lunes, 25 de febrero de 2013

Realizan un mapamundi de la capa freática






Las aguas subterráneas o casi superficiales tienen una gran influencia en el clima
Científicos estadounidenses y de la Universidad de Santiago de Compostela han realizado un mapamundi de la capa freática, es decir, las aguas subterráneas, que a veces rozan la superficie. El mapa incluye los terrenos de los que no hay datos exactos, y permitirá estudiar el clima y el efecto de estas aguas en el mismo.






magen de la profundidad de la capa freática. Las zonas con las aguas subterráneas muy cerca de la superficie (azul oscuro) se corresponden con regiones de grandes extensiones de humedales. Fuente: USC.

 Las aguas subterráneas próximas a la superficie tienen mucha importancia para los ecosistemas terrestres al ayudar a mantener el caudal de los ríos o el suelo húmedo en épocas de ausencia de lluvia, por citar dos ejemplos.

Además, son aspectos con incidencia en el clima. A pesar de su importancia, poco se sabía de la distribución de la capa freática, franja que separa el suelo oxigenado, próximo a la superficie del terreno, de los acuíferos.

Investigadores de la Universidad Rutgers (New Jersey, EE UU) y de la Universidad de Santiago de Compostela (USC) han desarrollado un mapa mundial de la profundidad de estas aguas subterráneas que publica la revista Science.

El trabajo cubre incluso zonas sin datos “para así poder inferir patrones espaciales y procesos a partir de un modelo hidrológico de aguas subterráneas forzado por el clima, la topografía y el nivel del mar actuales”, señalan los expertos en la nota de prensa de la USC, traducida por SINC.

Según sus resultados, entre el 22 y el 32% de la superficie emergida global se encuentra influida por una capa freática poco profunda, incluyendo aproximadamente el 15% de zonas con agua superficial alimentada por las aguas subterráneas, y entre un 7 y un 17% de áreas con la capa freática accesible a las raíces de las plantas.

Estos datos permiten afirmar, según Gonzalo Míguez, investigador de la USC, que la capa freática es lo suficientemente poco profunda en una fracción significativa –de entre el 22 y el 32%– de los continentes como para influir en los ecosistemas terrestres directamente.

Cuando esta capa es poco profunda interactúa de diversas maneras con las zonas superficiales: proporcionando agua a ríos y lagos y manteniendo ecosistemas acuáticos en períodos secos. Asimismo, impide el drenaje del terreno y crea las condiciones de suelo saturado que caracterizan a los humedales, e incluso proporcionando agua a las plantas para la fotosíntesis en condiciones de sequía.

 Principales resultados

 Los resultados del modelo aplicado permiten observar una serie de patrones espaciales a escala global, regional y local. En el primer caso, el nivel del mar es dominante y un cinturón de zonas con aguas subterráneas someras (cercanas a la superficie) rodea los continentes, más ancho allí donde hay llanuras costeras.

En la escala regional, la influencia del clima se manifiesta de manera que las regiones más secas tienden a tener una capa freática más profunda que las húmedas.

A modo de ejemplo, los investigadores señalan el caso de los desiertos destacándolos cómo zonas donde, en general, no hay muchos lugares con aguas subterráneas someras. También apuntan la influencia del terreno, ya que las zonas más llanas, con un drenaje más lento, presentan grandes extensiones de humedales, como la zona de la Amazonía central y otras zonas bajas de Sudamérica.

En el caso de la escala más local, el estudio destaca que la topografía domina a la influencia del clima y así, “debido al flujo del agua subterránea de las zonas altas a las bajas, los valles tienden a presentar capas freáticas poco profundas, incluso en zonas relativamente áridas o desiertos (oasis)”. En conjunto, el investigador de la USC considera que los resultados sugieren que las aguas subterráneas tienen “una extendida y estructurada influencia a escala global en la hidrología y ecosistemas terrestres”.

La capa freática y el clima

Las implicaciones de un mejor conocimiento en torno a la capa freática son múltiples, de las cuales los investigadores han querido destacar su incidencia en el clima.

Los humedales son la fuente principal de metano en la atmósfera, uno de los gases de invernadero más potentes. Además, cuando la energía del sol se concentra en la evaporación de agua del suelo y en realizar la fotosíntesis no se invierte en calentar el terreno y, por lo tanto, las temperaturas en la zona baja de la atmósfera son menores.

En el artículo se presentan observaciones de la profundidad de la capa freática de 1.603.781 pozos, a partir de archivos gubernamentales e información publicada en la literatura científica. Existen datos abundantes de América del Norte y en varios países europeos así como en Australia, pero muy escasa en relación a Asia y especialmente de África.

Para cubrir estas últimas zonas no observadas, los investigadores utilizaron un modelo hidrológico de aguas subterráneas forzado por clima, el terreno y el nivel actual del mar. El objetivo era obtener una imagen global a alta resolución (~1 km), sin tener en cuenta las complejidades geológicas locales, de la profundidad de la capa freática en equilibrio con el clima, la topografía y el nivel del mar, es decir, “en estado natural, sin intervención humana debida a las extracciones para regadío u otros usos”, explica el docente de la USC.

El desarrollo del modelo presentado en la revista Science es fruto de una larga y estrecha colaboración entre la profesora Y. Fan y Gonzalo Míguez Macho, y han contado con apoyo del Centro de Supercomputación de Galicia (Cesga).

 Referencia bibliográfica:

Y. Fan, H. Li, G. Miguez-Macho. Global Patterns of Groundwater Table Depth. Science (2013). DOI: 10.1126/science.1229881

martes, 19 de febrero de 2013

El delicado equilibrio entre las ciudades y el agua de lluvia


 
 
 
 
La complejidad de los mecanismos hidrológicos en los medios urbanos es poco conocida en la región. El tema de hidrología urbana se vincula tanto a la cantidad como a la calidad de agua que debe manejarse durante una tormenta. El rápido crecimiento de las concentraciones urbanas impone una serie de situaciones conflictivas entre sus habitantes y el agua. Uno de estos conflictos es originado por las aguas de escurrimiento superficial por causa de un deficiente sistema de control del drenaje superficial urbano en cantidad y en calidad. El crecimiento urbano desorganizado es la causa más frecuente de catástrofes graves en varias ciudades de América latina.

Varias ciudades de la región presentan condiciones adversas para hacer frente a los excesos de agua durante tormentas prolongadas lo cual impone altos costos a la población para poder enfrentar las situaciones no deseadas. El costo normal de construcción de sistemas de evacuación de aguas de lluvia en zonas urbanizadas es tres a cuatro veces mayor que el de abastecer a la misma zona con agua potable o proveerla de sistemas de tratamiento de desechos sólidos. Construir una tubería de evacuación de aguas de lluvia equivale o supera el costo de una pista de circulación de automóviles.

Debido a esta realidad los enfoques al manejo de aguas de lluvia han evolucionado paulatinamente en los países más industrializados como Francia. En dicho país, a principios del siglo pasado la población urbana asoció la presencia de enfermedades con las aguas estancadas en charcos que quedaban luego de una lluvia. Se desarrolló entonces el concepto de evacuar estas aguas lo más rápidamente posible. Se diseñaron consecuentemente enormes redes subterráneas de colectores de aguas de lluvia o aguas “sucias” después de haber lavado la ciudad.

En Francia, en 1894, se dictó inclusive una ley que se titulaba “todo al desagüe”. En esa época se disponía sólo de una red única de ductos subterráneos para el desagüe doméstico y de industrias y la evacuación de aguas de lluvia.

Entre las dos guerras mundiales se comenzaron a construir plantas de tratamiento de aguas servidas. Estas plantas se veían sobrepasadas en su capacidad al ocurrir tormentas. En ese entonces se optaba por evacuar los excedentes de agua, por sobre la capacidad de las plantas de tratamiento, a los campos vecinos, ríos y lagos bajo el supuesto que estas aguas mezcladas de desagües domésticos, industrias y lluvias se auto—depuraban solas y además los químicos y otros residuos se diluían en la gran masa de agua. Suponían que así se evitaban los riesgos para la salud y el medio ambiente.

A partir de la década de los cincuenta se decide construir sistemas de evacuación de aguas de lluvia separados de los sistemas de desagüe doméstico y en lo posible también independientes de los de zonas industriales. El problema de la evacuación de aguas de lluvia, sin embargo, adquiere dimensiones cada vez más preocupantes. Se percatan primero que el costo de construir los sistemas de drenaje subterráneo son enormes. Además constatan que la gravedad de la contaminación de las aguas de drenaje urbano superficial son tanto o más graves que las de residuos domésticos en particular por la presencia de metales pesados. Los sistemas colectores no hacen más que concentrar esta contaminación en algún punto de salida siendo más grave en ese lugar.

El tema de mantenimiento y operación de los colectores se hace aun más complejo dado que la ciudad, al crecer constantemente, crea nuevas microcuencas urbanas con cada modificación de la superficie debido a la construcción de vías de transporte y edificaciones de todo tipo. Estas microcuencas totalmente pavimentadas en algunos casos responden de manera muy rápida a una lluvia y vierten sus descargas de acuerdo a los cambios de topografía causados por los movimientos de tierra. Los colectores, diseñados para otras condiciones, colapsan por el incremento del agua aportada y colapsan también durante las tormentas por obstrucciones no programables lo cual implica que es necesario tener capacidad de operar el sistema de evacuación con información en tiempo real.

Todo ello redunda en un aumento de costos para evitar inundaciones en zonas habitadas así como en tratamiento de las aguas de escorrentía, sobre todo las “puntas” de agua ("first flush") que vienen con mayor cantidad de residuos químicos y metales pesados.
 
 
La preocupación por encontrar medios para abaratar los costos de manejo de aguas de lluvia tanto en calidad como en cantidad hace surgir la opción de la “detención e infiltración” de estas aguas en todo el trayecto en que escurre. Es decir que la mejor solución encontrada no es en tratar de que el agua de lluvia se evacue lo más rápido posible, si no en detenerla en una serie de lugares como estanques, plazas, jardines y, en general, depresiones controladas con vertederos el tiempo suficiente para que se infiltre una buena cantidad de las aguas. Estos decantadores de agua deben diseñarse durante el proceso de planificación del uso del territorio o, en su defecto, deben habilitarse mediante compra de espacios apropiados para hacerlos. Las agencias de cuenca de Francia, bajo el principio de que debe haber solidaridad entre los usuarios del agua y habitantes de una misma cuenca invierten.
Publicado por.
Mag. Ing.  Fernando  Vàsquez  Perdomo

domingo, 10 de febrero de 2013

El Manejo Sostenible de Suelos



Materia Orgánica, Humus, y la Cadena Alimenticia del Suelo


Comprender el papel que juegan los organ­ismos del suelo es crítico al manejo de suelos sostenibles. Basado en este entendimiento, el enfoque puede ser dirigido hacia estrate­gias que aumenten tanto el número como la diversidad de los organismos del suelo. Igual que el ganado y otros animales domésticos, el ganado del suelo requiere alimento apro­piado. Este alimento viene en la forma de materia orgánica.

Materia orgánica y humus son términos que describen cosas algo diferentes pero relacio­nadas entre sí. La materia orgánica se refiere a la fracción del suelo que está compuesta tanto de organismos vivos como de residuos muertos en varios estados de descomposición. Humus es sólo una pequeña porción de la materia orgánica. Es el producto final de la descomposición de la materia orgánica y es relativamente estable.

La continuación de la descomposición del humus ocurre muy lentamente en ambien­tes agrícolas y naturales. En sistemas natu­rales, se alcanza un balance entre la canti­dad de formación de humus y la cantidad de descomposición de este (Jackson 1993). Este balance también ocurre en la mayoría de los suelos agrícolas, pero a menudo con un mucho menor nivel de humus en el suelo.

El humus contribuye a un suelo bien estruc­turado que, en su turno, produce plantas de

alta calidad. Es claro que el manejo de la materia orgánica y el humus es esencial para sostener el ecosistema total del suelo.

Las mejoras a la estructura física del suelo facilitan el labrado, aumentan la capacidad para almacenar el agua, reducen la erosión, mejoran la formación y cosecha de cultivos de tubérculos, y producen sistemas de raíces más profundos y prolíficos en las plantas.

La materia orgánica del suelo se puede com­parar a una cuenta de ahorro para nutrien­tes de plantas. Un suelo que contiene 4% de materia orgánica en las 7 pulgadas de su superficie tiene 80,000 libras de mate­ria orgánica por acre. Estas 80,000 libras de materia orgánica pueden contener cerca de 5.25% de nitrógeno, para un total de 4,200 libras de nitrógeno por acre.

Si se asume una liberación de 5% durante la estación de crecimiento, la materia orgánica podría suministrar 210 libras de nitrógeno a un cultivo. Sin embargo, si la mate­ria orgánica se deja degradar y se pierde el nitrógeno, será necesario comprar fertilizante para aumentar el rendimiento de la cosecha.

Todos los organismos del suelo mencio­nados anteriormente, excepto las algas, dependen de materia orgánica como fuente de alimento. Por lo tanto, para mantener la población, se debe renovar la mate­ria orgánica de las plantas que crecen en el suelo, con estiércol de animales, abono, u otros materiales importados de fuera del sitio. Cuando los microorganismos se ali­mentan del suelo, aumenta la fertilidad del suelo y el suelo alimenta a las plantas.

Finalmente, fomentar los niveles de mate­ria orgánica y humus en el suelo significa manejar los organismos vivientes del suelo — algo parecido al manejo de la vida sil­vestre o la ganadería. Esto significa traba­jar para mantener condiciones favorables de humedad, temperatura, estado de nutrientes, pH, y aeración. También requiere proveer una fuente estable de alimento de materia orgánica cruda.

 

 

¿Cuáles son algunos de los elementos del buen suelo?

Cualquier agricultor le podrá decir que la buena tierra:

·         se siente blanda y se desgrana fácilmente

·         desagua bien y se calienta fácilmente en la primavera

·         no endurece y hace costra después de plantar

·         absorbe las lluvias fuertes con poco escurrimiento de agua

·         almacena humedad para los períodos de sequía

·         tiene pocos terrones y nada de capa dura

·         resiste la erosión y pérdida de nutrientes

·         soporta una alta población de organismos de suelo

·         tiene buen olor a tierra

·         no requiere aumento de ingresos para lograr una rendición alta

·         produce cultivos saludables, de alta calidad (1).

Todo este criterio indica un suelo que funciona con efectividad hoy y con­tinuará a producir cultivos en el futuro y a largo plazo. Estas características se pueden construir a través de optimas prácticas de manejo en los procesos encontrados en los suelos nativos.
 
 
Las raíces también pueden liberar en el suelo varias sustancias que estimulan los microbios del suelo. Estas sustancias sirven como alimento a organismos selectos.
 

sábado, 2 de febrero de 2013

Nueva cultura del Agua


El agua ha sido considerada comúnmente como un recurso renovable, cuyo uso no se veía limitado por el peligro de agotamiento que afecta, por ejemplo, a los yacimientos minerales. Los textos escolares hablan, precisamente, del “ciclo del agua” que, a través de la evaporación y la lluvia, devuelve el agua a sus fuentes para engrosar los ríos, lagos y acuíferos subterráneos… y vuelta a empezar.
 
Y ha sido así mientras se ha mantenido un equilibrio en el que el volumen de agua utilizada no era superior al que ese ciclo del agua reponía. Pero el consumo de agua se ha disparado: a escala planetaria el consumo de agua potable se ha venido doblando últimamente cada 20 años, debido a la conjunción de los excesos de consumo de los países desarrollados (ver Consumo responsable) y del crecimiento demográfico, con las consiguientes necesidades de alimentos.
La Conferencia de Mar del Plata, Argentina, celebrada en 1977, constituyó el comienzo de una serie de actividades globales en torno al agua que trataban de contribuir a nivel mundial a cambiar nuestras percepciones acerca de este recurso y a salir al paso de un problema grave y creciente que afecta cada vez más a la vida del planeta. Como se señala en el Primer Informe de Naciones Unidas sobre el Desarrollo de los Recursos Hídricos del Mundo: “De todas las crisis, ya sean de orden social o relativas a los recursos naturales con las que nos enfrentamos los seres humanos, la crisis del agua es la que se encuentra en el corazón mismo de nuestra supervivencia y la de nuestro planeta”. Es necesario recordar a este respecto que aunque el agua es la sustancia más abundante del planeta solo el 2,53% del total es agua dulce, el resto agua salada.
La lista de conferencias y acuerdos internacionales que han tenido lugar a lo largo de las tres últimas décadas resulta ilustrativa de la creciente gravedad de la problemática del agua, situándola en el centro del debate sobre el desarrollo sostenible. Así, en el Segundo Foro Mundial del Agua, reunido en Holanda en el 2000, se alertaba de que la agricultura y ganadería consumían el 70-80% del agua dulce utilizada en el mundo, con una responsabilidad muy particular de las técnicas intensivas de los países desarrollados: “para producir un solo huevo en una granja industrial hacen falta 180 litros de agua: esto es 18 veces más de lo que tienen a su disposición cada día los pobres de la India” (Riechmann, 2003). Conviene saber que para obtener, por ejemplo, un litro de leche se precisan más de 3000 litros y para un kilo de carne más de 10000 litros (!). Ello ha conducido a introducir el concepto de “agua virtual”, que mide el agua necesaria para obtener un producto o realizar un servicio. Así como el concepto de “huella hídrica”, que representa la cantidad de agua que hace falta para sostener la actividad de una población dada y viene a completar el de huella ecológica.
Este crecimiento del consumo ha llevado, por ejemplo, a una explotación de los acuíferos subterráneos tan intensa que su nivel se ha reducido drásticamente. Como advierte Jorge Riechmann (2003), “a escala mundial, algunas regiones agrícolas (como las llanuras del norte de China, el sur de las Grandes Llanuras de EEUU, o gran parte de Oriente Próximo y el norte de África) están extrayendo aguas subterráneas más rápido de lo que el acuífero puede recargarse, una práctica obviamente insostenible”. (…) La sobreexplotación de los acuíferos los daña en muchos casos irreversiblemente, ya por intrusión marina si nos hallamos cerca de la costa (lo que provoca su salinización), ya por compactación y hundimiento de sus estructuras”.
Pero no se trata sólo de las aguas subterráneas: se ha tomado tanta agua de los ríos que, en algunos casos, su caudal ha disminuido drásticamente y apenas llega a su desembocadura, lo cual acaba produciendo irreversibles alteraciones ecológicas:
 
 
Pensemos que muchos peces desovan en el agua dulce que los ríos introducen en el mar y que muchas especies precisan de los nutrientes que esas aguas acarrean. Un caso extremo lo constituye la desaparición del mar de Aral, en el territorio de la antigua Unión Soviética, causada por la desviación de las aguas de los dos ríos que lo alimentaban para irrigar a gran escala el cultivo del algodón, que algunos califican como “la mayor catástrofe ecológica de la historia” (Chauveau, 2004).
Junto a este crecimiento explosivo del consumo del agua se ha producido y se sigue produciendo una seria degradación de su calidad debido a los vertidos de residuos contaminantes (metales pesados, hidrocarburos, pesticidas, fertilizantes…), muy superior a tasa o ritmo de asimilación de los ecosistemas naturales. Son conocidos, por ejemplo, los efectos de los fosfatos y otros nutrientes utilizados en los fertilizantes de síntesis sobre el agua de ríos y lagos, en los que provocan la muerte de parte de su flora y fauna por la reducción del contenido de oxígeno (eutrofización). Unos dos millones de toneladas de desechos son arrojados diariamente, según el Informe de Naciones Unidas sobre el Desarrollo de los Recursos Hídricos del Mundo, en aguas receptoras. Se estima que la producción mundial de aguas residuales es de aproximadamente 1500 km3 y asumiendo que un litro de aguas residuales contamina 8 litros de agua dulce, la carga mundial de contaminación puede ascender actualmente a los 12000 km3, siendo las poblaciones pobres las más afectadas, con un 50% de la población en los países en desarrollo expuesta a fuentes de agua contaminadas.
La Comisión Mundial del Agua ha alertado además del drástico descenso de los recursos hídricos provocado también por la degradación ambiental y, muy concretamente, por la deforestación y la pérdida de nieves perpetuas fruto del cambio climático: la lluvia ya no es retenida por la masa boscosa, ni tampoco en forma de nieve, lo que favorece la erosión y desertización. En el 2000 las reservas de agua en África eran la cuarta parte de las que existían medio siglo antes y en Asia y en América Latina un tercio y siguen disminuyendo mientras crecen la desertización y las prolongadas sequías. Y denuncia que 1200 millones de personas carecen de agua potable, mientras que a 3000 millones les falta agua para lavarse y no tienen un sistema de saneamiento aceptable.
Tocamos así un segundo problema: el de los graves desequilibrios en el acceso al agua: como promedio, cada habitante de la Tierra consume 600 metros cúbicos al año, de los que 50 son potables, lo que supone 137 litros al día. Pero un norteamericano consume más de 600 litros al día y un europeo entre 250 y 350 litros, mientras un habitante del África subsahariana tan solo entre 10 y 20 litros (Chauveau, 2004). De los 4400 millones de personas que viven en países en desarrollo, casi tres quintas partes carecen de saneamiento básico y un tercio no tienen acceso al agua potable. En consecuencia, en las últimas décadas del siglo XX hemos asistido a un fuerte rebrote de las enfermedades parasitarias asociado a las dificultades de acceso al agua potable y a carencias en los servicios de salud. La mayoría de los afectados por mortalidad y morbilidad relacionadas con el agua son niños menores de cinco años y como señala el informe de Naciones Unidas sobre el Desarrollo de los Recursos Hídricos del Mundo: “la tragedia es que el peso de estas enfermedades es en gran parte evitable”.