS-016389999 E, 303002N
622 m s.n.m
0-90 cm: franco negro
moderadamente seco. 90-105 cm: nivel pedregoso. 105-150 cm: franco arcilloso
café pardo moderadamente húmedo.
TS-15
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad
(cm
)
TS-015389014 E, 303004 N
599 m s.n.m
0-75 cm: suelo café oscuro
moderadamente seco. En el fondo del agujero hay una toba pumítica blanca de la Formación Pital que no permitió profundizar más.
TS-14
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad
(c
m)
TS-014387999 E, 302999 N
620 m s.n.m
0-30 cm: suelo café arcilloso
moderadamente húmedo. 30-45 cm:un nivel arcilloso pardo moderadamente húmedo. 45-55 cm:nivel pedregoso. 55-90 cm: arcilla café anaranjada moderadamente seco. 90-120 cm:arcilla café con parches amarillos de toba. 120-135,5 cm:arcilla café
moderadamente seco.
TS-13
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad
(cm
)
TS-013387000 E, 303001 N
588 m s.n.m
0-30 cm: suelo café rocoso
moderadamente seco 30-90 cm: subsuelo anaranjado arcilloso moderadamente húmedo 90-120 cm:nivel rocoso. 120-140 cm:arcilla blanca
parda veteada con anaranjado moderadamente húmedo. 140-150 cm:Arcilla blanca
parda veteada con anaranjada y líticos milimétricos lávicos. 150-163 cm:Arcilla blanca parda con vetas anaranjadas y amarillas y líticos lávicos milimétricos sanos a oxidados
TS-12
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad
(cm
)
TS-012385995 E, 303003 N
563 m s.n.m.
0-60 cm: suelo café seco. 60-120 cm: arcilla
anaranjada. 120-157 cm: subsuelo
arcilloso blanco pardo con biotita.
TS-11
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad
(cm
)
TS-011384998E, 302999 N
522 m s.n.m
0-24 cm: suelo gris blancuzco cinerítico. 24-89 cm: flujo piroclástico
blanco pumítico.
TS-010
0-23 cm: suelo café seco que forma la matriz de un aluvión lado derecho del río Blanco. Al fondo del agujero hay un bloque o una toba silicificada(?) que no permitió profundizar más.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad
(c
m)
TS-010383997 E, 303000 N
513 m s.n.m
0-23 cm: suelo café seco que forma la matriz de un aluvión lado derecho del río Blanco. Al fondo del agujero hay un bloque o una toba silicificada(?) que no permitió profundizar más .
94
7.1 Columnas pedológicas en los entisoles
TS-19
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad
(cm
)
TS-019385995 E, 304007 N
573 m s.n.m.
0-24 cm: suelo cinerítico seco café grisáceo a moderadamente oscuro 24-91 cm: subsuelo café pardo grisáceo seco.
95
7.2 Columnas pedológicas en los inceptisoles
TS-28
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad
(cm
)
TS-028389005 E, 305003 N
723 m s.n.m
0-24 cm: suelo café limo
arcilloso con estructura y peds de hasta 1.5 cm moderadamente seco conteniendo raices y no se observan fragmentos líticos. 24-42 cm: subsuelo café que conforma la matriz del lahar.
TS-27
0-50: suelo negro moderadamente seco.
50-90: arena café seca compacta.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad
(c
m)
TS-027388006 E, 305003 N
693 m s.n.m
0-50 cm: Suelo negro
moderadamente seco. 50-90 cm: Arena café seca
compacta.
TS-026
0-24 cm: suelo café claro seco con fragmentos lávicos lapíllicos
24-42 cm: suelo café claro seco
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad
(c
m)
TS-026386999 E, 305002 N
654 m s.n.m
0-24 cm: suelo café claro
seco con fragmentos lávicos lapíllicos. 24-42 cm: suelo café claro
seco.
TS-025
0-24 cm: suelo café claro amarillento limoso seco con pequeños raíces en los primeros 5 cm.
24-66 cm: suelo café oscuro seco.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad
(c
m)
TS-025388003 E, 305000 N
628 m s.n.m
0-24 cm: suelo café claro
amarillento limoso seco con peque;os raíces en los primeros 5 cm. 24-66 cm: suelo café oscuro seco. .
TS-024
0-24 cm: fanco limoso café grisáceo
24-59 cm: subsuelo café claro cinerítico moderadamente seco.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad
(c
m)
TS-024385003E, 304996 N
571 m s.n.m
0-24 cm: fanco limoso café grisáceo. 24-59 cm: subsuelo café claro cinerítico moderadamente seco.
TS-23
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad
(c
m)
TS-023390000 E, 304002 N
711 m s.n.m
0-30 cm: suelo franco negro
moderadamente seco. 30-70 cm:subsuelo café
arcilloso moderadamente húmedo. 70-80 cm:nivel pedregoso.
80-120 cm:subsuelo pardo
arcilloso moderadamente húmedo. 120- 164.5cm:subsuelo
pardo arcilloso con parches anaranjadas.
TS-22
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad
(c
m)
TS-022388997 E, 303999 N
693 m s.n.m
0-60 cm: suelo franco negro arcilloso húmedo. 60-90 cm:nivel rocoso.
90-140 cm:subsuelo café
arcilloso húmedo. 140-145 cm:nivel rocoso.
145-167 cm:subsuelo café
arcilloso húmedo con parches anaranjadas arcillosas.
TS-21
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad
(cm
)
TS-021388009 E, 304001 N
620 m s.n.m
0-24 cm: suelo franco café rojizo seco poco cohesivo con líticos lávicos hasta 7mm subangulares a subredondeados. 24-30 cm:subsuelo café seco. 30-90 cm:subsuelo café
arcilloso moderadamente seco.
TS-20
0-64 cm: franco arenoso café pardo seco. Al fondo del agujero se encontró una piedra que no permitio profundizar más.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad
(c
m)
TS-020387009 E, 304002 N
617 m s.n.m
0-64 cm: Franco arenoso café pardo seco. Al fondo del agujero se encontró una piedra que no permitió profundizar más.
96
7.2 Columnas pedológicas en los inceptisoles
TS-037
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad
(c
m)
TS-037383993 E, 306990 N
698 m s.n.m
0-130 cm: franco cinerítico
moderadamente seco de tonalidad café oscura que contiene fragmentos de pómez al fondo del agujero.
TS-036
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad
(c
m)
TS-036382993 E, 306984 N
632 m s.n.m
0-24 cm: franco cinerítico
café grisáceo. 24-114 cm: subsuelo pardo moderadamente seco con contenido de pómez amarillento milimétrico.
TS-35
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad
(cm
)
TS-035390000 E, 304997 N
798 m s.n.m.
0-79 cm: suelo café oscuro
húmedo.
TS-34
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad
(cm
)
TS-034389007 E, 305964 N
776 m s.n.m
0-110 cm: arcilla roja con
mineralización en superficie.
110-120 cm:arcilla gris.
TS-033
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad (c
m)
TS-033387991 E, 305998 N
765 m s.n.m
0-24 cm: franco café limoso seco y suelto. 24-50 cm: subsuelo café seco. 50-60 cm:nivel pedregoso en una matriz café. 60-70 cm:subsuelo café arcilloso. 70-83 cm:subsuelo anaranjado arcilloso moderadamente húmedo.
TS-032
0-24 cm: franco limoso café oscuro seco y suelto
24-80 cm: subsuelo negro semi-húmedo
80-90 cm: subsuelo compacto gris pardo seco
90-140 cm: subsuelo negro semi-húmedo
140-165 cm: subsuelo franco café moderadamente seco
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad
(cm
)
TS-032387070 E, 305945 N
763 m s.n.m
0-24 cm: franco limoso café
oscuro seco y suelto. 24-80 cm: subsuelo negro semi-húmedo. 80-90 cm: subsuelo
compacto gris pardo seco. 90-140 cm: subsuelo negro
semi-húmedo. 140-165 cm: subsuelo franco café moderadamente seco. .
TS-031
0-20 cm: franco cinerítico café claro seco con pocos raices en los primeros 2 cm
20-120 cm: subsuelo negro franco arcilloso húmedo
120-150 cm: subsuelo café anaranjado arcilloso húmedo
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad
(c
m)
TS-031385996 E, 306005 N
731 m s.n.m
0-20 cm: franco cinerítico café claro seco con pocos raices en los primeros 2 cm. 20-120 cm: subsuelo negro franco arcilloso húmedo.
120-155 cm: subsuelo café
anaranjado arcilloso húmedo.
TS-030
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad
(c
m)
TS-030384994 E, 305999 N
646 m s.n.m
0-80 cm: Suelo café claro cinerítico. 80-90 cm: Suelo negro arcilloso. 90-130 cm: Suelo café
arcilloso con fragmentos de lava gris. 130-154 cm: Suelo anaranjado.
TS-29
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad
(cm
)TS-029
390000 E, 304997 N798 m s.n.m
0-60 cm: suelo café moderadamente seco.
60-160 cm: anaranjado
pardo arcilloso húmedo.
97
7.2 Columnas pedológicas en los inceptisoles
TS-047
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad
(cm
)
TS-047384999 E, 307998 N
766 m s.n.m
0-20 cm: suelo gris polvorizo seco. 20-50 cm: subsuelo café oscuro moderadamente seco con parches anaranjadas.
TS-046
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad
(cm
)
TS-046384003 E, 307998 N
774 m s.n.m
0-24 cm: franco cinerítico
pardo grisáceo. 24-150 cm: franco arcilloso cinerítico húmedo de tonalidad café parda con fragmentos lava alterada grisáceo . .
TS-045
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad (c
m)
TS-045383002 E, 308002 N
680 m s.n.m
0-24 cm:suelo franco
cinerítico pardo seco con pómez amarillo. 24-145 cm: franco arcilloso
pardo anaranjado moderadamente seco con fragmentos de pómez amarillo. 145-150 cm: franco arcilloso
café.
TS-044
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad
(c
m)
TS-044382000E, 307996 N
627 m s.n.m
0-60 cm: suelo gris cinerítico
seco polvorizo. 60-133 cm: café grisáceo arcilloso moderadamente seco. 133-159 cm: subsuelo
anaranjado cinerítico moderadamente seco.
TS-42
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad
(c
m)
TS-042388946 E, 306986 N
866 m s.n.m
0-85 cm: aluvión formado por
un suelo café claro húmedo en la confluencia de una quebrada con el río Colorado (lado izquierdo).
TS-041
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad
(cm
)
TS-041387982 E, 306970 N
832 m s.n.m
0-80 cm: suelo negro moderadamente húmedo. 80-113 cm: lava gris parda
arcillificada y parcialmente oxidada, moderadamente húmeda.
TS-040
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad
(cm
)
TS-040386985E, 307009 N
804 m s.n.m
0-20 cm: suelo negro moderadamente húmeda. 20-144.5 cm: subsuelo café
pardo cinerítico.
TS-039
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad
(c
m)
TS-039385996 E, 307001 N
766 m s.n.m
0-64 cm: suelo cinerítico amarillento pardo seco. 64-90 cm:subsuelo negro
arcilloso moderadamente húmedo veteado con arcilla anaranjada
TS-038
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad (c
m)
TS-038384968 E, 307021 N
746 m s.n.m
0-59 cm: Suelo pardo anaranjado cinerítico seco.
98
7.2 Columnas pedológicas en los inceptisoles
TS-058
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad (c
m)
TS-058384003E, 309999 N
911 m s.n.m
0-100 cm: suelo gris
polvorizo cinerítico seco. 100-152 cm: lava arcillificada
gris anaranjada moderadamente seco.
TS-056
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad
(c
m)
TS-056386995 E, 308988 N
1262 m s.n.m
0-110 cm: suelo café pardo
arcilloso moderadamente húmedo.
110-140 cm: subsuelo gris café húmedo.
TS-055
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad
(c
m)
TS-055385932 E, 308987 N
1102 m s.n.m
0-10 cm: pómez. 10-140 cm: subsuelo franco
de tonalidad café claro.
TS-054
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad
(cm
)
TS-054384995 E, 309006 N
998 m s.n.m
0-40 cm: suelo cinerítico gris
polvorizo. 40-145 cm: franco café claro.
145-150 cm:pómez. 150-156 cm: franco café
claro.
TS-053
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad
(cm
)
TS-053384005 E, 308995 N
873 m s.n.m
0-40 cm: suelo cinerítico gris
polvorizo. 40-135 cm: franco café claro.
135-140 cm: pómez. 140-162cm: franco café claro.
TS-052
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad
(cm
)
TS-052382998 E, 308995 N
793 m s.n.m
0-24 cm: suelo gris cinerítico
seco polvorizo (poca recuperación). 24-90 cm: subsuelo gris
polvorizo seco. . 90-120 cm: pómez amarillo.
120-166 cm: subsuelo
anaranjado cinerítico moderadamente seco.
TS-51
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad
(cm
)
TS-051388756 E, 308017 N
1057 m s.n.m
0-50 cm: suelo negro. 50-127 cm:nivel muy
pedregoso.
TS-049
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad
(cm
)
TS-049387060 E, 307829 N
953 m s.n.m
0-10 cm: suelo café oscuro en superficie. 10-69 cm: subsuelo café claro seco.
TS-048
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad (c
m)
TS-048385997 E, 307995 N
928 m s.n.m
0-24 cm: Suelo cinerítico café anaranjada moderadamente húmedo con peds blocosos centiméticos y conteniendo pequeñas raices. 24-158 cm: subsuelo café
claro moderadamente húmedo.
99
7.2 Columnas pedológicas en los inceptisoles
TS-060
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Pro
fun
did
ad
(c
m)
TS-060386048 E, 309891 N
1291 m s.n.m
0-100 cm: pómez Amarillo. 100-130 cm: subsuelo cinerítico franco café. . 130-150 cm: Subsuelo negro.
TS-059
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Profundidad (cm)
TS-059384954E, 310037 N
1059 m s.n.m
0-150 cm: franco compuesto de ceniza de tonalidad café claro.
100
Anexo 8. Revisión filológica
101
Anexo 9. Tribunal Examinadora
102
Anexo 9.