El agua, el aire y los alimentos son los recursos naturales más importantes para las personas. Los seres humanos pueden vivir solo unos minutos sin oxígeno, menos de una semana sin agua y aproximadamente un mes sin comida. El agua también es esencial para nuestro suministro de oxígeno y alimentos. Las plantas descomponen el agua y la usan para crear oxígeno durante el proceso de fotosíntesis.
El agua es el compuesto más esencial para todos los seres vivos. Los bebés humanos tienen aproximadamente un 75% de agua y los adultos un 60% de agua. Nuestro cerebro es aproximadamente un 85% de agua, la sangre y los riñones son un 83% de agua, los músculos son un 76% de agua, e incluso los huesos son un 22% de agua. Perdemos agua constantemente por la transpiración; en climas templados debemos beber aproximadamente 2 cuartos de galón de agua por día y las personas en climas cálidos desérticos deben beber hasta 10 cuartos de galón de agua por día. La pérdida del 15% del agua corporal generalmente causa la muerte.
La Tierra es verdaderamente el Planeta del Agua. La abundancia de agua líquida en la superficie de la Tierra nos distingue de otros cuerpos en el sistema solar. Alrededor del 70% de la superficie de la Tierra está cubierta por océanos y aproximadamente la mitad de la superficie de la Tierra está oscurecida por nubes (también hechas de agua) en cualquier momento. Hay un gran volumen de agua en nuestro planeta, alrededor de 1,4 mil millones de kilómetros cúbicos (km3) (330 millones de millas cúbicas) o alrededor de 53 mil millones de galones por persona en la Tierra. Toda el agua de la Tierra podría cubrir los Estados Unidos a una profundidad de 145 km (90 millas). Desde una perspectiva humana, el problema es que más del 97% es agua de mar, que es demasiado salada para beber o usar para el riego. Las fuentes de agua más utilizadas son los ríos y lagos, que contienen menos del 0,01% del agua del mundo.
Uno de los objetivos ambientales más importantes es proporcionar agua limpia a todas las personas. Afortunadamente, el agua es un recurso renovable y difícil de destruir. La evaporación y la precipitación se combinan para reponer nuestro suministro de agua dulce constantemente; sin embargo, la disponibilidad de agua se complica por su distribución desigual sobre la Tierra. El clima árido y las zonas densamente pobladas se han combinado en muchas partes del mundo para crear escasez de agua, que se prevé que empeorará en los próximos años debido al crecimiento de la población y el cambio climático. Las actividades humanas, como el uso excesivo del agua y la contaminación del agua, han agravado significativamente la crisis del agua que existe hoy en día. Cientos de millones de personas carecen de acceso al agua potable, y miles de millones de personas carecen de acceso a un saneamiento mejorado tan sencillo como una letrina de pozo. Como resultado, casi dos millones de personas mueren cada año de enfermedades diarreicas y el 90% de esas muertes ocurren entre niños menores de 5 años. La mayoría de estas muertes se evitan fácilmente.
El agua es la única sustancia común que se presenta naturalmente en la tierra en tres formas: sólida, líquida y gaseosa. Se distribuye en varios lugares, llamados depósitos de agua. Los océanos son, con mucho, el mayor de los embalses con alrededor del 97% de toda el agua, pero el agua es demasiado salina para la mayoría de los usos humanos (Figura 1). Los casquetes de hielo y los glaciares son los mayores reservorios de agua dulce, pero esta agua se encuentra de manera incómoda, principalmente en la Antártida y Groenlandia. Las aguas subterráneas poco profundas son el mayor depósito 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 redujera al tamaño de 1 galón, entonces la cantidad total de agua dulce sería de aproximadamente 1/3 de taza, y la cantidad de agua dulce fácilmente utilizable sería de 2 cucharadas.
El ciclo del agua (o hidrológico) (que se trató en el Capítulo 3.2) muestra el movimiento del agua a través de diferentes embalses, que incluyen océanos, atmósfera, glaciares, aguas subterráneas, lagos, ríos y biosfera. La energía solar y la gravedad impulsan el movimiento del agua en el ciclo del agua. En pocas palabras, el ciclo del agua implica que el agua se mueva de los océanos, ríos y lagos a la atmósfera por evaporación, formando nubes. De las nubes, cae como precipitación (lluvia y nieve) tanto en el agua como en la tierra. El agua en tierra puede regresar al océano por escorrentía superficial, ríos, glaciares y flujo de aguas subterráneas, o regresar a la atmósfera por evaporación o transpiración (pérdida de agua por las plantas a la atmósfera).
Una parte importante del ciclo del agua es la forma en que el agua varía en salinidad, que es la abundancia de iones disueltos en el agua. El agua salada de los océanos es altamente salina, con aproximadamente 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 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 a la tierra, disuelve minerales en la roca y el suelo, 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 examinan partes importantes del ciclo del agua en relación con los recursos de agua dulce.
Recursos Primarios de agua dulce: Precipitación
Los niveles de precipitación están distribuidos de manera desigual en todo el mundo, lo que afecta la disponibilidad de agua dulce (Figura 3). Más precipitación cae cerca del ecuador, mientras que menos precipitación tiende a caer cerca de los 30 grados 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 del viento global. La luz solar intensa en el ecuador calienta el aire, lo que hace que se eleve y se enfríe, lo que disminuye la capacidad de la masa de aire para retener el vapor de agua y da lugar a tormentas de lluvia frecuentes. Alrededor de 30 grados de latitud norte y sur, las condiciones de aire descendente producen aire más cálido, lo que aumenta su capacidad para retener el vapor de agua y da como resultado condiciones secas. Tanto las condiciones de aire seco como las temperaturas cálidas de estas bandas de latitud favorecen la evaporación. Las precipitaciones mundiales y los patrones climáticos también se ven afectados por el tamaño de los continentes, las principales corrientes oceánicas y las montañas.
Recursos Hídricos Superficiales: Ríos, Lagos, Glaciares
El agua que fluye de la lluvia y la nieve derretida en tierra entra en los canales de los ríos por escorrentía superficial (Figura 4) y filtración de agua subterránea (Figura 5). La descarga del río describe el volumen de agua que se mueve a través de un canal del río a lo largo del tiempo (Figura 6). Las contribuciones relativas de la escorrentía superficial frente a la filtración de aguas subterráneas a la descarga de los ríos dependen de los patrones de precipitación, la vegetación, la topografía, el uso de la tierra y las 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 arrastra el 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. Las aguas subterráneas también aportan una gran cantidad de minerales disueltos en el agua de los ríos. El área geográfica drenada por un río y sus afluentes se denomina cuenca de drenaje o cuenca hidrográfica. La cuenca de drenaje del río Mississippi incluye aproximadamente el 40% de los Estados Unidos, una medida que incluye las cuencas de drenaje más pequeñas, como el río Ohio y el río Misuri, que ayudan a comprenderla. Los ríos son un importante recurso hídrico para el riego de tierras de cultivo y agua potable en muchas ciudades de todo el mundo. Los ríos que han tenido disputas internacionales sobre el suministro de agua incluyen el Colorado (México, suroeste de Estados Unidos), el Nilo (Egipto, Etiopía, Sudán), el Éufrates (Irak, Siria, Turquía), el Ganges (Bangladesh, India) y Jordania (Israel, Jordania, Siria).
Además de los ríos, los lagos también pueden ser una excelente fuente de agua dulce para uso humano. Por lo general, reciben agua de la escorrentía superficial y de la descarga de aguas subterráneas. Tienden a ser de corta duración en una escala de tiempo geológico porque se llenan constantemente con sedimentos suministrados por los ríos. Los lagos se forman en una variedad de formas que incluyen glaciación, elevación tectónica reciente (por ejemplo, el Lago Tanganica, África) y erupciones volcánicas (por ejemplo, el Lago del Cráter, Oregón). La gente también crea lagos artificiales (embalses) mediante represas de ríos. Los grandes cambios en el clima pueden resultar en cambios importantes en el tamaño de un lago. Cuando la Tierra estaba saliendo de la última Edad de Hielo hace unos 15.000 años, el clima en la U occidental.S. 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 Lago Bonneville.
Aunque los glaciares representan el mayor reservorio de agua dulce, generalmente no se utilizan como fuente de agua porque están ubicados demasiado lejos de la mayoría de la gente (Figura 7). El derretimiento de los glaciares proporciona una fuente natural de agua de río y agua subterránea. Durante la última Edad de Hielo había hasta un 50% más de agua en los glaciares que en la actualidad, lo que hizo que el nivel del mar fuera unos 100 m más bajo. Durante el siglo pasado, el nivel del mar ha aumentado en parte debido al derretimiento de los glaciares. Si el clima de la Tierra continúa calentándose, el derretimiento de los glaciares causará un aumento adicional en el nivel del mar.
Recursos de aguas subterráneas
Aunque la mayoría de la gente en el mundo utiliza aguas superficiales, las aguas subterráneas son un depósito mucho más grande de agua dulce utilizable, que contiene más de 30 veces más agua que los ríos y lagos combinados. Las aguas subterráneas son un recurso particularmente importante en climas áridos, donde el agua superficial puede ser escasa. 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 los Estados Unidos.. El agua subterránea se encuentra en pequeños espacios, llamados espacios de poros, entre granos minerales y fracturas en materiales terrestres subterráneos (roca o sedimento). La mayor parte del agua subterránea se origina de la lluvia o del derretimiento de la nieve, que se infiltra en el suelo y se desplaza hacia abajo hasta llegar a la zona saturada (donde el agua subterránea llena completamente los espacios de poros en los materiales de la tierra).
Otras fuentes de aguas subterráneas incluyen la filtración de aguas superficiales (lagos, ríos, embalses y pantanos), el agua superficial bombeada deliberadamente al suelo, el riego y los sistemas subterráneos de tratamiento de aguas residuales (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, por ejemplo, son excelentes zonas de recarga. Una gran área de roca porosa bajo la superficie que contiene agua es un acuífero. Los acuíferos se perforan comúnmente y se instalan pozos para proporcionar agua para la agricultura y el uso personal.
Uso del agua en los Estados Unidos y el mundo
Las personas necesitan agua, a menudo en grandes cantidades, para producir los alimentos, la energía y los recursos minerales que utilizan. Considere, por ejemplo, estos requisitos 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 planta termoeléctrica = 21 galones; una hogaza 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 aproximadamente 1 galón por día para sobrevivir, pero una persona típica en un hogar de los Estados Unidos usa aproximadamente 100 galones por día, lo que incluye cocinar, lavar los platos y la ropa, lavar el inodoro y bañarse. La demanda de agua de una zona depende de la población y de otros usos del agua.
El consumo total de agua en el mundo está aumentando constantemente a un ritmo mayor que el crecimiento de la población mundial (Gráfico 10). Durante el siglo XX, la población mundial se triplicó y la demanda de agua se multiplicó por seis. El aumento de la demanda mundial de agua por encima de la tasa de crecimiento de la población se debe a la mejora del nivel de vida sin que ello se vea compensado por la conservación del agua. El aumento de la producción de bienes y energía entraña un gran aumento de la demanda de agua. Los principales usos mundiales del agua son el riego (68%), el suministro público (21%) y la industria (11%).
Atribución
Essentials of Environmental Science de Kamala Doršner está licenciado bajo CC BY 4.0. Modificado del original por Matthew R. Fisher.