UNIVERSIDAD ESTATAL A DISTANCIA VICERRECTORÍA ACADÉMICA ESCUELA DE CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES Programa de Maestría en Manejo de Recursos Naturales con énfasis en PROSPECCIÓN GEOTÉRMICA SOSTENIBLE EN TERRENOS DE INCEPTISOLES Y ENTISOLES DEL PROYECTO GEOTÉRMICO LAS PAILAS, VOLCÁN RINCÓN DE LA VIEJA, COSTA RICA Borrador de la Tesis sometido a la consideración del Tribunal Examinador del Programa de Maestría en Manejo de Recursos Naturales de la Escuela de Ciencias Exactas y Naturales para optar al grado de: Magister Scientiae en Manejo de Recursos Naturales con Mención en Gestión Ambiental Por Edward Charles Hakanson Gregory San José, Costa Rica 2013
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UNIVERSIDAD ESTATAL A DISTANCIA VICERRECTORÍA ACADÉMICA
ESCUELA DE CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES Programa de Maestría en Manejo de Recursos Naturales con énfasis en
PROSPECCIÓN GEOTÉRMICA SOSTENIBLE EN TERRENOS DE INCEPTISOLES Y
ENTISOLES DEL PROYECTO GEOTÉRMICO LAS PAILAS, VOLCÁN RINCÓN DE LA
VIEJA, COSTA RICA
Borrador de la Tesis sometido a la consideración del Tribunal Examinador del Programa de Maestría en Manejo de Recursos Naturales de la Escuela de Ciencias Exactas y Naturales para optar al grado de:
Magister Scientiae en Manejo de Recursos Naturales con Mención en Gestión Ambiental
Por
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
Esta Tesis fue aprobada por el Tribunal Examinador de la Maestría Académica respectiva
Víctor Hugo Méndez Estrada, M. Sc. Representante del Director del Sistema de Estudios de Posgrado
Lolita Campos, PhD. Lectora
Edward Charles Hakanson Gregory Estudiante
Milena Berrocal Vargas, PhD. Lectora
Wagner Peña Cordero, PhD. Director de Tesis
Hugo Brenes Soto, M. Sc. Representante de la Escuela de
Ciencias Exactas y Naturales
Zaidett Barrientos Llosa, M. Sc. Coordinadora de la Maestría en Manejo de Recursos Naturales
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 Hugo 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 Regresión lineal múltiple de los datos de la temperatura del subsuelo en los
inceptisoles ............................................................................................................62 4.4 Distribución geográfica de la temperatura del subsuelo en los inceptisoles ..........64 5 DISCUSIÓN ..................................................................................................................66 6 CONCLUSIONES .........................................................................................................68 7 RECOMENDACIONES.................................................................................................71 8 COMENTARIOS FINALES ...........................................................................................74 9 COMUNICACIONES PERSONALES ...........................................................................78
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 ...........45 Cuadro 8. Datos generales de los puntos de observación ..............................................47 Cuadro 9. Análisis descriptivo de la temperatura media anual del subsuelo y del
aire en los entisoles ........................................................................................52 Cuadro 10. Coeficientes de correlación de Spearman para las variables ambientales
ordinales respecto a la temperatura media anual del subsuelo en los entisoles..........................................................................................................53
Cuadro 11. Análisis descriptivo de la temperatura media anual del subsuelo y del aire en los inceptisoles ..........................................................................................55 Cuadro 12. Coeficientes de correlación de Spearman para las variables ambientales
de intervalo respecto a la temperatura media anual del subsuelo en los inceptisoles .....................................................................................................56
Cuadro 13. Resumen de los datos estadísticos generales de la temperatura del subsuelo en el área de estudio .......................................................................58 Cuadro 14. Datos generales de la temperatura media del subsuelo en los entisoles e
inceptisoles durante los cuatro periodos de medición.....................................59 Cuadro 15. Determinación del valor p para la oscilación de la temperatura del subsuelo
durante los cuatro periodos de medición ........................................................60 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 ...........................62 Cuadro 17. Variables utilizadas en la regresión lineal múltiple de la temperatura
media de los inceptisoles ................................................................................62
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 diferentes
profundidades (sistema temperatura-tiempo). ................................................13 Figura 3. Cambio de la temperatura del suelo en función de la profundidad
(sistema temperatura-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. Prueba de bondad de ajuste Lilliefors de la temperatura media anual del
subsuelo .........................................................................................................42 Figura 17. Prueba de bondad de ajuste de Lilliefors de la temperatura media anual
del subsuelo en los entisoles ..........................................................................43 Figura 18. Prueba de bondad de ajuste de Lilliefors de la temperatura media anual
del subsuelo en los inceptisoles .....................................................................44 Figura 19. Puntos de observación y distribución de los tipos de suelo en el área de
estudio (N=56) ................................................................................................46 Figura 20. Clasificación textural del subsuelo (N = 48) ....................................................51 Figura 21. Temperatura media anual del subsuelo en los entisoles y del aire en el
área de estudio a diferentes elevaciones ........................................................53 Figura 22. Temperatura media anual del subsuelo en los inceptisoles y del aire en
el área de estudio a diferentes elevaciones ....................................................56 Figura 23. Oscilación de la temperatura media del subsuelo en los entisoles (N=19)
e inceptisoles (N=37) en el área de estudio durante el año ............................59 Figura 24. Regresiones lineales de la temperatura del subsuelo en los entisoles
(N=19) e inceptisoles (N=37) durante el año ..................................................61 Figura 25. Pronóstico de la temperatura media anual del subsuelo calculado a partir
de una regresión múltiple de los datos estadísticamente significativos en los inceptisoles ...............................................................................................63
Figura 26. Residuales estándares de la temperatura media anual del subsuelo calculado a partir de una regresión múltiple de los datos estadísticamente significativos en los inceptisoles .........................................64
Figura 27. 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 ...........65
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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
Fuente: 1: NRCS-USDA (1999); 2: Cabalceta Aguilar, G.; 3: Alvarado & Forsythe (2005); 4: Porta et al. (2003)
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
(Porta et 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 afectada significativamente por la fluctuación térmica en superficie (Witter et
al., 2007; Porta et al., 2003).
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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 varía en
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 (≈ 37%) de la amplitud de la oscilación de la
temperatura en superficie y puede ser expresado tanto por un sistema de temperatura-
tiempo como un sistema de temperatura-profundidad.
Lo anterior se puede graficar tomando en cuenta la variación en la oscilación de la
temperatura con la profundidad.
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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).
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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 reducen el 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.
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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).
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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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 volcanismo muy 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.
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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
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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.
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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
eléctrica son 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
27
de la energía geotérmica en Costa Rica alcanzó 208 MWe, un incremento de 25,3% sobre
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 geotérmicos, por
28
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
135-150D
135-140B
173-175A2
275-330A1
Temperatura
media a 3 km de
Profundidad (ºC)
Categoría
135-150D
135-140B
173-175A2
275-330A1
Temperatura
media a 3 km de
Profundidad (ºC)
Categoría
B
A1
A2
D
Area de
Estudio
P
a
n
a
m
á
Nicaragua
Océano Pacífico
Mar Caribe
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 MWe nominales).
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”.
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 14 083,9 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, pasando
a 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 aprobada la 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, entre 1418 m y 1827 m, de cinco pozos profundos (figura 11) 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 modeló la 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.
PGP-01
PGP-02PGP-04
PGP-05
PGP-03
311 311
302 302
391382
391382
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
de la Vieja), mientras que hacia el borde del caldera Cañas Dulces (sur y suroeste) hay
una caída de temperatura muy pronunciada.
32
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
diurna. El análisis de residuales ha sido utilizado para identificar anomalías térmicas al
nivel del subsuelo (Coolbaugh, 2011).
33
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 en la 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
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).
34
Se plantea rechazar la hipótesis nula mediante análisis estadísticos no 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 vertiente pacífica del complejo volcánico Rincón de la
Vieja en Guanacaste (Costa Rica) y corresponde con el Campo Geotérmico Pailas,
además de una zona adicional de posible interés geotérmico que se extiende hacia el
noroeste. Se ubica geográfica 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.
36
Según el sistema de coordenadas CRTM05 el área de estudio se ubicaría entre latitud
1185515 – 1196528 N y longitud 345747 – 357762 E.
Abarca los distritos de Liberia, Cañas Dulces y 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. Léanse las 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 subsuelo y 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 167 cm con el fin de medir
periódicamente la temperatura del subsuelo en el fondo de las perforaciones y para
confeccionar la descripción de la columna pedológica para cada punto de observación.
40
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
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 (Figura
17).
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 (Figura 18).
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 (Figura 19).
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 subsuelo durante 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.
41
En el 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.
Siguiendo lo propuesto por Coolbaugh (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 perforaciones con revestimiento coincidió
bastante bien con la temperatura determinada a la misma profundidad en perforaciones
sin revestimiento. En los subsiguientes periodos de medición, se midió únicamente la
temperatura del aire y la temperatura del subsuelo en 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 de en 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).
42
4 RESULTADOS
La temperatura media anual del subsuelo (N=56) osciló entre 292,35 y 300,85 °K con una
media de 296,62 + 1,70K°. Se normalizaron los datos de la temperatura media anual del
subsuelo a sus valores Z (Anexo 1).
Hubo tres puntos de observación con un valor Z superior a 1,645 (>/= 300,15°K), los
cuales podrían ser anomalías.
Mediante una prueba de bondad de ajuste de Lilliefors (figura 16) se comprueba la
hipótesis nula de que la población de datos proviene de una distribución normal
(Lilliefors; N = 56; T(α=0,05): 0,118; p > 0,05).
Figura 16. Prueba de bondad de ajuste Lilliefors de la temperatura media anual del subsuelo.
Nota: La línea continua es la curva probabilística normal y los círculos abiertos son de la distribución empírica de frecuencias.
43
En los entisoles la temperatura media anual del subsuelo fue 297,84 + 1,40K°, mientras
que en los inceptisoles fue 296 + 1,52K°. Dada la normalidad de la temperatura media
anual del subsuelo poblacional, se procedió a determinar si los entisoles e inceptisoles
también muestran una distribución normal, cada uno por aparte (figuras 17 y 18).
Figura 17. Prueba de bondad de ajuste de Lilliefors de la temperatura media anual del subsuelo en los entisoles.
La máxima diferencia entre la curva de probabilidad normal y la curva empírica en los
entisoles resultó en un T de 0,164, y por tanto se debe aceptar la hipótesis nula de que
las temperaturas del subsuelo en los entisoles provienen de una distribución normal
(Lilliefors;N = 19; T(α=0,05): 0,195; p < 0,05).
44
Figura 18. Prueba de bondad de ajuste de Lilliefors de la temperatura media anual del subsuelo en los inceptisoles.
La máxima diferencia entre la curva de probabilidad normal y la curva empírica en los
inceptisoles resultó en un T de 0,063, y por tanto se debe aceptar la hipótesis nula de que
las temperaturas del subsuelo en los inceptisoles provienen de una distribución normal
(Lilliefors;N = 37; T(α=0,05): 0,145; p < 0,05).
Con la finalidad de determinar si la temperatura media anual del subsuelo puede ser
utilizada como un indicador ambiental para la prospección geotérmica, se presenta a
continuación los resultados de la prueba Mann-Whitney para 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).
45
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 mostrada normalidad de los datos y la diferencia significativa entre la temperatura
media anual del subsuelo en los entisoles e inceptisoles, se comparan estos dos tipos de
suelo (figura 19) 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 20) 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.
46
Figura 19. 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.
47
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).
Figura 20. 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.
52
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 observa una relación inversa entre la temperatura del subsuelo y la elevación, mientras que
la relación con la temperatura del aire es positiva (cuadro 10, figura 21).
53
Cuadro 10. Coeficientes de correlación de Spearman para las variables ambientales ordinales 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
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/m2).
Figura 21. Temperatura media anual del subsuelo en los entisoles y del aire en 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
54
aproximadamente 0,22 °K por cada grado de incremento de la temperatura del aire (r’ = 0,165),
lo cual no es significativo estadísticamente (p >0,05).
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; = 9,58; p < 0,05). Hubo una
diferencia significativa 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 bosques la
temperatura media anual del subsuelo fue significativamente menor que 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; = 4,04; p > 0,05). No hubo 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; = 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).
55
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 22).
56
Cuadro 12. Coeficientes de correlación de Spearman para las variables ambientales de intervalo respecto a la temperatura media anual del subsuelo en los inceptisoles (N = 37; p < 0,05 en negrita).
TMAS: temperatura media anual del subsuelo; TMAA: temperatura media anual del aire; Este y Norte se refieren a las coordenadas norte y este. Variables internas están sombreadas.
Figura 22. Temperatura media anual del subsuelo en los inceptisoles y del aire en el área de estudio a diferentes elevaciones.
57
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’ = -
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 cuales son 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 una relación 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; = 19,51; p < 0,05). Hubo una diferencia significativa 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
pastizales la temperatura media anual del subsuelo fue significativamente mayor que en los
otros usos de suelo (Mann-Whitney; U = 36; p=9,421 x 10-3), mientras que en los pastos
naturales fue significativamente 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 observación en lavas
andesíticas que en las otras unidades geológicas (Chi cuadrado; gl=2; = 22,11; p < 0,05).
Hubo una diferencia significativa 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 lahar la temperatura media anual del subsuelo fue
significativamente mayor que sobre las otras litologías (Mann-Whitney; U = 41; p=6,528 x 10-
4).
58
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; = 18,15; p < 0,05). No hubo una diferencia significativa 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).
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
59
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.
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.
Figura 23. Oscilación de la temperatura media del subsuelo en los entisoles (N=19) e inceptisoles (N=37) en el área de estudio durante el año.
60
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 lineales correspondientes para los cuatro periodos de medición (figura 24, cuadro
16).
61
Entisoles Inceptisoles
Figura 24. Regresiones lineales de la temperatura del subsuelo en los entisoles (N=19) e inceptisoles (N=37) durante el año.
62
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 Pearson. p<0.05 en negrita.
En los inceptisoles el coeficiente de correlación de Pearson muestra una relación lineal inversa
significativa 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 si alguna de estas variables medidas puede ser utilizada
en combinación con la temperatura de subsuelo como indicadores ambientales para la
prospección geotérmica sostenible.
4.3 Regresión lineal múltiple 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
Elevación -0,743 6,00 x 10-8
Temperatura del aire 0,660 2,63 x 10-6
Coordenada Norte -0,369 1,48 x 10-3
Uso del suelo 7,348 2,537 x 10-2
Sustrato geológico 13,127 1,411 x 10-3
63
La regresión lineal múltiple correspondiente se describe con la siguiente ecuación:
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 resolver esta regresión múltiple se encontraron dos 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 25 y 26).
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 empleada en esta investigación.
Figura 25. Pronóstico de la temperatura media anual del subsuelo calculado a partir de una regresión múltiple de los datos estadísticamente significativos en los inceptisoles.
64
Figura 26. Residuales estándares de la temperatura media anual del subsuelo calculado a partir de una regresión múltiple de los datos estadísticamente significativos en los inceptisoles.
4.4 Distribución Geográfica 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 y el uso del suelo (cuadro 16).
Para una población de 37 puntos, el valor crítico para r (p<0,05) es 0,276 y los coeficientes de
correlación de Spearman (r’) de estas variables superan ese valor, además de los valores H de
Kruskal-Wallis (Cuadro 18). 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 27). Los puntos de observación TS-038 y TS-040 identificados en el
apartado anterior se localizan en el centro del área de estudio en un área grande de pastizal
rodeado por bosque.
65
Figura 27. 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
(Cuadro18).
66
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 determinar si podían ser utilizados como indicadores ambientales en la prospección
geotérmica sostenible.
La temperatura del subsuelo poblacional fue 296,62 + 1,70K° y tiene una distribución normal.
Por otro lado, 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 ordinales
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.
67
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 haber diferencias 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 podrían relacionarse con estructuras geológicas
sepultadas o manifestaciones termales fósiles en superficie (sinter, travertino), aunque estos no
fueron observados en el campo. También existe 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.
68
6 CONCLUSIONES
1) Los valores de temperatura media anual en cada uno de los puntos de observación
(N=56) están distribuidos normalmente.
2) La temperatura media anual 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.
3) La temperatura media anual del subsuelo tanto en los inceptisoles como en los entisoles
está distribuida normalmente.
4) La temperatura media anual del subuselo en los inceptisoles es significativamente menor
que en los entisoles.
5) La temperatura media anual del subsuelo en los entisoles (N=19) fue 297,84 +/- 1,40°K.
6) Existe una relación lineal inversa no significativa entre la temperatura del subsuelo en los
entisoles respecto a la elevación.
7) La temperatura media anual del subsuelo en los pastizales desarrollados sobre los
entisoles es significativamente mayor que en los bosques y plantación.
8) No se observaron diferencias significativas en cuanto a la temperatura del subsuelo en
los entisoles respecto al sustrato geológico ni la textura del subsuelo.
9) La temperatura media anual del subsuelo en los inceptisoles (N=37) fue 296,0 +/- 1,51°K.
10) Existe una relación lineal inversa significativa entre la temperatura del subsuelo en los
inceptisoles respecto a la elevación.
11) Existe una relación significativa entre la temperatura del subsuelo en los inceptisoles
respecto a la temperatura del aire y la coordenada norte.
12) La temperatura media anual del subsuelo en los pastizales desarrollados sobre los
inceptisoles fue significativamente mayor que en los otros usos de suelo; en los pastos
naturales fue significativamente menor.
13) En los inceptisoles sobre el lahar la temperatura media anual del subsuelo fue
significativamente mayor que sobre las otras litologías.
69
14) Sobre la cuadrícula equidistanciado cada kilómetro se determinó que hay
significativamente más bosque que otros usos de suelo en el área de estudio.
15) 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.
16) Las mediciones periódicas de la temperatura del subsuelo durante el año permitieron
observar un comportamiento estacional oscilante no significativo de la temperatura del
subsuelo tanto en los entisoles como en los inceptisoles, que se interpreta como el
efecto de una baja onda térmica anual.
17) 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.
18) 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.
19) 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.
20) 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.
21) Tanto en los entisoles como en los inceptisoles, la tempertura media anual del subsuelo
es significativamente más alta en los pastizales que en los bosques.
70
22) 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
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.
71
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 recomiendan investigaciones 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 dataloggers a
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.
También pueden ser utilizadas 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 anomalías demasiado débiles para detectar con imágenes ASTER
corregidas, se puede utilizar además productos térmicos infra-rojos (TIR) para resaltar estas
anomalías.
72
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 cabo futuras
investigaciones de este tipo al final de la época seca y previo a la época lluviosa.
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
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:
73
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.
6) Finalmente, como parte del análisis estadístico, se recomienda realizar una regresión
lineal o polinómica múltiple 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).
74
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,
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.
WILLIAMS, G.P. & GOLD, L.W., 1976: Ground Tempertures. CBD-180.Canadian Building
Digest.
85
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.
86
11 ANEXOS
Anexo1. Valores Z
Valores Z para la temperatura media anual del suelo.
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
87
Anexo 2. Pruebas estadísticas no paramétricas
Prueba Kruskal-Wallis
(8)
Donde:
: Estadístico H
Número de muestras en la población
: Número de muestras en el grupo k.
: Suma de la jerarquía del grupo k
Hipótesis nula y alternativa de la prueba Kruskal-Wallis
Prueba Mann-Whitney
(9)
Donde:
: Estadístico U Número de muestras del grupo 1 : Número de muestras del grupo 2
: Suma de las jerarquías del grupo
Hipótesis nula y alternativa de la prueba Mann-Whitney:
88
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
89
Anexo 4. Prueba Kruskal-Wallis 4.1 Población (N=56)
Uso del suelo n ΣR ΣR^2 / n SSbg(R) Media H Valor p
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.
96
6.1 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
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 .
97
6.1 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.
98
6.2 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