El agua subterránea es el agua presente debajo de la superficie de la Tierra en los espacios porosos de las rocas y el suelo y en las fracturas de las formaciones rocosas . Alrededor del 30 por ciento de toda el agua dulce disponible en el mundo es agua subterránea. [1] Una unidad de roca o un depósito no consolidado se denomina acuífero cuando puede producir una cantidad utilizable de agua. La profundidad a la que los espacios porosos del suelo o las fracturas y huecos de la roca se saturan completamente con agua se denomina nivel freático . El agua subterránea se recarga desde la superficie; puede descargarse desde la superficie de forma natural en manantiales y filtraciones , y puede formar oasis o humedales . El agua subterránea también suele extraerse para uso agrícola , municipal e industrial mediante la construcción y operación de pozos de extracción . El estudio de la distribución y movimiento de las aguas subterráneas es la hidrogeología , también llamada hidrología de las aguas subterráneas .
Por lo general, se considera que el agua subterránea es agua que fluye a través de acuíferos poco profundos , pero, en el sentido técnico, también puede contener humedad del suelo , permafrost (suelo congelado), agua inmóvil en un lecho rocoso de muy baja permeabilidad y agua geotérmica profunda o de formación de petróleo . Se supone que el agua subterránea proporciona lubricación que posiblemente pueda influir en el movimiento de las fallas . Es probable que gran parte del subsuelo de la Tierra contenga algo de agua, que en algunos casos puede estar mezclada con otros fluidos.
El agua subterránea suele ser más barata, más conveniente y menos vulnerable a la contaminación que el agua superficial . Por lo tanto, se utiliza habitualmente para el suministro público de agua. Por ejemplo, el agua subterránea proporciona la mayor fuente de almacenamiento de agua utilizable en los Estados Unidos , y California extrae anualmente la mayor cantidad de agua subterránea de todos los estados. [2] Los embalses subterráneos contienen mucha más agua que la capacidad de todos los embalses y lagos superficiales de los EE. UU., incluidos los Grandes Lagos . Muchos suministros de agua municipales se derivan únicamente de aguas subterráneas. [3] Más de 2 mil millones de personas dependen de ella como su principal fuente de agua en todo el mundo. [4]
El uso humano del agua subterránea causa problemas ambientales. Por ejemplo, las aguas subterráneas contaminadas son menos visibles y más difíciles de limpiar que la contaminación de ríos y lagos. La contaminación de las aguas subterráneas suele deberse a la eliminación inadecuada de desechos en la tierra. Las principales fuentes incluyen productos químicos industriales y domésticos y vertederos de basura , exceso de fertilizantes y pesticidas utilizados en la agricultura, lagunas de desechos industriales, relaves y aguas residuales de procesos de minas, fracking industrial , pozos de salmuera de yacimientos petrolíferos, fugas en tanques y tuberías subterráneas de almacenamiento de petróleo, lodos de depuradora y tanques sépticos. sistemas . Además, el agua subterránea es susceptible a la intrusión de agua salada en las zonas costeras y puede provocar hundimientos de la tierra cuando se extrae de forma insostenible, lo que provoca el hundimiento de ciudades (como Bangkok ) y una pérdida de elevación (como los múltiples metros perdidos en el Valle Central de California ). Estas cuestiones se complican aún más por el aumento del nivel del mar y otros efectos del cambio climático , particularmente los que afectan al ciclo del agua . La inclinación del eje de la Tierra se ha desplazado 31 pulgadas debido al bombeo humano de agua subterránea. [5] [6] [7]
El agua subterránea es agua dulce ubicada en el espacio poroso del subsuelo del suelo y las rocas . También es agua que fluye dentro de los acuíferos debajo del nivel freático . A veces es útil hacer una distinción entre el agua subterránea que está estrechamente asociada con el agua superficial y el agua subterránea profunda en un acuífero (llamada " agua fósil " si se infiltró en el suelo hace milenios [8] ).
El agua subterránea puede considerarse en los mismos términos que el agua superficial : entradas, salidas y almacenamiento. El aporte natural al agua subterránea es la filtración del agua superficial. Las salidas naturales del agua subterránea son manantiales y filtraciones a los océanos. Debido a su lento ritmo de renovación, el almacenamiento de agua subterránea es generalmente mucho mayor (en volumen) en comparación con los aportes que el agua superficial. Esta diferencia facilita que los humanos utilicen el agua subterránea de manera insostenible durante mucho tiempo sin consecuencias graves. Sin embargo, a largo plazo, la tasa promedio de filtración sobre una fuente de agua subterránea es el límite superior del consumo promedio de agua de esa fuente.
El agua subterránea se repone naturalmente con agua superficial procedente de precipitaciones , arroyos y ríos cuando esta recarga llega al nivel freático. [9]
El agua subterránea puede ser un ' reservorio ' a largo plazo del ciclo natural del agua (con tiempos de residencia de días a milenios), [10] [11] a diferencia de los reservorios de agua a corto plazo como la atmósfera y el agua dulce superficial (que tienen residencia veces desde minutos hasta años). El agua subterránea profunda (que está bastante alejada de la recarga superficial) puede tardar mucho tiempo en completar su ciclo natural.
La Gran Cuenca Artesiana en el centro y este de Australia es uno de los sistemas acuíferos confinados más grandes del mundo, con una extensión de casi 2 millones de km 2 . Al analizar los oligoelementos en el agua procedente de las profundidades subterráneas, los hidrogeólogos han podido determinar que el agua extraída de estos acuíferos puede tener más de 1 millón de años.
Al comparar la edad del agua subterránea obtenida de diferentes partes de la Gran Cuenca Artesiana, los hidrogeólogos han descubierto que su edad aumenta en toda la cuenca. Cuando el agua recarga los acuíferos a lo largo de la División Oriental , las edades son jóvenes. A medida que el agua subterránea fluye hacia el oeste a través del continente, su edad aumenta, y las aguas subterráneas más antiguas se encuentran en las partes occidentales. Esto significa que para haber viajado casi 1000 km desde la fuente de recarga en 1 millón de años, el agua subterránea que fluye a través de la Gran Cuenca Artesiana viaja a un ritmo promedio de aproximadamente 1 metro por año.
La recarga de aguas subterráneas , el drenaje profundo o la percolación profunda es un proceso hidrológico en el que el agua desciende desde las aguas superficiales hasta las subterráneas. La recarga es el método principal a través del cual el agua ingresa a un acuífero . Este proceso generalmente ocurre en la zona vadosa debajo de las raíces de las plantas y a menudo se expresa como un flujo hacia la superficie del nivel freático . La recarga de agua subterránea también abarca el agua que se aleja del nivel freático y se adentra en la zona saturada. [12] La recarga se produce tanto de forma natural (a través del ciclo del agua ) como a través de procesos antropogénicos (es decir, "recarga artificial de aguas subterráneas"), donde el agua de lluvia o el agua recuperada se dirige al subsuelo.
Los métodos más comunes para estimar las tasas de recarga son: balance de masa de cloruro (CMB); métodos de física del suelo; trazadores ambientales e isotópicos; métodos de fluctuación del nivel de las aguas subterráneas; métodos de balance hídrico (WB) (incluidos modelos de aguas subterráneas (GM)); y la estimación del caudal base (BF) a los ríos. [13]
La alta capacidad calorífica específica del agua y el efecto aislante del suelo y las rocas pueden mitigar los efectos del clima y mantener las aguas subterráneas a una temperatura relativamente estable . En algunos lugares donde la temperatura del agua subterránea se mantiene por este efecto en aproximadamente 10 °C (50 °F), el agua subterránea se puede utilizar para controlar la temperatura dentro de las estructuras en la superficie. Por ejemplo, durante el clima cálido, se puede bombear agua subterránea relativamente fría a través de los radiadores de una casa y luego devolverla al suelo en otro pozo. Durante las estaciones frías, debido a que hace relativamente calor, el agua se puede utilizar de la misma manera como fuente de calor para bombas de calor , lo que es mucho más eficiente que usar aire.
El agua subterránea constituye alrededor del treinta por ciento del suministro de agua dulce del mundo , que es aproximadamente el 0,76% del agua total del mundo, incluidos los océanos y el hielo permanente. [14] [15] Aproximadamente el 99% del agua dulce líquida del mundo es agua subterránea. [16] El almacenamiento mundial de agua subterránea es aproximadamente igual a la cantidad total de agua dulce almacenada en la nieve y el hielo, incluidos los polos norte y sur. Esto lo convierte en un recurso importante que puede actuar como un almacenamiento natural que puede amortiguar la escasez de agua superficial , como ocurre en tiempos de sequía . [17]
El volumen de agua subterránea en un acuífero se puede estimar midiendo los niveles de agua en los pozos locales y examinando los registros geológicos de la perforación de pozos para determinar la extensión, profundidad y espesor de los sedimentos y rocas que contienen agua. Antes de realizar una inversión en pozos de producción, se pueden perforar pozos de prueba para medir las profundidades a las que se encuentra el agua y recolectar muestras de suelos, rocas y agua para análisis de laboratorio. Se pueden realizar pruebas de bombeo en pozos de prueba para determinar las características de flujo del acuífero. [3]
Las características de los acuíferos varían según la geología y la estructura del sustrato y la topografía en la que se encuentran. En general, los acuíferos más productivos se encuentran en formaciones geológicas sedimentarias. En comparación, las rocas cristalinas erosionadas y fracturadas producen cantidades más pequeñas de agua subterránea en muchos entornos. Entre las fuentes más productivas de agua subterránea se incluyen los materiales aluviales no consolidados o mal cementados que se han acumulado como sedimentos que llenan los valles de los principales ríos y cuencas estructurales que se hunden geológicamente.
Los flujos de fluidos pueden verse alterados en diferentes entornos litológicos por la deformación frágil de las rocas en las zonas de falla ; Los mecanismos por los cuales esto ocurre son objeto de la hidrogeología de la zona de fallas . [18]
La dependencia del agua subterránea no hará más que aumentar, principalmente debido a la creciente demanda de agua por parte de todos los sectores, combinada con una variación cada vez mayor en los patrones de lluvia . [19]
El agua subterránea es la fuente de agua dulce a la que más se accede en todo el mundo, incluso como agua potable , riego y manufactura . Las aguas subterráneas representan aproximadamente la mitad del agua potable del mundo, el 40% del agua de riego y un tercio del agua para fines industriales. [dieciséis]
Otra estimación indicó que, a nivel mundial, las aguas subterráneas representan aproximadamente un tercio de todas las extracciones de agua y las aguas superficiales los otros dos tercios. [20] : 21 Las aguas subterráneas proporcionan agua potable a al menos el 50% de la población mundial. [21] Alrededor de 2.500 millones de personas dependen únicamente de los recursos de aguas subterráneas para satisfacer sus necesidades básicas diarias de agua. [21]
En 2021 se publicó una estimación similar que afirmaba que "se estima que el agua subterránea abastecerá entre un cuarto y un tercio de las extracciones anuales de agua dulce del mundo para satisfacer las demandas agrícolas, industriales y domésticas". [22] : 1091
La extracción mundial de agua dulce probablemente fue de alrededor de 600 km 3 por año en 1900 y aumentó a 3.880 km 3 por año en 2017. La tasa de aumento fue especialmente alta (alrededor del 3% por año) durante el período 1950-1980, en parte debido a una mayor tasa de crecimiento demográfico y, en parte, al rápido aumento del desarrollo de aguas subterráneas, en particular para el riego. La tasa de aumento es (a partir de 2022) de aproximadamente el 1% anual, en sintonía con la tasa de crecimiento demográfico actual. [19] : 15
Se ha calculado que el agotamiento mundial de las aguas subterráneas oscila entre 100 y 300 km 3 por año. Este agotamiento se debe principalmente a la "expansión de la agricultura de regadío en las tierras secas ". [22] : 1091
La región de Asia y el Pacífico es la mayor extractora de agua subterránea del mundo y contiene siete de los diez países que extraen la mayor cantidad de agua subterránea (Bangladesh, China, India, Indonesia, Irán, Pakistán y Turquía). Sólo estos países representan aproximadamente el 60% de la extracción total de aguas subterráneas del mundo. [19] : 6
El agua subterránea puede ser o no una fuente de agua segura. De hecho, existe una considerable incertidumbre con respecto al agua subterránea en diferentes contextos hidrogeológicos: la presencia generalizada de contaminantes como el arsénico , el fluoruro y la salinidad puede reducir la idoneidad del agua subterránea como fuente de agua potable. El arsénico y el fluoruro se han considerado contaminantes prioritarios a nivel mundial, aunque los productos químicos prioritarios variarán según el país. [21]
Existe mucha heterogeneidad de propiedades hidrogeológicas . Por esta razón, la salinidad del agua subterránea suele variar mucho en el espacio. Esto contribuye a riesgos de seguridad del agua subterránea altamente variables incluso dentro de una región específica. [21] La salinidad del agua subterránea hace que el agua sea desagradable e inutilizable y ocurre a menudo en zonas costeras, por ejemplo en Bangladesh y en África Oriental y Occidental. [21]
El suministro de agua municipal e industrial se realiza a través de grandes pozos. Los pozos múltiples para una fuente de suministro de agua se denominan "campos de pozos", que pueden extraer agua de acuíferos confinados o no confinados. El uso de agua subterránea de acuíferos profundos y confinados proporciona más protección contra la contaminación del agua superficial. Algunos pozos, denominados "pozos colectores", están diseñados específicamente para inducir la infiltración de agua superficial (generalmente de río).
Los acuíferos que proporcionan agua subterránea dulce sostenible a las zonas urbanas y para el riego agrícola suelen estar cerca de la superficie del suelo (a un par de cientos de metros) y se recargan en cierta medida con agua dulce. Esta recarga proviene típicamente de ríos o agua meteórica (precipitación) que se filtra hacia el acuífero a través de materiales insaturados superpuestos.
En general, el riego del 20% de las tierras agrícolas (con diversos tipos de fuentes de agua) representa el 40% de la producción de alimentos. [23] [24] Las técnicas de riego en todo el mundo incluyen canales que redirigen el agua superficial, [25] [26] bombeo de agua subterránea y desvío de agua de represas. Los acuíferos son de importancia crítica en la agricultura. Los acuíferos profundos de las zonas áridas han sido durante mucho tiempo fuentes de agua para riego. La mayor parte del agua subterránea extraída, el 70%, se utiliza con fines agrícolas. [27]
En la India, el 65% del riego proviene de aguas subterráneas [28] y alrededor del 90% del agua subterránea extraída se utiliza para riego. [29]
Ocasionalmente, se utilizan acuíferos sedimentarios o "fósiles" para proporcionar riego y agua potable a las zonas urbanas. En Libia, por ejemplo, el proyecto del Gran Río Artificial de Muammar Gaddafi ha bombeado grandes cantidades de agua subterránea desde acuíferos bajo el Sahara a zonas pobladas cerca de la costa. [30] Aunque esto ha ahorrado a Libia dinero en comparación con la alternativa, la desalinización, es probable que los acuíferos se sequen en 60 a 100 años. [30] El agotamiento de los acuíferos ha sido citado como una de las causas del aumento de los precios de los alimentos en 2011. [31]
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El agua subterránea proporciona un suministro crítico de agua dulce , particularmente en regiones secas donde la disponibilidad de agua superficial es limitada. [32] A nivel mundial, más de un tercio del agua utilizada proviene del subsuelo. En las regiones áridas y semiáridas de latitudes medias que carecen de suficiente suministro de agua superficial procedente de ríos y embalses, el agua subterránea es fundamental para sostener la ecología global y satisfacer las necesidades sociales de agua potable y producción de alimentos. La demanda de aguas subterráneas está aumentando rápidamente con el crecimiento demográfico, mientras que el cambio climático impone una presión adicional sobre los recursos hídricos y aumenta la probabilidad de que se produzcan sequías graves. [32]
Los efectos antropogénicos sobre los recursos de aguas subterráneas se deben principalmente al bombeo de aguas subterráneas y a los efectos indirectos del riego y los cambios de uso de la tierra. [32]
El agua subterránea desempeña un papel central en el mantenimiento del suministro de agua y los medios de vida en el África subsahariana. [33] En algunos casos, el agua subterránea es una fuente de agua adicional que no se utilizaba anteriormente. [34]
La dependencia del agua subterránea está aumentando en el África subsahariana a medida que los programas de desarrollo trabajan para mejorar el acceso al agua y fortalecer la resiliencia al cambio climático. [35] En áreas de bajos ingresos, los suministros de agua subterránea generalmente se instalan sin infraestructura o servicios de tratamiento de la calidad del agua. Esta práctica se basa en el supuesto de que el agua subterránea no tratada suele ser apta para beber debido a la relativa seguridad microbiológica del agua subterránea en comparación con el agua superficial; sin embargo, los riesgos químicos se ignoran en gran medida. [35] Los contaminantes químicos se encuentran ampliamente en las aguas subterráneas que se utilizan para beber pero que no se controlan periódicamente. Ejemplos de parámetros prioritarios son el fluoruro, el arsénico, el nitrato o la salinidad. [35]En primer lugar, los planes de mitigación de inundaciones, destinados a proteger la infraestructura construida en llanuras aluviales, han tenido la consecuencia no deseada de reducir la recarga de los acuíferos asociada con las inundaciones naturales. En segundo lugar, el agotamiento prolongado del agua subterránea en extensos acuíferos puede provocar hundimientos de la tierra , con los consiguientes daños a la infraestructura, así como, en tercer lugar, una intrusión salina . [36] En cuarto lugar, el drenaje de suelos con sulfato ácido, que a menudo se encuentran en llanuras costeras bajas, puede provocar la acidificación y contaminación de arroyos que antes eran de agua dulce y estuarinos . [37]
El agua subterránea es un recurso muy útil y, a menudo, abundante. La mayoría de las áreas terrestres de la Tierra tienen algún tipo de acuífero subyacente, a veces a profundidades significativas. En algunos casos, estos acuíferos están siendo rápidamente agotados por la población humana. Tal uso excesivo, abstracción excesiva o sobregiro puede causar problemas importantes a los usuarios humanos y al medio ambiente. El problema más evidente (en lo que respecta al uso humano del agua subterránea) es el descenso del nivel freático más allá del alcance de los pozos existentes. En consecuencia, es necesario perforar pozos más profundos para llegar al agua subterránea; en algunos lugares (por ejemplo, California , Texas e India ) el nivel freático ha descendido cientos de pies debido al intenso bombeo de pozos. [39] Los satélites GRACE han recopilado datos que demuestran que 21 de los 37 acuíferos principales de la Tierra se están agotando. [16] En la región de Punjab en la India , por ejemplo, los niveles de agua subterránea han descendido 10 metros desde 1979, y el ritmo de agotamiento se está acelerando. [40] Un nivel freático más bajo puede, a su vez, causar otros problemas, como hundimientos relacionados con el agua subterránea y la intrusión de agua salada . [41]
Otro motivo de preocupación es que la extracción de agua subterránea de acuíferos sobreasignados tiene el potencial de causar daños graves a los ecosistemas tanto terrestres como acuáticos, en algunos casos de manera muy notoria, pero en otros de manera bastante imperceptible debido al prolongado período durante el cual se producen los daños. [36] A menudo se pasa por alto la importancia del agua subterránea para los ecosistemas, incluso por parte de los biólogos y ecologistas del agua dulce. Las aguas subterráneas sustentan ríos, humedales y lagos , así como ecosistemas subterráneos dentro de acuíferos kársticos o aluviales.
Por supuesto, no todos los ecosistemas necesitan agua subterránea. Algunos ecosistemas terrestres (por ejemplo, los de los desiertos abiertos y entornos áridos similares) existen gracias a las precipitaciones irregulares y a la humedad que ésta aporta al suelo, complementada con la humedad del aire. Si bien existen otros ecosistemas terrestres en ambientes más hospitalarios donde el agua subterránea no desempeña un papel central, el agua subterránea es de hecho fundamental para muchos de los principales ecosistemas del mundo. El agua fluye entre las aguas subterráneas y las aguas superficiales. La mayoría de los ríos, lagos y humedales se alimentan y (en otros lugares o momentos) alimentan agua subterránea, en diversos grados. El agua subterránea alimenta la humedad del suelo a través de la percolación, y muchas comunidades de vegetación terrestre dependen directamente del agua subterránea o de la humedad del suelo percolada sobre el acuífero durante al menos una parte de cada año. Las zonas hiporreicas (la zona de mezcla de aguas fluviales y subterráneas) y las zonas ribereñas son ejemplos de ecotonos que dependen en gran medida o totalmente del agua subterránea.
Un estudio de 2021 encontró que de ~39 millones de investigados [ ¿cómo? ] Los pozos de agua subterránea entre un 6% y un 20% corren un alto riesgo de secarse si los niveles locales de agua subterránea disminuyen unos pocos metros o, como ocurre en muchas áreas y posiblemente en más de la mitad de los principales acuíferos [42] , continúan disminuyendo. [43] [44]
Los acuíferos de agua dulce, especialmente aquellos con recarga limitada por la nieve o la lluvia, también conocidos como agua meteórica , pueden estar sobreexplotados y, dependiendo de la hidrogeología local , pueden absorber agua no potable o intrusión de agua salada de acuíferos conectados hidráulicamente o aguas superficiales. cuerpos. Esto puede ser un problema grave, especialmente en zonas costeras y otras zonas donde el bombeo de los acuíferos es excesivo.
El hundimiento ocurre cuando se bombea demasiada agua desde el subsuelo, lo que desinfla el espacio debajo de la superficie y provoca así el colapso del suelo. El resultado puede parecer cráteres en terrenos. Esto ocurre porque, en su estado de equilibrio natural, la presión hidráulica del agua subterránea en los espacios porosos del acuífero y el acuitardo soporta parte del peso de los sedimentos suprayacentes. Cuando el agua subterránea se extrae de los acuíferos mediante un bombeo excesivo, la presión de los poros en el acuífero cae y puede producirse una compresión del acuífero. Esta compresión puede ser parcialmente recuperable si las presiones rebotan, pero gran parte no lo es. Cuando el acuífero se comprime, puede provocar un hundimiento del terreno, una caída en la superficie del suelo. [45]
En los acuíferos no consolidados, el agua subterránea se produce a partir de espacios porosos entre partículas de grava, arena y limo. Si el acuífero está confinado por capas de baja permeabilidad, la presión reducida del agua en la arena y la grava provoca un drenaje lento del agua de las capas confinantes contiguas. Si estas capas confinantes están compuestas de limo o arcilla comprimible, la pérdida de agua hacia el acuífero reduce la presión del agua en la capa confinante, lo que hace que se comprima por el peso de los materiales geológicos suprayacentes. En casos severos, esta compresión se puede observar en la superficie del suelo como hundimiento . Desafortunadamente, gran parte del hundimiento debido a la extracción de agua subterránea es permanente (el rebote elástico es pequeño). Por lo tanto, el hundimiento no sólo es permanente, sino que el acuífero comprimido tiene una capacidad permanentemente reducida para retener agua.
La ciudad de Nueva Orleans, Luisiana, se encuentra actualmente por debajo del nivel del mar, y su hundimiento se debe en parte a la eliminación de agua subterránea de los diversos sistemas acuíferos/acuitardos que se encuentran debajo de ella. [46] En la primera mitad del siglo XX, el Valle de San Joaquín experimentó un hundimiento significativo , en algunos lugares de hasta 8,5 metros (28 pies) [47] debido a la extracción de agua subterránea. Las ciudades situadas en los deltas de los ríos, incluidas Venecia en Italia [48] y Bangkok en Tailandia, [49] han experimentado hundimientos de la superficie; La Ciudad de México, construida sobre el antiguo lecho de un lago, ha experimentado tasas de hundimiento de hasta 40 cm (1'3") por año. [50]
Para las ciudades costeras, el hundimiento puede aumentar el riesgo de otros problemas ambientales, como el aumento del nivel del mar . [51] Por ejemplo, se espera que Bangkok tenga 5,138 millones de personas expuestas a inundaciones costeras para 2070 debido a la combinación de estos factores. [51]
Si la fuente de agua superficial también está sujeta a una evaporación sustancial, una fuente de agua subterránea puede volverse salina . Esta situación puede ocurrir naturalmente bajo masas de agua endorreicas o artificialmente bajo tierras de cultivo irrigadas . En las zonas costeras, el uso humano de una fuente de agua subterránea puede provocar que se invierta la dirección de filtración al océano, lo que también puede provocar la salinización del suelo .
A medida que el agua avanza por el paisaje, recoge sales solubles, principalmente cloruro de sodio . Cuando dicha agua ingresa a la atmósfera a través de la evapotranspiración , estas sales quedan atrás. En los distritos de riego , el drenaje deficiente de los suelos y los acuíferos superficiales puede provocar que los niveles freáticos salgan a la superficie en las zonas bajas. Se producen importantes problemas de degradación de la tierra debido a la salinidad del suelo y el anegamiento [52] , combinados con niveles crecientes de sal en las aguas superficiales. Como consecuencia, se han producido daños importantes a las economías y el medio ambiente locales. [53]
Los acuíferos en zonas de regadío superficial en zonas semiáridas con reutilización de las inevitables pérdidas de agua de riego que se filtran hacia el subsuelo mediante riego suplementario de pozos corren el riesgo de salinización . [54]
El agua de riego superficial normalmente contiene sales del orden de0,5 g/L o más y el requerimiento de riego anual es del orden de10.000 m 3 /ha o más, por lo que la importación anual de sal es del orden de5.000 kg/ha o más. [55]
Bajo la influencia de la evaporación continua, la concentración de sal del agua del acuífero puede aumentar continuamente y eventualmente causar un problema ambiental .
Para controlar la salinidad en tal caso, anualmente se debe descargar una cantidad de agua de drenaje del acuífero mediante un sistema de drenaje subterráneo y eliminarla a través de una salida segura. El sistema de drenaje puede ser horizontal (es decir, mediante tuberías, desagües de tejas o zanjas) o vertical ( drenaje por pozos ). Para estimar las necesidades de drenaje, puede ser fundamental el uso de un modelo de agua subterránea con un componente de agrohidrosalinidad, por ejemplo SahysMod .
Los acuíferos cercanos a la costa tienen una lente de agua dulce cerca de la superficie y agua de mar más densa debajo del agua dulce. El agua de mar penetra en el acuífero desde el océano y es más densa que el agua dulce. Para los acuíferos porosos (es decir, arenosos) cerca de la costa, el espesor del agua dulce sobre el agua salada es de aproximadamente 12 metros (40 pies) por cada 0,3 m (1 pie) de altura de agua dulce sobre el nivel del mar . Esta relación se llama ecuación de Ghyben-Herzberg . Si se bombea demasiada agua subterránea cerca de la costa, el agua salada puede invadir los acuíferos de agua dulce y provocar la contaminación de los suministros de agua dulce potable. Muchos acuíferos costeros, como el acuífero de Biscayne cerca de Miami y el acuífero de la llanura costera de Nueva Jersey, tienen problemas de intrusión de agua salada como resultado del bombeo excesivo y el aumento del nivel del mar.
La intrusión de agua de mar es el flujo o la presencia de agua de mar en los acuíferos costeros; se trata de un caso de intrusión de agua salada . Es un fenómeno natural pero también puede ser causado o empeorado por factores antropogénicos, como el aumento del nivel del mar debido al cambio climático . [56] En el caso de acuíferos homogéneos, la intrusión de agua de mar forma una cuña salina debajo de una zona de transición al agua subterránea dulce, que fluye hacia el mar en la parte superior. [57] [58] Estos cambios pueden tener otros efectos en la tierra sobre el agua subterránea. Por ejemplo, el agua subterránea costera de California aumentaría en muchos acuíferos, lo que aumentaría los riesgos de inundaciones y problemas de escorrentía . [56]
El aumento del nivel del mar provoca la mezcla del agua de mar con el agua subterránea costera, dejándola inutilizable una vez que representa más del 2-3% del embalse. A lo largo de aproximadamente el 15% de la costa estadounidense, la mayoría de los niveles de agua subterránea local ya están por debajo del nivel del mar. [59]
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La contaminación del agua subterránea (también llamada contaminación del agua subterránea) ocurre cuando los contaminantes se liberan al suelo y llegan al agua subterránea. Este tipo de contaminación del agua también puede ocurrir naturalmente debido a la presencia de un constituyente, contaminante o impureza menor y no deseado en el agua subterránea, en cuyo caso es más probable que se la denomine contaminación en lugar de contaminación . La contaminación de las aguas subterráneas puede deberse a sistemas de saneamiento in situ , lixiviados de vertederos , efluentes de plantas de tratamiento de aguas residuales , alcantarillas con fugas, estaciones de servicio de gasolina , fracturación hidráulica (fracking) o aplicación excesiva de fertilizantes en la agricultura . La contaminación (o contaminación) también puede ocurrir a partir de contaminantes naturales, como el arsénico o el fluoruro . [60] El uso de aguas subterráneas contaminadas provoca riesgos para la salud pública debido al envenenamiento o la propagación de enfermedades ( enfermedades transmitidas por el agua ).
El contaminante a menudo produce una columna de contaminación dentro de un acuífero . El movimiento del agua y la dispersión dentro del acuífero propagan el contaminante a un área más amplia. Su límite de avance, a menudo llamado borde de penacho, puede cruzarse con pozos de agua subterránea y agua superficial, como filtraciones y manantiales, lo que hace que los suministros de agua sean inseguros para los humanos y la vida silvestre. El movimiento de la pluma, llamado frente de pluma, puede analizarse mediante un modelo de transporte hidrológico o modelo de aguas subterráneas . El análisis de la contaminación de las aguas subterráneas puede centrarse en las características del suelo y la geología del sitio , la hidrogeología , la hidrología y la naturaleza de los contaminantes. Diferentes mecanismos influyen en el transporte de contaminantes, por ejemplo, difusión , adsorción , precipitación , descomposición , en el agua subterránea..jpg/1280px-Providing_clean_water_and_flood-resistant_shelter_in_Sindh_(5950788649).jpg)
Los impactos del cambio climático en las aguas subterráneas pueden ser mayores a través de sus efectos indirectos sobre la demanda de agua de riego a través del aumento de la evapotranspiración. [19] : 5 Se observa una disminución en el almacenamiento de agua subterránea en muchas partes del mundo. Esto se debe a que se utiliza más agua subterránea para actividades de riego en la agricultura, particularmente en las tierras secas . [22] : 1091 Parte de este aumento en el riego puede deberse a problemas de escasez de agua agravados por los efectos del cambio climático en el ciclo del agua . La redistribución directa del agua por actividades humanas, que asciende a ~24.000 km 3 por año, es aproximadamente el doble de la recarga mundial de aguas subterráneas cada año. [22]
El cambio climático provoca cambios en el ciclo del agua que, a su vez, afectan las aguas subterráneas de varias maneras: puede haber una disminución en el almacenamiento de agua subterránea y una reducción en la recarga de agua subterránea y un deterioro de la calidad del agua debido a eventos climáticos extremos. [61] : 558 En los trópicos, las intensas precipitaciones e inundaciones parecen provocar una mayor recarga de las aguas subterráneas. [61] : 582
Sin embargo, todavía se están investigando los impactos exactos del cambio climático en las aguas subterráneas. [61] : 579 Esto se debe a que aún faltan datos científicos derivados del monitoreo de las aguas subterráneas, como cambios en el espacio y el tiempo, datos de extracción y "representaciones numéricas de los procesos de recarga de las aguas subterráneas". [61] : 579
Los efectos del cambio climático podrían tener diferentes impactos en el almacenamiento de agua subterránea: los eventos de lluvia importantes más intensos (pero menos) esperados podrían conducir a una mayor recarga de agua subterránea en muchos entornos. [19] : 104 Pero los períodos de sequía más intensos podrían provocar la desecación y compactación del suelo, lo que reduciría la infiltración al agua subterránea. [62]
En las regiones de mayor altitud, la duración y la cantidad reducidas de nieve pueden provocar una recarga reducida de las aguas subterráneas en primavera. [61] : 582 Los impactos del retroceso de los glaciares alpinos en los sistemas de aguas subterráneas no se comprenden bien. [19] : 106
El aumento global del nivel del mar debido al cambio climático ha inducido la intrusión de agua de mar en los acuíferos costeros de todo el mundo, particularmente en zonas bajas y pequeñas islas. [61] : 611 Sin embargo, la extracción de agua subterránea suele ser la razón principal de la intrusión de agua de mar, más que el aumento del nivel del mar (ver la sección sobre intrusión de agua de mar). [19] : 5 La intrusión de agua de mar amenaza los ecosistemas costeros y la resiliencia de los medios de vida. Bangladesh es un país vulnerable a este problema, y el bosque de manglares de Sundarbans es un ecosistema vulnerable. [61] : 611
La contaminación de las aguas subterráneas también puede aumentar indirectamente debido al cambio climático: tormentas más frecuentes e intensas pueden contaminar las aguas subterráneas al movilizar contaminantes, por ejemplo, fertilizantes, aguas residuales o excrementos humanos de letrinas de pozo. [61] : 611 Las sequías reducen la capacidad de dilución de los ríos y los niveles de las aguas subterráneas, aumentando el riesgo de contaminación de las aguas subterráneas.
Los sistemas acuíferos que son vulnerables al cambio climático incluyen los siguientes ejemplos (los primeros cuatro son en gran medida independientes de la extracción humana, a diferencia de los ejemplos 5 a 8, donde la intensidad de la extracción humana de agua subterránea juega un papel clave en la amplificación de la vulnerabilidad al cambio climático): [19] : 109
El uso de más agua subterránea, particularmente en el África subsahariana, se considera un método de adaptación al cambio climático en el caso de que el cambio climático provoque sequías más intensas o frecuentes. [63]
Las adaptaciones al cambio climático basadas en las aguas subterráneas aprovechan el almacenamiento distribuido de aguas subterráneas y la capacidad de los sistemas acuíferos para almacenar excedentes de agua estacionales o episódicos. [19] : 5 Incurren en pérdidas por evaporación sustancialmente menores que las infraestructuras convencionales, como las presas de superficie. Por ejemplo, en África tropical , bombear agua desde los depósitos subterráneos puede ayudar a mejorar la resiliencia climática del suministro de agua y alimentos. [19] : 110
El desarrollo de la energía geotérmica , una fuente de energía sostenible , juega un papel importante en la reducción de las emisiones de CO 2 y, por tanto, en la mitigación del cambio climático . [19] : 5 El agua subterránea es un agente en el almacenamiento, movimiento y extracción de energía geotérmica. [19] : 110
En países pioneros, como los Países Bajos y Suecia, el agua subterránea se considera cada vez más como un solo componente (una fuente estacional, un sumidero o un "amortiguador" térmico) en las redes urbanas de calefacción y refrigeración. [19] : 113
Los acuíferos profundos también se pueden utilizar para la captura y el secuestro de carbono , el proceso de almacenar carbono para frenar la acumulación de dióxido de carbono en la atmósfera. [19] : 5
Los procesos de gobernanza de las aguas subterráneas permiten la gestión, la planificación y la implementación de políticas de las aguas subterráneas. Tiene lugar en múltiples escalas y niveles geográficos, incluidas escalas regionales y transfronterizas. [19] : 2
La gestión de las aguas subterráneas está orientada a la acción y se centra en las actividades prácticas de implementación y las operaciones diarias. Debido a que el agua subterránea a menudo se percibe como un recurso privado (es decir, estrechamente relacionado con la propiedad de la tierra y, en algunas jurisdicciones, tratado como propiedad privada), la regulación y la gobernanza y gestión de arriba hacia abajo son difíciles. Los gobiernos deben asumir plenamente su papel como custodios de los recursos en vista de los aspectos de bien común del agua subterránea. [19] : 2
Las leyes y regulaciones nacionales regulan el acceso al agua subterránea, así como las actividades humanas que impactan la calidad del agua subterránea. Los marcos legales también deben incluir la protección de las zonas de descarga y recarga y del área circundante a los pozos de suministro de agua, así como normas de rendimiento sostenible y controles de extracción, y regulaciones de uso conjunto. En algunas jurisdicciones, las aguas subterráneas se regulan junto con las aguas superficiales, incluidos los ríos. [19] : 2
Las aguas subterráneas son un recurso hídrico importante para el suministro de agua potable , especialmente en los países áridos .
La región árabe es una de las más escasas de agua del mundo y las aguas subterráneas son la fuente de agua de la que más se depende al menos en 11 de los 22 estados árabes. La extracción excesiva de agua subterránea en muchas partes de la región ha provocado una disminución del nivel freático, especialmente en zonas altamente pobladas y agrícolas. [19] : 7
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