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1.2: Fuentes y características del agua

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    En este capítulo se discutirán las fuentes de agua en California y las características del agua.

    Resultados de aprendizaje de los estudiantes

    Después de leer este capítulo, deberías poder:

    • Explicar las diferentes etapas del ciclo hidrológico
    • Identificar las diversas fuentes de suministro
    • Enumerar las principales fuentes de suministro para el área sur de California
    • Discutir los aspectos físicos, químicos y biológicos del agua

    Ciclo hidrológico del agua

    El agua de la Tierra se muestra en tres gráficos de barras por categorías
    Figura\(\PageIndex{1}\): La imagen del USGS es de dominio público

    ¿De dónde viene nuestra agua? Uno de los aspectos más singulares de nuestro planeta es la gran cantidad de agua que lo cubre. Alrededor del setenta y uno (71) por ciento de la superficie terrestre es agua. Lo mismo que es esencial para sostener la vida abarca casi tres cuartas partes de nuestro planeta. Sin embargo, aproximadamente el noventa y siete y medio (97.5) por ciento de toda el agua en la tierra es agua salada. Esto equivale a unos trescientos veintiséis (326) millones de billones de galones de agua, lo que no es apto para beber. Esto significa que dos y medio (2.5) por ciento del agua del planeta es agua dulce, o agua que no contiene sal. Si bien esto sigue siendo mucha agua, casi el setenta (70) por ciento de ella es inaccesible. Esta agua es en forma de glaciares o capa de nieve permanente. Aproximadamente el treinta y uno (31) por ciento de esta agua es agua subterránea y menos de un (1) por ciento se considera agua superficial.

    ¿Significa esto que eventualmente nos quedaremos sin agua dulce? Si la mayor parte del agua de la tierra es agua salada o inaccesible, ¿significa que tenemos un suministro limitado para sostener la vida? La respuesta corta es no, no nos quedaremos sin agua dulce y no tenemos un suministro limitado. Sin embargo, el acceso al agua dulce es un tema que hay que abordar, y hay lugares en nuestro planeta que carecen de suministros seguros y adecuados de agua potable. En esta sección, abordaremos la “respuesta corta”. La razón por la que tenemos acceso al agua dulce en la mayoría de las áreas de la tierra tiene que ver con algo conocido como el ciclo hidrológico. El ciclo hidrológico es el movimiento continuo del agua por toda la tierra. Es el proceso físico de evaporación, condensación, precipitación, infiltración y escorrentía superficial. El agua cambia de una forma a otra y luego a otra. Las tres fases por las que pasa el agua son líquida, gaseosa y sólida. Entendemos y encontramos el agua en estas tres fases a diario. El agua en su forma más común es líquida. No obstante, podemos congelarlo para hacer hielo (sólido) o hervirlo para encontrarse con vapor (gas). A lo largo del ciclo hidrológico, el agua también se transfiere a través de estas fases.

    La imagen de abajo (cortesía del Servicio Geológico de Estados Unidos - USGS) muestra muchos detalles respecto al ciclo hidrológico. Primero, tratar de enfocarnos en las tres fases que acabamos de discutir (líquida, gaseosa y sólida). La precipitación es el estado líquido, el hielo y la nieve el estado sólido, y la evaporación representa el estado gaseoso o vapor. Como se puede ver en este diagrama, es un poco más complicado, pero el agua pasa por estas tres fases (estados) en un movimiento continuo sobre, por encima y por debajo de la superficie de la tierra. Hay otros tres (3) términos con los que deberías familiarizarte en este proceso. Los términos son evapotranspiración, infiltración y sublimación.

    El ciclo del agua
    Figura\(\PageIndex{2}\): La imagen del USGS es de dominio público

    La evapotranspiración es el proceso de transferencia de agua de la tierra a la atmósfera desde el suelo y otras superficies y por transpiración de las plantas. La transpiración es la evaporación de las hojas de las plantas. Piense en ello como plantas sudando. La sublimación es el proceso por el cual una sustancia (agua en este caso) pasa directamente de la fase sólida a la fase vapor o gaseosa. Esto suele ocurrir en la atmósfera. El tercer término es la infiltración. La infiltración es el proceso de entrada de agua a la superficie del suelo. Si las condiciones geológicas son las adecuadas, el agua continuará transfiriéndose más profundamente a la superficie terrestre hasta que se convierta en agua subterránea. Este proceso de transferencia más profundo se conoce como percolación. El único otro proceso en el ciclo hidrológico que debes tomar nota es el proceso de condensación. Esto es cuando los vapores de agua pasan de la fase gaseosa a la fase líquida. Ahora que tenemos una comprensión general del ciclo hidrológico, es el momento de dirigir nuestra atención a las diversas fuentes de abastecimiento de agua.

    Fuentes de Agua

    Agua Superficial

    A medida que el agua sale de los océanos y otras áreas en tierra, se evapora a la atmósfera y eventualmente vuelve a bajar a través de alguna forma de precipitación. A medida que la nieve y el hielo se derrite o la lluvia cae sobre tierra se convierte en escorrent Esta escorrentía entrará en arroyos, ríos o lagos. Estas se consideran aguas superficiales. Hay tres (3) fuentes principales de suministro de agua superficial en el sur de California, Proyecto Estatal de Agua, Acueducto del Río Colorado y Acueducto de Los Ángeles. Cada una de estas fuentes de agua superficial atiende áreas específicas y son propiedad y están operadas por diferentes agencias de agua.

    • Acueducto de Los Ángeles — El Acueducto de Los Ángeles es propiedad y está operado por el Departamento de Agua y Energía de Los Ángeles (LADWP). Los únicos usuarios de esta agua son los clientes de LADWP. El acueducto tardó aproximadamente cinco (5) años en construirse y se origina en el Valle de Owen, llevando agua a los clientes de LADWP a través de un sistema de gravedad total.
    • Acueducto del río Colorado — El acueducto del río Colorado trae agua desde el río Colorado en el lago Havasu hasta el sur de California. Es operado por el Distrito Metropolitano del Agua. El agua fluye a través de dos (2) embalses y cinco (5) estaciones de bombeo y entrega agua hasta el sur hasta el condado de San Diego.
    • Proyecto Estatal de Agua — El Proyecto Estatal de Agua es uno de los mayores servicios públicos de agua en el mundo. Trae agua del norte de California y la distribuye a áreas de San Francisco y sus alrededores y a las principales áreas metropolitanas del sur de California. Es mantenido por el Departamento de Recursos Hídricos de California y cuenta con veintinueve contratistas diferentes que extraen agua de este sistema. Dentro de este sistema hay más de una docena de depósitos de almacenamiento de agua y plantas de bombeo.

    Según el USGS, aproximadamente el ochenta (80) por ciento de toda el agua utilizada en Estados Unidos proviene de fuentes de agua superficial. El agua superficial es un importante recurso natural utilizado para muchos propósitos, especialmente el riego y el suministro público de agua potable.

    Agua subterránea

    El agua subterránea es agua en la superficie, que se infiltra y eventualmente se filtra lo suficientemente profundo en sistemas subterráneos conocidos como acuíferos. Un acuífero es un sistema subterráneo de suelo permeable (arena, grava, roca), que puede contener y transmitir agua subterránea o subterránea. El agua subterránea existe por dos razones principales, la gravedad y la formación geológica.

    Recorte de agua subterránea
    Figura\(\PageIndex{3}\): Este material fue reproducido de groundwater.org con el permiso de The Underwater Foundation. © The Underwater Foundation. Todos los Derechos Reservados.

    La gravedad tira del agua hacia la tierra y si la formación geológica es propicia para retener el agua, se formarán acuíferos. El agua se acumula en los vacíos y espacios dentro de la geología subterránea. Algunos ejemplos de estas formaciones consisten en arenisca, piedra caliza e incluso granito. Hay tres (3) tipos principales de acuíferos, roca no confinada, confinada y fracturada. Cada uno de estos tiene características y propiedades únicas.

    • Acuífero no confinado — Un acuífero no confinado tiene la superficie superior abierta a la atmósfera a través de material permeable como arena y grava. Este tipo de acuífero suele ser más susceptible a la contaminación por derrames o descargas en la superficie del suelo.
    • Acuífero Confinado — Un acuífero confinado tiene una composición similar a los acuíferos no confinados. Consisten en materiales porosos como arena y grava. La principal distinción es que hay una capa de roca o arcilla impermeable superpuesta que la separa de la atmósfera. Comúnmente, esta capa impermeable consiste en arcillas. Debido a esta capa impermeable, los acuíferos confinados son generalmente menos susceptibles a la contaminación.
    Recorte acuífero
    Figura\(\PageIndex{4}\): Imagen de Hans Hillewaert está licenciada bajo CC BY-SA 3.0
    • Roca fracturada: un sistema acuífero de roca fracturada subterráneo es muy diferente al de los acuíferos no confinados y confinados. En algunas zonas, hay formaciones rocosas, que tienen poca o ninguna permeabilidad, pero aún pueden contener agua. El agua se almacena en fracturas complejas (grietas) dentro de la formación rocosa. Esta agua se puede retirar, pero la variabilidad de las fracturas dificulta la localización de las zonas con agua.

    Tanto los acuíferos no confinados como los confinados pueden producir grandes cantidades de agua para uso doméstico y agrícola. Muchas comunidades dependen únicamente del agua subterránea de este tipo de acuíferos. Si bien la roca fracturada puede almacenar agua bajo tierra, estos tipos de acuíferos no son tan comunes y no producen casi tanta agua. En el área del sur de California, existen muchos sistemas acuíferos diferentes. Según el Departamento de Recursos Hídricos de California (DWR), existen setenta y siete (77) cuencas subterráneas y subcuencas en la Región Hidrológica de la Costa Sur. Esto incluye los condados de Ventura, Los Ángeles, San Bernardino, Riverside, Orange y San Diego.

    Unidades de estudio de rangos transversales y rangos peninsulares seleccionados
    Figura\(\PageIndex{5.1}\): Mapa del USGS es de dominio público
    Leyenda para rangos transversales y rangos peninsulares seleccionados Unidades de estudio de provincia
    Figura\(\PageIndex{5.2}\): Los rangos transversales y rangos peninsulares seleccionados Provincia consta de las siguientes Unidades de Estudio

    Agua Reciclada

    Otra fuente de suministro, que cada vez es más prominente y necesaria es el agua reciclada. En el pasado, el término agua “recuperada” se usaba con mayor frecuencia. Esto se debió en parte a la fuente del agua, las plantas de recuperación de agua. Sin embargo, a medida que el uso se hizo más prevalente, el término reciclado se hizo más común. Son intercambiables.

    El agua reciclada es aguas residuales tratadas. Todas las aguas residuales viajan a través de un sistema de red de tuberías de alcantarillado. Esta red es principalmente un sistema de flujo por gravedad, pero en momentos en que cambian las elevaciones, se requieren bombas para “levantar” las aguas residuales. Una vez que las aguas residuales llegan a una planta de recuperación de aguas residuales (también se usa comúnmente la planta de tratamiento de aguas residuales), deben pasar por un proceso de tratamiento. Los requisitos de tratamiento para la descarga final varían dependiendo de dónde se liberarán las aguas residuales tratadas. En ocasiones estas plantas de tratamiento se encuentran a lo largo de la costa y el agua se descarga al océano. Mientras que otras veces, las plantas se encuentran en comunidades del interior y el agua se descarga en los sistemas fluviales locales.

    Para que las aguas residuales tratadas se utilicen como agua reciclada, al menos debe pasar por un tratamiento terciario. Las dos primeras etapas del tratamiento de aguas residuales (primaria y secundaria) están diseñadas para eliminar los desechos y sólidos a través de un proceso de sedimentación y luego un proceso para eliminar el contenido biológico. El proceso de tratamiento terciario suele ser la última etapa del tratamiento a menos que se utilice alguna forma de tratamiento avanzado. Normalmente este proceso implica alguna forma de filtración, que incluye arena. También se pueden eliminar nutrientes adicionales.

    Si bien el agua reciclada normalmente cumple con todos los estándares estatales y federales de agua potable, no está permitida para el consumo humano. El uso principal del agua reciclada es el riego. Parques, parques infantiles, campos deportivos, paisajismo de calles y carreteras y campos de golf son algunos de los usos más comunes del agua reciclada. El agua reciclada también se puede utilizar para sistemas de refrigeración industriales y comerciales.

    Características del agua

    El agua es un compuesto increíble y tiene algunas propiedades muy únicas. Debido a la estructura molecular del agua, tiene afinidad por otras moléculas. El agua se considera un compuesto “polar”. Esto significa que hay una distribución desigual de la densidad electrónica. Los enlaces entre el átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno están en ángulo (ver más abajo).

    Enlace entre un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno
    Figura\(\PageIndex{6}\): Las bolas de agua-3D de Benjah-BMM27 son de dominio público

    El punto rojo anterior representa el átomo de oxígeno en el agua y los dos puntos blancos representan los átomos de hidrógeno, lo que equivale a la fórmula molecular “H2O”. La estructura del agua tiene una carga negativa parcial cerca del oxígeno y una carga positiva parcial cerca de los átomos de hidrógeno. Esta estructura permite que el agua tenga propiedades tanto de cohesión como de adhesión. La cohesión es la capacidad del agua para ser atraída por otras moléculas de agua. Esta propiedad cohesiva es lo que da tensión superficial al agua y permite que insectos como un Water Strider caminen sobre el agua. Esta polaridad también permite que el agua disuelva muchos compuestos diferentes.

    Equilibrio de insectos en la parte superior de la piscina de agua
    Figura\(\PageIndex{7}\): Gerris by webrunner está licenciado bajo CC BY-SA 3.0

    El agua también tiene una atracción entre moléculas. Esta propiedad se conoce como adherencia. Cuando llenas un vaso con agua el agua alrededor del vaso “se adhiere” al vaso haciendo que el agua “suba” a la pared de cristal. Esto da como resultado que el agua tenga un menisco de aspecto cóncavo.

    Agua en un vaso como ejemplo de menisco cóncavo
    Figura\(\PageIndex{8}\): La imagen de Jleedev está licenciada bajo CC BY-SA 3.0 (imagen modificada por COC REA)

    El agua es también la única sustancia común en la superficie terrestre, que existe como gas, líquido y sólido. La temperatura afecta al agua haciendo que persista en cada una de estas fases. Por lo general, es una sustancia incolora e inodoro.

    Características Físicas

    El agua es generalmente incolora. Esta es una de las cualidades estéticas más importantes del agua, que preocupan a los clientes. Nadie quiere beber agua que tenga un color. Sin embargo, este también es un problema común que los profesionales de la calidad del agua tienen que monitorear. Hay varias cosas en el sistema de distribución, que pueden hacer que el agua tenga un color. Algunos ejemplos incluyen aire (blanco), hierro (amarillo o marrón), manganeso (causando manchas negras). Existen soluciones a estos ejemplos, pero es importante que los profesionales de servicios de agua monitoreen su calidad de agua dentro del sistema de distribución para mantener el agua en su estado natural incoloro.

    Además de ser incolora, el agua normalmente no tiene sabor. Sin embargo, al igual que el color, ciertas cosas en el suministro de agua pueden darle al agua un sabor desagradable. El cloro es un químico comúnmente utilizado para desinfectar el agua con el fin de que sea segura de beber. Sin embargo, esto también puede darle al agua un sabor desagradable a los clientes.

    La propiedad física final del agua que discutiremos en este texto es la temperatura. A medida que cambia la temperatura del agua, también cambia la naturaleza física del agua. Por ejemplo, a medida que el agua se acerca a 0°C cambia de forma de líquido a sólido. Por el contrario, a medida que el agua se acerca a los 100°C, comienza a hervir y pasa de un líquido a un gas.

    Preguntas de muestra

    1. ¿Cuál no es una de las fases del agua a lo largo del ciclo hidrológico?
      1. Líquido
      2. Gas
      3. Sólido
      4. Sublimación
    2. Las aguas residuales tratadas utilizadas para el riego se denominan ___________.
      1. Agua no potable
      2. Suministro de agua de riego
      3. Agua para agricultura
      4. Agua reciclada
    3. El agua es generalmente ___________.
      1. Incoloro
      2. Inseguro para beber
      3. Abundante en todas las áreas
      4. Todo lo anterior
    4. ¿Cuál de los siguientes no se consideraría acuífero?
      1. Confinados
      2. Sin confinar
      3. Acueducto
      4. Roca fracturada
    5. Las tres principales fuentes de agua superficial de Los Ángeles incluyen todas las siguientes, excepto ___________.
      1. Acueducto de Los Ángeles
      2. Río Columbia
      3. Río Colorado
      4. Proyecto Estatal de Agua

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