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5.2: Ciclo del Agua y Abastecimiento de Agua Dulce

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    Objetivos de aprendizaje

    Después de leer este módulo, los estudiantes deben ser capaces de

    • entender cómo opera el ciclo del agua
    • comprender los principios que controlan los recursos de agua subterránea y cómo también pueden afectar los recursos hídricos superficiales
    • conocer las causas y efectos del agotamiento en diferentes reservorios de agua
    • entender cómo podemos trabajar para resolver la crisis del suministro de agua

    Embalses de Agua y Ciclo de Agua

    El agua es la única sustancia que se presenta naturalmente en la tierra en tres formas: sólida, líquida y gaseosa. Se distribuye en diversos lugares, llamados resevoirs de agua. Los océanos son, con mucho, el más grande de los embalses con alrededor del 97% de toda el agua pero esa agua es demasiado salina para la mayoría de los usos humanos (ver Figura\(\PageIndex{1}\)). Los casquetes de hielo y los glaciares son los mayores reservorios de agua dulce pero esta agua está ubicada de manera inconveniente, principalmente en la Antártida y Groenlandia. Las aguas subterráneas poco profundas son el mayor reservorio de agua dulce utilizable. Aunque los ríos y lagos son los recursos hídricos más utilizados, representan solo una pequeña cantidad del agua del mundo. Si toda el agua del mundo se encogiera al tamaño de 1 galón, entonces la cantidad total de agua dulce sería de aproximadamente 1/3 taza, y la cantidad de agua dulce fácilmente utilizable sería de 2 cucharadas.

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    Figura\(\PageIndex{1}\) Resevoir Agua de la Tierra. Gráfico de barras Distribución del agua de la Tierra incluyendo agua global total, agua dulce y agua superficial y otra agua dulce y gráfico circular Agua utilizable por humanos y fuentes de agua utilizable. Fuente: Encuesta geográfica de Estados Unidos El capítulo de Igor Skiklomanov “World fresh water resources” en Peter H. Gleick (editor), 1993, Water in Crisis: A Guide to the World's Fresh Water Resources
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    Figura\(\PageIndex{2}\) El Ciclo del Agua. Las flechas representan el movimiento del agua a diferentes reservorios ubicados por encima, en y debajo de la superficie de la Tierra. Fuente: Servicio Geológico de los Estados Unidos

    Una parte importante del ciclo del agua es cómo varía el agua en salinidad, que es la abundancia de iones disueltos en el agua. El agua del océano se llama agua salada porque es altamente salina, con alrededor de 35,000 mg de iones disueltos por litro de agua de mar. La evaporación (donde el agua cambia de líquido a gas a temperatura ambiente) es un proceso de destilación que produce agua casi pura casi sin iones disueltos. A medida que el agua se vaporiza, deja los iones disueltos en la fase líquida original. Eventualmente, la condensación (donde el agua cambia de gas a líquido) forma nubes y a veces precipitación (lluvia y nieve). Después de que el agua de lluvia cae sobre tierra, disuelve los minerales, lo que aumenta su salinidad. La mayoría de los lagos, ríos y aguas subterráneas cercanas a la superficie tienen una salinidad relativamente baja y se llaman agua dulce. En las siguientes secciones se discuten partes importantes del ciclo del agua en relación con los recursos de agua dulce.

    Recursos primarios de agua dulce: Precipitación

    La precipitación es un importante control de la disponibilidad de agua dulce, y se distribuye de manera desigual en todo el mundo (ver Figura\(\PageIndex{3}\)). Más precipitaciones caen cerca del ecuador, y las masas terrestres allí se caracterizan por un clima de selva tropical. La menor precipitación tiende a caer cerca de 20—30° de latitud norte y sur, donde se encuentran los desiertos más grandes del mundo. Estos patrones de lluvia y clima están relacionados con las células de circulación eólica global. La intensa luz solar en el ecuador calienta el aire, provocando que se eleve y se enfríe, lo que disminuye la capacidad de la masa de aire para retener el vapor de agua y resulta en frecuentes tormentas pluviales. Alrededor de 30° de latitud norte y sur, las condiciones de aire descendente producen aire más cálido, lo que aumenta su capacidad de retener vapor de agua y resulta en condiciones secas. Tanto las condiciones del aire seco como las temperaturas cálidas de estos cinturones de latitud favorecen la evaporación. La precipitación global y los patrones climáticos también se ven afectados por el tamaño de los continentes, las principales corrientes oceánicas y las montañas.

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    Figura Mapa\(\PageIndex{3}\) Mundial de Lluvias. El mapa de falso color anterior muestra la cantidad de lluvia que cae alrededor del mundo. Las áreas de alta precipitación incluyen América Central y del Sur, África occidental y el sudeste asiático. Dado que estas áreas reciben tanta lluvia, son donde crecen la mayoría de las selvas tropicales del mundo. Las zonas con muy poca lluvia suelen convertirse en desiertos. Las áreas desérticas incluyen el norte de África, el Medio Oriente, el oeste de América del Norte y Asia Central. Fuente: United States Geological Survey Earth Forum, Houston Museum Natural Science

    Recursos Hídricos Superficiales: Ríos, Lagos, Glaciares

    El agua que fluye de la lluvia y la nieve derretida en tierra ingresa a los canales de los ríos por escorrentía superficial (ver Figura\(\PageIndex{4}\)) y filtración de agua subterránea (ver Figura\(\PageIndex{5}\)). La descarga del río describe el volumen de agua que se mueve a través del canal del río a lo largo del tiempo (ver Figura\(\PageIndex{6}\)) Las contribuciones relativas de la escorrentía superficial vs. la filtración de agua subterránea a la descarga del río dependen de los patrones de precipitación, vegetación, topografía, uso del suelo y características del suelo. Poco después de una fuerte tormenta, la descarga del río aumenta debido a la escorrentía superficial. El flujo normal constante del agua del río proviene principalmente de las aguas subterráneas que se descargan en el río. La gravedad tira del agua del río cuesta abajo hacia el océano. En el camino, el agua en movimiento de un río puede erosionar las partículas del suelo y disolver minerales, creando la carga del río de granos de sedimentos móviles e iones disueltos. El agua subterránea también aporta una gran cantidad de los iones disueltos en el agua del río. El área geográfica drenada por un río y sus afluentes se llama cuenca de drenaje. La cuenca de drenaje del río Mississippi incluye aproximadamente el 40% de Estados Unidos, una medida que incluye las cuencas de drenaje más pequeñas (también llamadas cuencas hidrográficas), como el río Ohio y el río Missouri que ayudan a comprenderla. Los ríos son un importante recurso hídrico para el riego y muchas ciudades alrededor del mundo. Algunos de los ríos del mundo que han tenido disputas internacionales sobre el suministro de agua incluyen el Colorado (México, suroeste de Estados Unidos), el Nilo (Egipto, Etiopía, Sudán), Éufrates (Irak, Siria, Turquía), Ganges (Bangladesh, India) y Jordania (Israel, Jordania, Siria).

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    Figura\(\PageIndex{4}\) Escurrimiento superficial, parte del flujo terrestre en el ciclo del agua Fuente: James M. Pease en Wikimedia Commons
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    Figura La filtración de\(\PageIndex{5}\) aguas subterráneas se puede observar en Box Canyon en Idaho, donde aproximadamente 10 metros cúbicos por segundo de filtración emanan de su cabecera vertical. Fuente: NASA
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    Figura Río\(\PageIndex{6}\) Colorado, EE. UU.. Los ríos son parte del flujo terrestre en el ciclo del agua y un importante recurso hídrico superficial. Fuente: Gonzo fan2007 en Wikimedia Commons

    Los lagos también pueden ser una excelente fuente de agua dulce para uso humano. Suelen recibir agua de la escorrentía superficial y de la descarga de agua subterránea. Suelen ser efímeros en una escala de tiempo geológico porque constantemente se llenan con sedimentos suministrados por los ríos. Los lagos se forman de diversas maneras, incluyendo glaciación (Grandes Lagos, Norteamérica, Ver Figura\(\PageIndex{7}\)), reciente elevación tectónica (Lago Tanganyika, África) y erupciones volcánicas (Lago Cráter, Oregón). La gente también crea lagos artificiales (resevoirs) represas de ríos. Los grandes cambios en el clima pueden resultar en cambios importantes en el tamaño de un lago. A medida que la Tierra salía de la última Edad de Hielo hace unos quince mil años, el clima en el oeste de Estados Unidos cambió de fresco y húmedo a cálido y árido, lo que provocó la desaparición de más de 100 grandes lagos. El Gran Lago Salado en Utah es un remanente de un lago mucho más grande llamado Lake Bonneville.

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    Figura\(\PageIndex{7}\) Grandes Lagos desde el Espacio. Los Grandes Lagos albergan el 21% del agua dulce superficial del mundo. Los lagos son un importante recurso hídrico superficial. Fuente: Proyecto SeaWifs, Centro de Vuelo Espacial NASA/Goddard y ORBIMAGE

    Si bien los glaciares representan el mayor reservorio de agua dulce, generalmente no se utilizan como fuente de agua porque se encuentran demasiado lejos de la mayoría de las personas (ver Figura\(\PageIndex{8}\)). El derretimiento de los glaciares proporciona una fuente natural de agua de río y agua subterránea. Durante la última Edad de Hielo hubo hasta un 50% más de agua en los glaciares que en la actualidad, lo que provocó que el nivel del mar fuera unos 100 m más bajo. A lo largo del siglo pasado, el nivel del mar ha ido aumentando en parte debido al derretimiento de los glaciares. Si el clima de la Tierra continúa calentándose, el derretimiento de los glaciares provocará un aumento adicional en el nivel del mar.

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    Figura Glaciar de\(\PageIndex{8}\) Montaña en Argentina. Los glaciares son el mayor reservorio de agua dulce pero no son utilizados mucho como recurso hídrico directamente por la sociedad debido a su distancia de la mayoría de las personas. Fuente: Luca Galuzzi - www.galuzzi.it

    Recursos Subterráneos

    Aunque la mayoría de la gente en Estados Unidos y el mundo usa agua superficial, el agua subterránea es un reservorio mucho más grande de agua dulce utilizable, que contiene más de 30 veces más agua que los ríos y lagos combinados. El agua subterránea es un recurso particularmente importante en climas áridos, donde las aguas superficiales pueden ser escasas. Además, el agua subterránea es la principal fuente de agua para los propietarios de viviendas rurales, proporcionando el 98% de esa demanda de agua en Estados Unidos. El agua subterránea es el agua ubicada en espacios pequeños, llamados espacio poroso, entre granos minerales y fracturas en materiales terrestres subterráneos (roca o sedimento, es decir, granos sueltos). El agua subterránea no se encuentra en ríos o lagos subterráneos excepto donde hay cuevas, las cuales son relativamente raras. Entre la superficie terrestre y la profundidad donde hay agua subterránea se encuentra la zona insaturada, donde los espacios porosos contienen solo películas de aire y agua sobre granos minerales (ver Figura\(\PageIndex{9}\)) 1. Debajo de la zona insaturada se encuentra la zona saturada, donde el agua subterránea llena completamente los espacios porosos en los materiales terrestres. La interfaz entre la zona insaturada y la zona saturada es el nivel freático. La mayor parte del agua subterránea se origina por la lluvia o el deshielo, que se infiltra en el suelo y se mueve hacia abajo hasta llegar a la zona saturada Otras fuentes de agua subterránea incluyen la filtración de aguas superficiales (lagos, ríos, embalses y pantanos), agua superficial bombeada deliberadamente al suelo, riego y sistemas subterráneos de tratamiento de aguas residuales, es decir, fosas sépticas. Las áreas de recarga son lugares donde el agua superficial se infiltra en el suelo en lugar de correr hacia los ríos o evaporarse. Los humedales y las áreas con vegetación plana en general son excelentes áreas de recarga.

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    Figura Terminología\(\PageIndex{9}\) del Agua Subsuperficial. Agua subterránea en espacios porosos y fracturas de materiales terrestres, zona saturada, zona insaturada y capa freática, que sigue la superficie terrestre pero de manera más tenue. Fuente: Servicio Geológico de los Estados Unidos

    El agua subterránea está en constante movimiento debido a la interconexión entre los espacios porosos. La porosidad es el porcentaje de espacio de poro en un material terrestre y da una medida de la cantidad de agua subterránea que puede contener un material de tierra. La permeabilidad es una medida de la velocidad que el agua subterránea puede fluir a través de un material terrestre, y depende del tamaño y grado de interconexión entre los poros. Un material de tierra que es capaz de abastecer agua subterránea de un pozo a una tasa útil, es decir, tiene una permeabilidad relativamente alta y porosidad media a alta, se llama acuífero. Ejemplos de acuíferos son materiales terrestres con abundantes, grandes y bien conectados espacios porosos como arena, grava, arenisca no cementada y cualquier roca altamente fracturada. Un material de tierra con baja conductividad hidráulica es un acuitardo. Ejemplos de acuitardos incluyen arcilla, esquisto (roca sedimentaria con abundante arcilla) y roca ígnea y metamórfica, si contienen pocas fracturas.

    Como se discutió anteriormente, el agua subterránea fluye porque la mayoría de los materiales terrestres cerca de la superficie tienen valores finitos (distintos de cero) de porosidad y permeabilidad. Otra razón para el movimiento del agua subterránea es que la superficie del nivel freático comúnmente no es completamente plana sino que imita la topografía de la superficie terrestre, especialmente en climas húmedos. Hay “topografía” en el nivel freático porque el agua subterránea se mueve lentamente a través de la roca y el suelo, por lo que se acumula en áreas de mayor elevación. De hecho, cuando el agua subterránea fluye lentamente a través de aquitards y bajo tierra profunda, puede tomar muchos miles de años moverse distancias relativamente cortas. Un acuífero no confinado no tiene aquitardo por encima de él y, por lo tanto, se expone a la atmósfera y a las aguas superficiales a través de poros interconectados (Ver Figura\(\PageIndex{10}\)). En un acuífero no confinado, el agua subterránea fluye debido a la gravedad para bajar los niveles freáticos, donde eventualmente puede descargar o salir del sistema de flujo de agua subterránea. Las áreas de descarga incluyen ríos, lagos, pantanos, embalses, pozos de agua y manantiales (ver Figura\(\PageIndex{11}\)). Los manantiales son ríos que emergen del subsuelo debido a una abrupta intersección de la superficie terrestre y el nivel freático causado por juntas, cuevas o fallas que traen materiales de tierra permeables a la superficie. Un acuífero confinado está delimitado por aquitardos por debajo y por encima, lo que impide la recarga desde la superficie inmediatamente arriba. En cambio, la recarga principal ocurre donde el acuífero confinado intercepta la superficie terrestre, que puede estar a una larga distancia de pozos de agua y áreas de descarga (ver Figura\(\PageIndex{12}\)). Los acuíferos confinados suelen estar inclinados lejos de las áreas de recarga, por lo que las aguas subterráneas en un acuífero confinado están bajo una presión mayor que la atmosférica debido al peso del agua en la dirección de la pendiente ascendente. Similar a la descarga del río, la descarga de agua subterránea describe el volumen de agua que se mueve a través de un acuífero a La descarga total del agua subterránea depende de la permeabilidad del material terrestre, la presión que impulsa el flujo de agua subterránea y el tamaño del acuífero. Es importante determinar la descarga de agua subterránea para evaluar si un acuífero puede satisfacer las necesidades de agua de un área.

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    Figura Aguas subterráneas\(\PageIndex{10}\) que fluyen. Las líneas azules muestran la dirección del agua subterránea en acuíferos no confinados, acuíferos confinados y lechos confinantes. Las aguas subterráneas profundas se mueven muy lentamente especialmente a través de capas de baja permeabilidad. Fuente: Servicio Geológico de los Estados Unidos
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    Figura\(\PageIndex{11}\) Fatzael Springs en el Valle del Jordán. Un manantial es un río que emerge del subsuelo debido a una abrupta intersección del nivel freático con la superficie del terreno como a lo largo de una colina. Fuente: Hanay en Mediawiki Commons
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    Figura\(\PageIndex{12}\) Esquemática Sección Transversal de Tipos de Acuíferos. Esta figura muestra diferentes tipos de acuíferos y pozos de agua, incluyendo acuífero no confinado, acuífero confinado, pozo freático, pozo artesiano y pozo artesiano que fluye. Punto de triángulo es el nivel del agua en cada pozo y el nivel freático en otras partes de la figura. El nivel del agua en pozo artesiano se encuentra en la superficie potenciométrica y por encima del nivel freático local (línea azul discontinua) debido a la presión adicional sobre las aguas subterráneas en acuíferos confinados El agua en el pozo artesiano que fluye se mueve sobre la superficie terrestre. Fuente: Servicio Geológico de Colorado

    La mayoría de los pozos de aguas poco profundas se perforan en acuíferos no confin Estos se denominan pozos de capa freática porque el nivel de agua en el pozo coincide con el nivel freático (Ver Figura\(\PageIndex{13}\)). El 90% de todos los acuíferos para el suministro de agua son acuíferos no confinados compuestos por arena o grava. Para producir agua de un pozo, simplemente necesita perforar un agujero que llegue a la zona saturada y luego bombear agua a la superficie. Intentar bombear agua de la zona insaturada es como beber cerveza de raíz con una pajita sumergida solo en la espuma en la parte superior.

    Para encontrar un acuífero grande para una ciudad, los hidrogeólogos (geólogos que se especializan en aguas subterráneas) utilizan una variedad de información que incluye conocimiento de materiales terrestres en la superficie y subsuperficie, así como pozos de prueba. Algunas personas buscan agua por radiestesia, donde alguien sostiene un palo o alambre bifurcado (llamado varilla de adivinación) mientras camina sobre un área. El palo supuestamente gira o se desvía hacia abajo cuando el radiestí pasa sobre el agua. Las pruebas controladas muestran que el éxito de un radiestestí es igual o menor que la probabilidad aleatoria. Sin embargo, en muchas áreas todavía se perforan pozos de agua siguiendo el consejo de los radiestes, a veces por dinero considerable. No hay base científica para la radiestesilla.

    Los pozos en acuíferos confinados suelen ser más profundos que los de los acuíferos no confinados porque deben penetrar una capa de confinamiento. El nivel del agua en un pozo perforado en un acuífero confinado, que es un pozo artesiano, (ver Figura\(\PageIndex{12}\)), se mueve por encima del nivel freático local a un nivel llamado superficie potenciométrica debido a la mayor presión sobre el agua subterránea. El agua en un pozo que fluye (ver Figura\(\PageIndex{14}\)) se mueve hasta la superficie terrestre sin bombear.

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    Figura\(\PageIndex{13}\) Un Pozo Que Fluye. Fluye pozo artesiano donde el agua se mueve por encima de la superficie terrestre debido a la presión extra sobre el agua subterránea en un acuífero confinado. Fuente: Environment Canada

    Un acuífero confinado tiende a agotarse por el bombeo de agua subterránea más rápidamente que un acuífero no confinado, asumiendo propiedades similares del acuífero y niveles de precipitación. Esto se debe a que los acuíferos confinados tienen áreas de recarga más pequeñas, que pueden estar lejos del pozo de bombeo. Por el contrario, un acuífero no confinado tiende a ser más susceptible a la contaminación porque está conectado hidrológicamente a la superficie, que es la fuente de mayor contaminación.

    Las aguas subterráneas y superficiales (ríos, lagos, pantanos y embalses) están fuertemente interrelacionadas porque ambas forman parte del mismo recurso general. La remoción importante de agua subterránea (de bombeo o sequía) puede disminuir los niveles de agua superficial y viceversa. Podemos definir dos tipos de corrientes: corrientes ganadoras (efluentes) y corrientes perdedoras (afluentes) (ver Figura\(\PageIndex{14}\)). Los arroyos que ganan tienden a ser perennes (fluyen todo el año), son característicos de climas húmedos, tienen el nivel freático inclinado hacia el río y, por lo tanto, obtienen agua de la descarga del agua subterránea. Los arroyos perdedores tienden a ser efímeros (fluyen solo después de lluvias significativas), son característicos de climas áridos, se encuentran por encima del nivel freático (que se inclina lejos del río), y por lo tanto pierden agua para recargarse las aguas subterráneas. La contaminación que se vierte en una corriente perdedora tenderá a moverse hacia el suelo y también podría contaminar las aguas subterráneas locales.

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    Figura\(\PageIndex{14}\) Interacción de Corrientes y Aguas Subterráneas. A) Ganando arroyo donde el nivel freático se inclina hacia el río y las aguas subterráneas se descargan en el río, B) Corriente perdida donde el nivel freático se inclina lejos del agua del río y del río se descarga en el agua subterránea, C) Corriente perdida donde el nivel freático está separado de y debajo Fuente: Servicio Geológico de los Estados Unidos

    El uso del agua en Estados Unidos y el mundo

    La gente necesita agua para producir los alimentos, la energía y los recursos minerales que utilizan, comúnmente grandes cantidades de ella. Consideremos, por ejemplo, estos requerimientos aproximados de agua para algunas cosas que la gente en el mundo desarrollado usa todos los días: un tomate = 3 galones; un kilovatio-hora de electricidad (de una central termoeléctrica) = 21 galones; una barra de pan = 150 galones; una libra de carne de res = 1,600 galones; y una tonelada de acero = 63,000 galones. Los seres humanos requieren solo alrededor de 1 galón por día para sobrevivir, pero una persona típica en un hogar estadounidense usa aproximadamente 100 galones por día, lo que incluye cocinar, lavar platos y ropa, descargar el inodoro y bañarse.

    La demanda de agua de una zona es función de la población y otros usos del agua. Hay varias categorías generales de uso del agua, incluido el uso fuera de la corriente, que elimina el agua de su fuente, por ejemplo, riego, generación de energía termoeléctrica (enfriamiento de equipos de producción de electricidad en centrales de combustibles fósiles, nucleares y geotérmicas), industria y suministro público; uso de consumo, que es un tipo de uso fuera de la corriente donde el agua no regresa al sistema de aguas superficiales o subterráneas inmediatamente después de su uso, por ejemplo, agua de riego que se evapora o va al crecimiento de las plantas; y el uso instream, que es agua utilizada pero no eliminada de un río, principalmente para la generación de energía hidroeléctrica. El tamaño relativo de estas tres categorías es uso instream >> uso offstream > uso consumptive. En 2005, Estados Unidos utilizó aproximadamente 3,300 mil millones de galones por día para uso instream, 410 mil millones de galones por día para uso fuera de la corriente y 100 mil millones de galones por día para uso consumido. Los principales usos de esa agua fueron termoeléctrica (49%), riego (31%), suministro público (11%) e industria (4%, ver Figura\(\PageIndex{15}\)). Alrededor del 15% de los retiros totales de agua en Estados Unidos en 2005 fueron agua salina, que se utilizó casi en su totalidad para la generación de energía termoeléctrica. Casi toda el agua utilizada para la generación de energía termoeléctrica se devuelve al río, lago u océano de donde vino, pero aproximadamente la mitad del agua de riego no regresa a la fuente original debido a la evaporación, transpiración de la planta y pérdida durante el transporte, por ejemplo, fugas de tuberías. Los retiros totales de agua en Estados Unidos en realidad disminuyeron ligeramente de 1980 a 2005, a pesar de que la población estaba en constante aumento. Esto se debe a que las dos categorías más grandes de uso de agua (termoeléctrica y riego) se estabilizaron o disminuyeron durante ese período de tiempo debido a un mejor manejo y conservación del agua. En contraste, la demanda de abastecimiento público de agua aumentó de manera constante desde 1950 (cuando comenzaron las estimaciones) hasta 2005. Aproximadamente 77% del agua para uso fuera de la corriente en Estados Unidos en 2005 provino de agua superficial y el resto fue de agua subterránea (ver Figura\(\PageIndex{15}\)).

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    Figura\(\PageIndex{15}\) Tendencias en las retiradas totales de agua por categoría de uso de agua, 1950-2005. Tendencias en las retiradas totales de agua en Estados Unidos de 1950 a 2005 por categoría de uso de agua, incluyendo barras para energía termoeléctrica, riego, suministro público de agua, y doméstico y ganado rural. La delgada línea azul representa las retiradas totales de agua usando una escala vertical a la derecha. Fuente: Servicio Geológico de los Estados Unidos
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    Figura\(\PageIndex{16}\) Tendencias en la Fuente de Retiradas de Agua Dulce en Estados Unidos de 1950 a 2005. Tendencias en fuentes de extracción de agua dulce en Estados Unidos de 1950 a 2005, incluyendo barras para agua superficial, agua subterránea y agua total. La línea roja da población estadounidense usando escala vertical a la derecha. Fuente: Servicio Geológico de los Estados Unidos

    En contraste con las tendencias en Estados Unidos, el uso global total del agua está aumentando constantemente a un ritmo mayor que el crecimiento de la población mundial (ver Figura\(\PageIndex{17}\)). Durante el siglo XX la población mundial se triplicó y la demanda de agua creció en un factor de seis. El incremento de la demanda global de agua más allá de la tasa de crecimiento de la población se debe a la mejora del nivel de vida sin una compensación por la conservación del agua. El aumento de la producción de bienes y energía conlleva un gran incremento en la demanda de agua. Los principales usos globales del agua subterránea son el riego (68%), el suministro público (21%) y la industria (11%).

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    Figura\(\PageIndex{17}\) Tendencias en el Uso Mundial del Agua de 1900 a 2000 y Proyectadas a 2025. Para cada categoría de uso principal del agua, incluidas las tendencias para la agricultura, el uso doméstico y la industria. La barra de color más oscuro representa el agua total extraída para esa categoría de uso y la barra de color más claro representa el agua consumida (es decir, agua que no se devuelve rápidamente al sistema de aguas superficiales o subterráneas) para esa categoría de uso. Fuente: Igor A. Shiklomanow, Instituto Hidrológico Estatal (SHI, San Petersburgo) y Organización de las Naciones Unidas para la Educación, la Ciencia y la Cultura (UNESCO, París), 1999

    Problemas de suministro de agua: agotamiento de recursos

    Como el agua subterránea se bombea desde pozos de agua, generalmente hay una caída localizada en el nivel freático alrededor del pozo llamado cono de depresión (ver Figura\(\PageIndex{18}\)). Cuando hay una gran cantidad de pozos que llevan mucho tiempo bombeando agua, el nivel freático regional puede caer significativamente. Esto se llama minería de aguas subterráneas, que puede forzar la perforación de pozos más profundos y caros que comúnmente encuentran más aguas subterráneas salinas. La ocurrencia de la minería no significa que el agua subterránea nunca se recargará, pero en muchos casos la tasa de recarga es insignificante en una escala de tiempo humana. Los acuíferos confinados son más susceptibles a la minería de aguas subterráneas debido a sus limitadas áreas de recarga. El desarrollo urbano suele empeorar la minería de aguas subterráneas debido a que las tasas de recarga natural disminuyen con la proliferación de pavimentos impermeables, edificios y carreteras. Un extenso bombeo de agua subterránea alrededor de Chicago ha creado un gigantesco cono de depresión allí. Debido a que el nivel freático cayó hasta 250 m (800 pies) en el área (ver Figura\(\PageIndex{19}\)), muchos proveedores públicos locales de agua han cambiado al agua del lago Michigan. Chicago tiene la suerte de tener un gran suministro alternativo de agua dulce; muchos lugares áridos no tienen ese lujo. Otros lugares donde la minería de aguas subterráneas es un problema grave incluyen las llanuras altas (acuífero de Ogallala) y el desierto al suroeste de Estados Unidos, México, Medio Oriente, India y China. Los ríos, lagos y lagos artificiales (embalses) también pueden agotarse debido al uso excesivo. Algunos ríos grandes, como el Colorado en Estados Unidos y el Amarillo en China, se secan en algunos años. La historia del caso del Mar de Aral que se discute a continuación implica el agotamiento de un lago. Finalmente, los glaciares se están agotando debido al derretimiento acelerado asociado con el calentamiento global durante el siglo pasado.

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    Figura\(\PageIndex{18}\) Formación de un Cono de Depresión alrededor de un Pozo de Agua Bombeante Fuente: Distrito de Conservación de Aguas Subterráneas del Condado de Fayette
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    Figura\(\PageIndex{19}\) Gota en la capa freática en un acuífero confinado en el área de Chicago, Illinois y Milwaukee, Wisconsin, Estados Unidos de 1864 a 1980. Fuente: Servicio Geológico de los Estados Unidos

    Otro problema de recursos hídricos asociado con la minería de aguas subterráneas es la intrusión de agua salada, donde el sobrebombeo de acuíferos de agua dulce cerca de las costas oceánicas hace que el agua salada ingrese a las zonas de agua dulce. La intrusión de agua salada es un problema importante en muchas áreas costeras de Estados Unidos, incluyendo Long Island, Nueva York, Cape Cod, Massachusetts, y los estados del sureste y la costa del Golfo. La caída del nivel freático alrededor de un cono de depresión en un acuífero no confinado puede cambiar la dirección regional del flujo de agua subterránea, lo que podría enviar la contaminación cercana hacia el pozo de bombeo en lugar de alejarse de él. Finalmente, los problemas de hundimiento (hundimiento gradual de la superficie terrestre sobre una gran superficie) y sumideros (rápido hundimiento de la superficie terrestre sobre un área pequeña) pueden desarrollarse debido a una caída en el nivel freático.

    La crisis del suministro de agua

    La crisis del agua se refiere a una situación global en la que las personas de muchas zonas carecen de acceso a agua suficiente o agua potable o ambas. En esta sección se describe la situación global que involucra escasez de agua, también llamada estrés hídrico. En el siguiente apartado se aborda la crisis del agua que involucra la contaminación del agua. La figura\(\PageIndex{20}\) muestra áreas del mundo que experimentan estrés hídrico definidas por un alto porcentaje de extracción de agua en comparación con el agua total disponible. Debido al crecimiento poblacional, la proyección 2025 para el estrés hídrico global es significativamente peor que los niveles de estrés hídrico en 1995. En general, el estrés hídrico es mayor en áreas con precipitaciones muy bajas (desiertos mayores) o gran densidad de población (por ejemplo, India) o ambas. El calentamiento global futuro podría empeorar la crisis del agua al alejar los patrones de precipitación de las áreas húmedas y al derretir los glaciares de montaña que recargan ríos río abajo. El derretimiento de los glaciares también contribuirá al aumento del nivel del mar, lo que empeorará la intrusión de agua salada en acuíferos cercanos a las costas oceánicas Para agravar la crisis del agua está el tema de la injusticia social; los pobres generalmente tienen menos acceso al agua potable y suelen pagar más por el agua que los ricos.

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    Figura\(\PageIndex{20}\) Países que enfrentan estrés hídrico en 1995 y proyectados en 2025. El estrés hídrico se define como tener un alto porcentaje de extracción de agua en comparación con el agua total disponible en la zona. Fuente: Philippe Rekacewicz (Le Monde diplomatique), febrero de 2006

    Según un informe de 2006 del Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo, en 2005, 700 millones de personas (11% de la población mundial) vivían bajo estrés hídrico con un suministro de agua per cápita inferior a los 1,700 m 3 /año 2 (Watkins, 2006). La mayoría de ellos viven en el Medio Oriente y el Norte de África. Para 2025, el informe proyecta que más de 3 mil millones de personas (alrededor del 40% de la población mundial) vivirán en áreas con estrés hídrico y el gran aumento proviniendo principalmente de China e India. La crisis del agua también impactará en la producción de alimentos y en nuestra capacidad para alimentar a la población en constante crecimiento. Podemos esperar futuras tensiones globales e incluso conflictos asociados con la escasez de agua y la contaminación. Las áreas históricas y futuras de conflicto hídrico incluyen Oriente Medio (conflicto del río Éufrates y Tigris entre Turquía, Siria e Irak; conflicto del río Jordán entre Israel, Líbano, Jordania y los territorios palestinos), África (conflicto del río Nilo entre Egipto, Etiopía y Sudán), Asia Central (Mar de Aral conflicto entre Kazajstán, Uzbekistán, Turkmenistán, Tayikistán y Kirguistán) y el sur de Asia (conflicto del río Ganges entre India y Pakistán).

    ¿Soluciones sustentables a la crisis del suministro de agua?

    La crisis actual y futura del agua descrita anteriormente requiere múltiples enfoques para extender nuestro suministro de agua dulce y avanzar hacia la sustentabilidad. Algunos de los enfoques tradicionales de larga data incluyen presas y acueductos. Los embalses que se forman detrás de presas en los ríos pueden recolectar agua durante los tiempos húmedos y almacenarla para su uso durante períodos secos (ver Figura\(\PageIndex{21}\)). También se pueden utilizar para suministros de agua urbana. La ciudad de Nueva York cuenta con una gran cantidad de embalses y lagos controlados a hasta 200 km de distancia para satisfacer las demandas de agua de su gran población. Otros beneficios de las presas y embalses son la hidroelectricidad, el control de inundaciones y la recreación. Algunos de los inconvenientes son la pérdida evaporativa del agua del reservorio en climas áridos, la erosión del canal río abajo y el impacto en el ecosistema, incluyendo un cambio de un hábitat de río a lago e interferencia con la migración y desove de peces. Los acueductos pueden mover el agua desde donde es abundante hasta donde se necesita (ver Figura\(\PageIndex{22}\)). El sur de California cuenta con una amplia y polémica red de acueductos que trae agua de las montañas de Sierra Nevada en el norte, los valles en el norte y centro de California, y el río Colorado hacia el este (ver Figura\(\PageIndex{23}\)). Los acueductos pueden ser controvertidos y políticamente difíciles especialmente si las distancias de transferencia de agua son grandes. Un inconveniente es que el desvío de agua puede causar sequía en la zona de donde se extrae el agua. Por ejemplo, Owens Lake y Mono Lake en el centro de California comenzaron a desaparecer luego de que su afluencia fluvial fuera desviada hacia el acueducto de Los Ángeles. Owens Lake permanece casi completamente seco, pero Mono Lake se ha recuperado de manera más significativa debido a la intervención legal.

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    Figura\(\PageIndex{21}\) Presa Hoover, Nevada, Estados Unidos- Presa Hoover, Nevada, EE. Detrás de la presa se encuentra el lago Mead, el embalse más grande de Estados Unidos. La banda blanca refleja los bajos niveles de agua en el embalse debido a las condiciones de sequía de 2000 a 2010. Fuente: Cygnusloop99 en Wikimedia Commons
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    Figura\(\PageIndex{22}\) El Acueducto de California. Acueducto de California en el sur de California, Estados Unidos Fuente: David Jordan en es.Wikipedia
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    Figura\(\PageIndex{23}\) Mapa de Acueductos de California. Mapa de acueductos de California que llevan agua al sur de California desde el centro y norte de California y desde el río Colorado hacia el este. Fuente: Distrito Municipal de Aguas de la Cuenca Central

    El río Colorado, probablemente el río más explotado de Estados Unidos, tiene muchas presas, algunos embalses enormes y varios acueductos grandes para que pueda proporcionar grandes cantidades de agua dulce a 7 estados en el árido suroeste de Estados Unidos y México. El uso principal del agua es para algunas grandes ciudades (Las Vegas, Phoenix y Tuscon) y el riego. La asignación de agua del río Colorado está estrictamente regulada. Afortunadamente, no todos los estados utilizan toda su asignación de agua porque la cantidad total de agua asignada es mayor que la descarga típica del río Colorado. El agua del río Colorado se vuelve tan salina debido a la evaporación a lo largo de su curso que Estados Unidos se vio obligado a construir una planta desalinizadora cerca de la frontera con México para que pudiera ser utilizada para beber e irrigar. Los humedales del delta del río Colorado y su ecosistema asociado han sido tristemente degradados por el uso excesivo del agua; algunos años, ningún flujo de río llega incluso al océano.

    Un método que realmente puede aumentar la cantidad de agua dulce en la Tierra es la desalinización, que consiste en eliminar la sal disuelta del agua de mar o el agua subterránea salina. Hay varias formas de desalar el agua de mar, incluyendo ebullición, filtración, electrodiálisis y congelación. Todos estos procedimientos son moderadamente a muy caros y requieren un aporte considerable de energía, lo que hace que el agua producida sea mucho más costosa que el agua dulce de fuentes convencionales. Además, los procesos crean aguas residuales altamente salinas, que deben ser desechadas. La desalinización es más común en el Medio Oriente, donde la energía del petróleo es abundante pero el agua es escasa.

    Conservación significa usar menos agua y usarla de manera más eficiente. Alrededor del hogar, la conservación puede involucrar tanto características de ingeniería, como lavadoras de ropa de alta eficiencia y duchas e inodoros de bajo flujo, así como decisiones de comportamiento, como cultivar vegetación nativa que requiere poco riego en climas desérticos, apagar el agua mientras te cepillas los dientes, y fijación de grifos con fugas. La recolección de agua de lluvia implica capturar y almacenar el agua de lluvia para su reutilización antes de que llegue al suelo. El riego eficiente es extremadamente importante porque el riego representa una demanda de agua mucho mayor que el suministro público de agua. Las estrategias de conservación del agua en la agricultura incluyen el cultivo de cultivos en áreas donde la lluvia natural puede apoyarlos, sistemas de riego más eficientes como los sistemas de goteo que minimizan las pérdidas por evaporación, la agricultura con labranza cero que reduce las pérdidas evaporativas al cubrir el suelo, y la reutilización tratada aguas residuales de plantas de tratamiento de aguas residuales. Las aguas residuales recicladas también se han utilizado para recargar acuíferos. Hay muchas otras estrategias específicas de conservación del agua. Las soluciones sustentables a la crisis del agua deben utilizar una variedad de enfoques pero deben tener como alta prioridad la conservación del agua.

    Preguntas de revisión

    1. ¿Cuál es el ciclo del agua y por qué es importante para los recursos de agua dulce?
    2. ¿Cuáles son los méritos relativos de usar agua superficial vs. agua subterránea como recurso hídrico?
    3. ¿Qué debería aprender la sociedad de la historia del caso del Mar de Aral?
    4. ¿Por qué la sociedad se enfrenta a una crisis de abastecimiento de agua y cómo podemos resolverla?

    Referencias

    Watkins, K. (2006). Más allá de la escasez: el poder, la pobreza y la crisis global del agua. Informe de Desarrollo Humano 2006, Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo. Recuperado a partir de http://hdr.undp.org/en/reports/global/hdr2006/

    Notas al pie

    1. Agua subterránea es el nombre para el agua en la zona saturada y la humedad del suelo describe el agua en la zona insaturada. Por lo tanto, el agua subterránea es el recurso hídrico subterráneo utilizado por la sociedad pero la humedad del suelo es el principal suministro de agua para la mayoría de las plantas y es un factor importante en la productividad agrícola.
    2. Aunque 1,700 m 3 /año suena como mucha agua para cada persona, es la cantidad mínima que los hidrólogos consideran que se necesita para cultivar alimentos, apoyar a la industria y mantener el medio ambiente en general.

    Glosario

    acueducto
    Un acueducto es un suministro de agua o canal navegable construido para transportar agua. En la ingeniería moderna, el término se utiliza para cualquier sistema de tuberías, zanjas, canales, túneles y otras estructuras utilizadas para este propósito.
    acuífero
    Roca o sedimento que sea capaz de abastecer agua subterránea desde un pozo a una tasa útil.
    aquitard
    Material de tierra con baja conductividad hidráulica.
    pozo artesiano
    Pozo de agua perforado en un acuífero confinado donde el nivel del agua en el pozo se mueve por encima del nivel freático local.
    condensación
    Cambio en el estado físico del agua donde pasa de gas a líquido.
    cono de depresión
    Una caída localizada en la capa freática alrededor de un pozo de bombeo.
    acuífero confinado
    Un acuífero que está delimitado por acuitardos por debajo y por encima.
    consumo de agua
    Un uso social del agua que es un tipo de uso fuera de la corriente donde el agua no regresa al río o sistema de agua subterránea inmediatamente después de su uso.
    presa
    Una barrera construida a través de un río para obstruir el flujo de agua.
    desalinización
    Eliminación de sal disuelta del agua de mar o agua subterránea salina.
    área de descarga
    Ubicación en la Tierra donde el agua subterránea sale del sistema de flujo de agua subterránea.
    cuenca de drenaje
    Área geográfica drenada por un río y sus afluentes.
    evaporación
    Donde el agua cambia de líquido a gas a temperatura ambiente.
    agua subterránea
    Agua ubicada en pequeños espacios entre granos minerales y fracturas en roca subsuperficial o sedimento.
    minería de aguas subterráneas
    Un agotamiento de los recursos de agua subterránea provocado por una gran cantidad de pozos de agua que bombearon agua durante mucho tiempo.
    uso de agua instream
    Un uso social del agua que no la elimina de su fuente.
    uso de agua fuera de la corriente
    Un uso social del agua que la elimina de su fuente.
    permeabilidad
    Medida de la velocidad que las aguas subterráneas pueden fluir a través de rocas o sedimentos.
    espacio de poro
    Pequeños espacios entre granos minerales en roca subsuperficial o sedimento.
    porosidad
    Porcentaje de espacio de poro en roca o sedimento.
    recolección de agua de lluvia
    Capturar y almacenar el agua de lluvia para su reutilización antes de que llegue al suelo.
    área de recarga
    Ubicación en la Tierra donde el agua superficial se infiltra en el suelo en lugar de escurrir a los ríos o se evapora.
    reservorio
    Gran lago artificial utilizado como fuente de agua.
    descarga del río
    Volumen de agua que se mueve a través del canal de un río con el tiempo.
    intrusión de agua salada
    Agua salada que ingresa a un acuífero debido al sobrebombeo de acuíferos de agua dulce cerca de las costas oceánicas.
    zona saturada
    Área subsuperficial donde el agua subterránea llena completamente los espacios de poro en roca o sedimento.
    humedad del suelo
    Agua en la zona insaturada.
    primavera
    Río que emerge del subsuelo debido a una abrupta intersección del nivel freático con la superficie del suelo.
    escorrentía superficial
    Flujo de agua por tierra no canalizado.
    transpiración
    Pérdida de agua por parte de las plantas a la atmósfera.
    acuífero no confinado
    Acuífero sin acuitardo por encima de él.
    zona insaturada
    Área subsuperficial donde los espacios porosos contienen solo películas de aire y agua en los granos minerales.
    conservación del agua
    Usar menos agua y utilizarla de manera más eficiente
    crisis del agua
    Una situación global donde las personas de muchas zonas carecen de acceso a agua suficiente o agua potable o ambas.
    ciclo del agua
    El movimiento continuo del agua a través de depósitos de agua ubicados sobre, por encima y por debajo de la superficie de la Tierra.
    depósito de agua (en ciclo de agua)
    Ubicación general en la Tierra donde se encuentra el agua incluyendo océanos, atmósfera, glaciares, aguas subterráneas, lagos, ríos y biosfera.
    mesa freática
    Interfaz entre la zona insaturada y la zona saturada.
    pozo de mesa freática
    Pozo de agua perforado en un acuífero no confinado donde el nivel del agua en el pozo coincide con el nivel freático.

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