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Ríos subterráneos: ¿mito o realidad?
El Comité de Redacción de Acta Bioquímica Clínica Latinoamericana ha seleccionado este artículo publicado en CIENCIA HOY - Volumen 19 Número 112 (agosto - septiembre de 2009), para su difusión a través de FABA Informa

Celso Dal Ré Carneiro y Heraldo Cavalheiro Navajas Sampaio Campos
Departamento de Geociencias Aplicadas a la Enseñanza, Instituto de Geociencias, Universidad Estadual de Campinas
José Luiz Galvão de Mendonça
Oficina Técnica en Araraquara, Departamento de Aguas y Energía Eléctrica, Gobierno del Estado de San Pablo

Aproximadamente un cuarto de los países del mundo enfrenta hoy problemas de abastecimiento de agua, lo que provoca innumerables conflictos. Aun en el Brasil, que posee una de las mayores reservas de agua dulce del planeta, la escasez de este recurso esencial se hace sentir en varios lugares, entre los que se destaca la zona de seca del Nordeste. San Pablo, la mayor ciudad brasileña, convive con el racionamiento o la simple falta de agua; y ya se está pensando en transportarla del acuífero Guaraní para abastecer la metrópoli.
Los períodos de sequía son fértiles en ‘soluciones milagrosas’, lo que parece hacer menos dura la escasez de agua que atraviesan varias regiones del Brasil. El país posee una de las mayores redes hidrográficas del planeta, y solo la Amazonia presenta un quinto del agua dulce disponible en el mundo, además de un tercio de los bosques tropicales, una biodiversidad valiosísima y riquezas incalculables en el subsuelo. Ampliar el conocimiento de esos recursos hídricos y temas relacionados –y, sobre todo, promover la educación ambiental– son medidas importantes para el uso racional y la protección del agua, que tal vez sea la riqueza natural más importante para el ser humano.
Además de la cuestión histórica de la sequía del Nordeste, la falta de agua ya llega a otras áreas del Brasil. Una solución a este problema se encuentra en el uso del agua subterránea, que se acumula en rocas permeables o semipermeables, formando acuíferos, donde se almacena y transporta esa sustancia. En el mundo, esos ‘reservorios’ naturales de agua dulce solo son superados por el gigantesco volumen presente en los casquetes polares, glaciares y nieve en lo alto de las montañas. Es común entre la población brasileña la noción de ‘abundancia de agua subterránea’, así como también la idea errónea de que esa agua circula libremente como si fueran ‘ríos’ bajo tierra. Aun tomando en cuenta el gran volumen almacenado en los acuíferos, es polémico afirmar que nunca se va a acabar el agua de buena calidad. La calidad de ese recurso, tanto subterráneo como superficial, es un factor relevante, porque el agua contaminada por sustancias químicas o microorganismos puede provocar enfermedades o transmitir otras (cólera, esquistosomiasis, etcétera) y producir perjuicios en los ambientes naturales por donde circula.
Un país que tenga un abastecimiento seguro de agua debe cuidar sus reservas con tanta atención como aquellos que sufren conflictos debido a la falta de ese recurso. Siempre se debe combatir el desperdicio de agua, además de proteger los acuíferos y preservar su calidad. Esta preocupación llevó al Consejo Nacional de Medio Ambiente del Brasil (CONAMA) a expedir en abril de 2008 la Resolución 396, que trata sobre la clasificación de las aguas subterráneas y de su utilización segura. La clasificación se basa en las características hidrogeoquímicas y los niveles de contaminación, con el fin de prevenir y controlar la contaminación, para proteger la calidad de los acuíferos. Se establecieron cinco categorías para esas reservas, además de una ‘clase especial’, reservada para los acuíferos esenciales para la preservación de ecosistemas en unidades de conservación de protección integral o que alimenten cuerpos de agua superficiales también clasificados como especiales. Para mantener la calidad del agua en cada categoría, la Resolución determina la creación, por parte de los órganos ambientales, de ‘áreas de protección de acuíferos’, ‘perímetros de protección de pozos de abastecimiento’ y ‘áreas de restricción y control del uso del agua subterránea’.
El cuidado de esas reservas debe ser permanente. Como se trata de un recurso estratégico, el uso del agua dulce despierta polémicas apasionadas, como en el caso de la privatización de servicios públicos (ciudades como París adoptaron el camino inverso –la desprivatización– para que los servicios de agua vuelvan al dominio público), del proyecto de direccionamiento de aguas del río San Francisco en el Nordeste, o incluso la propuesta de usar el gigantesco acuífero Guaraní para abastecer la ciudad de San Pablo.

Disponibilidad, consumo y desperdicio

El agua circulante, formada por las nubes, la lluvia, los ríos y los lagos, se renueva continuamente. Por lo tanto, en principio la cantidad total de agua disponible no disminuye, al menos la parte disponible para consumo humano. Conviene distinguir, dentro del contexto de este artículo, los términos ‘demanda’ y ‘consumo’: el primero está ligado a la idea de ‘necesidad’, mientras que el segundo corresponde al de ‘gasto, utilización efectiva’. Si no hubo reducción de la disponibilidad, ¿por qué se está volviendo más escaso el ‘precioso líquido’?
Según varios estudios, la explicación para la crisis se encuentra en diversos factores: el aumento de la población humana, prácticas ambientales inadecuadas y el estilo de vida actual. Aunque la tecnología haya expandido la capacidad humana de capturar agua para su consumo, la disponibilidad relativa se volvió crítica debido a varios factores. Por una parte, el aumento de la población mundial estimula la producción agrícola e industrial, lo que eleva la demanda e impone una creciente ocupación de tierras, afectando la calidad de muchos manantiales. Los patrones de consumo excesivo ampliaron la demanda de modo casi ilimitado. Por otra parte, la eliminación sin control de residuos industriales y domésticos en el agua corriente contamina las reservas y dificulta su aprovechamiento.
En las sociedades desarrolladas, la demanda total de agua creció seis veces entre el principio y el final del siglo XX. Solo en la labranza a nivel mundial se utilizan cerca de 2,6 trillones de m³ de agua por año. La irrigación, la introducción de especies de alto rendimiento y el uso de fertilizantes agrotóxicos elevaron el rendimiento de los cultivos, pero también la demanda de agua.
Las estadísticas revelan que el consumo por persona crece geométricamente con el aumento de la renta de la población: en promedio, un norteamericano consume más de 500 litros por día. Si cada persona necesita (o ‘demanda’) cerca de 110 litros de agua por día para atender sus necesidades de alimentación e higiene, según un cálculo de la Organización de las Naciones Unidas, y si en algunas regiones del Brasil el consumo per cápita llega a más de 200 litros diarios, eso significa que en esas regiones cada individuo gasta todos los días cerca de 90 litros más de lo necesario. Eso, en parte, no está relacionado con el aumento de la renta de la población, pero sí con el hábito del desperdicio (tomar baños largos, cepillarse los dientes y dejar la canilla abierta, lavar la calle y los autos con manguera, etcétera) en un país que posee 12% de toda el agua dulce disponible en el planeta.
Como dice el geólogo Luiz Fernando Scheibe en su libro Os círculos da água (2007), la lógica industrial vuelve a encontrase con el agua, como en los inicios de la Revolución Industrial.  Y toda la producción agrícola e industrial demanda cantidades enormes de agua, que se exporta en forma de granos o carne: ¡la producción de 1kg de pollo consume 2 mil litros de agua! Lo mismo el aluminio, la celulosa y el papel. Sin contar los desperdicios y los desechos de esas industrias, que también se arrojan en el agua corriente.
En el Brasil, los problemas que afectan el agua superficial llevaron a hacer propuestas de uso de las reservas subterráneas (los acuíferos) para garantizar el abastecimiento de grandes ciudades. Sin embargo, la suposición de que el agua superficial y la subterránea se comportan de modo distinto, sin relación entre sí –hasta los libros escolares contienen ilustraciones que muestran lagos y ríos aislados bajo el suelo– es incorrecta. Ese mito se desenmascara fácilmente cuando entendemos el ciclo del agua en la naturaleza.

El agua subterránea

El agua se encuentra en la naturaleza en los tres estados de la materia (sólido, líquido y gaseoso) y sufre continuamente cambios de estado, asociados al movimiento continuo de esa sustancia. El agua líquida se transforma en vapor y sube a la atmósfera, forma nubes, dentro de las cuales se forman gotas o cristales de hielo que, en determinadas condiciones, se precipitan en forma de lluvia, nieve o granizo (figura 2). Una parte forma arroyos, ríos y lagos hasta que llega al océano, pero otra parte se filtra en el suelo, dependiendo del tipo de roca existente, y puede almacenarse en el subsuelo, donde también se mueve.


Figura 2. El ciclo del agua abarca los mecanismos de transferencia continua de agua en la Tierra: de la superficie a la atmósfera y de regreso a la primera mediante precipitaciones, además de los reservorios naturales tales como el agua de los lagos, la nieve de las montañas, el hielo de los polos y los acuíferos.

El suelo exhibe dos zonas distintas, en función de la presencia del agua: la zona saturada (inferior, donde los poros de la roca están ocupados por agua) y la no saturada (superior, prácticamente seca). El límite entre esas zonas, denominado nivel del agua o ‘capa freática’, tiende a acompañar el relieve observado en la superficie. El nombre ‘zona saturada’ es más adecuado para estos reservorios naturales de aguas subterráneas, ya que los acuíferos no son ‘capas’ sino unidades tridimensionales: tienen ancho, largo y profundidad. Están formados por aquellas que se filtran en el suelo y subsuelo, donde llenan los espacios vacíos existentes en la estructura de diferentes rocas y que no son retenidas por las plantas.
Esa agua puede volver naturalmente a la superficie, en fuentes y nacientes de ríos o arroyos. También puede extraerse por medio de pozos excavados algunas veces manualmente (extracción con baldes o bombas) o en pozos tubulares hechos con equipos de perforación, que pueden tener decenas, centenas o incluso pocos miles de metros de profundidad.
Cuando regamos una planta, el agua se filtra debido a la atracción gravitacional. Algunos suelos y rocas son impermeables (o casi) y por eso la filtración es muy baja o nula. Las rocas cristalinas –ígneas (que se generaron por la solidificación del magma, en el interior de la Tierra, o lava volcánica, en la superficie) o metamórficas (que se generaron por transformación física y/o química de otras rocas en estado sólido, sin fusión)– son macizas, pero presentan fracturas internas que permiten la acumulación de agua. Las rocas arenosas (compuestas por la sedimentación de granos de arena) son las más adecuadas para almacenar ese recurso, dado que presentan mayor porosidad (espacios vacíos entre los granos) y permeabilidad. Los conglomerados, formados por guijarros y gránulos, exhiben altas tasas de porosidad y permeabilidad, pues presentan espacios entre las partículas, los que están comunicados. Para que un medio sea permeable, no le basta con ser poroso; es necesario que los espacios vacíos se intercomuniquen (figura 4).


Figura 4. Los acuíferos pueden ser diferentes, y eso depende del tipo de roca por los que están constituidos: (A) acuíferos fracturados, que ocurren en rocas con fracturas; (B) acuíferos porosos, en rocas porosas; y (C) acuíferos cársticos, en rocas que sufren disolución por efecto del agua.

Como los diferentes tipos de rocas no están presentes de modo uniforme en todos los lugares, la acumulación de agua subterránea varía de un lugar a otro. La variedad de rocas y de estructuras internas que las tornan capaces de almacenar agua exige que se realicen estudios geológicos antes de abrir algún pozo de abastecimiento.
Ciertas rocas son más resistentes que otras a la erosión (acción de factores físicos, químicos y biológicos a lo largo del tiempo), que las descomponen, alterando su estructura y composición, y las transforman lentamente en suelos y sedimentos. Los suelos formados por rocas sueltas, como la grava, con frecuencia son más porosos y permeables que la roca original. En los calcáreos (roca sedimentaria) y mármoles (metamórfico) predomina la disolución química. El agua se filtra por las fracturas preexistentes y disuelve el material gradualmente, lo que genera huecos que con el tiempo pueden dar origen a amplias cavernas.
Por lo tanto, el agua que se filtra en el subsuelo no forma ríos subterráneos, lagos o vetas de agua, como muchos imaginan, sino que queda almacenada en rocas que presentan las características adecuadas. Estos materiales actúan como esponjas en el suelo, absorbiendo y acumulando agua. Las únicas excepciones son las rocas calcáreas, donde se suele producir disoluciones por las aguas que se infiltran, donde el agua apenas se mueve dentro de ellas por canales discontinuos (figura 5) parecidos a los ríos subterráneos.


Figura 5. Mapa de la caverna calcárea de Onesquethaw, Nueva York, y perfil desde la entrada hasta la salida del agua, próxima a la fuente. Las escalas vertical y horizontal son diferentes.

La existencia de agua subterránea, sin importar la profundidad en que se encuentre, depende de que las rocas sean porosas y permeables. Esto derrumba otra creencia: cuanto más profundo el pozo, mayor su capacidad de producir agua.
Un acuífero limitado arriba y en su base por capas de rocas impermeables se denomina ‘confinado’. Si la capa superior fuese semipermeable, se dice que el reservorio es semiconfinado. En esos casos, el agua queda almacenada bajo una presión mayor que la atmosférica. La perforación de un pozo en acuíferos de ese tipo proporciona una salida para la presión, lo que ‘empuja’ el agua en dirección a la superficie a través del canal de perforación. Si el agua llega a la superficie sin bombeo (figura 6), el pozo se denomina ‘artesiano’ (si fuera necesario bombear agua, el pozo es semiartesiano). Los acuíferos también pueden ser ‘libres’, es decir, tener solo una capa inferior limitante y la parte superior abierta. En ese caso, la presión es insuficiente para llevar el agua hasta la superficie.


Figura 6. Presión del agua en el acuífero confinado y origen del pozo artesiano. En un pozo artesiano no surgente, el agua del acuífero confinado no llega a la superficie sin bombeo, porque la boca del pozo queda por encima del nivel medio del agua subterránea. En un pozo artesiano surgente, la boca está por debajo de ese nivel medio y el agua no precisa bombearse.

El agua subterránea puede haber quedado almacenada bajo la superficie desde hace años, siglos o milenios. La extracción puede reducir su cantidad, sin embargo el recurso es ‘renovable’ mientras continúe la reposición del agua que se filtra. La ‘recarga’ del acuífero depende de las tasas de filtración, el régimen de lluvias en la región y la vegetación. En las ciudades, la impermeabilización del suelo debido a las calles y otras construcciones exige soluciones artificiales para aumentar la recarga: algunas ciudades modernas ocupan manzanas enteras con ‘vasijas de espera’ para el agua de lluvia, forradas en la base con arena para aumentar la filtración. La recarga de los acuíferos se considera incluso en el proyecto de edificios y autovías ultramodernas.
El aumento de la demanda de agua resulta, en algunas ciudades, en una mayor utilización de las reservas subterráneas, lo que no siempre se hace correctamente. El bombeo excesivo y la interferencia entre pozos muy próximos hacen que baje el nivel del agua. En un acuífero que no presenta gran presión interna, el agua permanece, después de la perforación y antes de ser bombeada, en el denominado ‘nivel estático’. Cuando se bombea, el nivel baja poco a poco hasta que se estabiliza en el nivel dinámico. En el subsuelo se forma alrededor del pozo y de modo tridimensional un cono de depresión del nivel del agua, cuyo tamaño depende de la permeabilidad de la roca que la almacena. En rocas menos permeables, el agua de áreas más distantes demora más en fluir hasta los espacios dejados por el agua extraída. Por otra parte, si se perforan numerosos pozos próximos entre sí, la tasa de extracción se vuelve mayor que la recarga, bajando aun más el nivel del agua, y el acuífero tiende a agotarse.

Manantiales del Sudeste

Las regiones Sudeste y Sur del Brasil ubicadas, en parte, sobre la formación geológica denominada ‘cuenca sedimentaria del Paraná’ (figura 7) presentan varios acuíferos grandes, bautizados de acuerdo con el nombre de los conjuntos de rocas que los contienen (denominados ‘unidades listoestratigráficas’) y a los que están asociados. Se hablará solo de tres de ellos.


Figura 7: Corte transversal de la cuenca geológica del Paraná. Se muestran las capas superpuestas donde se encuentran los acuíferos Guaraní (formaciones Pirambóia y Botucatu), y Bauru (más arriba). El mapa del Surdeste y sur de Brasil muestra la línea de ese corte de la cuenca y las dimensiones de los acuíferos Bauru (área clara), Serra Geral (área oscura) y Guaraní (que se extiende también por debajo de las áreas claras y oscuras).

El acuífero Bauru es aflorante, es decir, el nivel del agua acompaña aproximadamente el trazado del relieve en casi toda su extensión, y se formó en el pasado en las capas arenosas y arcillosas depositadas alternadamente por los ríos. Presenta una productividad media (inferior a 50m³ por hora), debido a la variación vertical y lateral de las rocas (permeables e impermeables) y a su reducido espesor.
El acuífero Serra Geral, que se comporta como un acuífero fracturado, está constituido por rocas volcánicas impermeables y duras, formadas durante la separación entre América del Sur y África. Donde la roca original está alterada o muy fracturada, algunos pocos alcanzan valores de entre 50 y 60m³ por hora, pero en promedio su producción es de 15m³ por hora.
El más importante es seguramente el acuífero Guaraní, con 1,1 millones de km², que se extiende desde el centro-oeste y el sudeste del Brasil hacia el sur y hasta algunas regiones en el Paraguay, la Argentina y el Uruguay. Está constituido por rocas arenosas, con hasta 550m de espesor, acumuladas por la acción del viento (ver ‘El sistema acuífero guaraní’, en este número) y, en su mayor parte, está confinado en la base y en la parte superior. El agua alcanza en el Brasil producciones del orden de 500m³ por hora y surge en los pozos con temperaturas de hasta 49ºC, debido al gradiente geotérmico que la calienta durante su circulación a grandes profundidades.
En la región noroeste del estado de San Pablo, 95,5% de los municipios dependen del recurso hídrico subterráneo para el abastecimiento público. Donde el acuífero es aflorante y de fácil perforación, la extracción intensa del agua exige que se realicen permanentes monitoreos para evitar superar la tasa de recarga local y la contaminación. La posibilidad de contaminación de esa inmensa reserva hace que sea necesario un monitoreo permanente para conocer la dinámica y vulnerabilidad de sus áreas de recarga con relación a la presencia de contaminantes agrícolas e industriales y residuos urbanos.
La polémica sobre la utilización del acuífero Guaraní se intensificó debido a los estudios que apuntan a la necesidad de direccionar sus aguas para abastecer al Gran San Pablo. El reservorio, foco de atención de organismos nacionales e internacionales, está considerado como el ‘salvador de la patria’ en este caso. Mientras tanto, como se trata de un recurso estratégico, cualquier intervención debe discutirse ampliamente y estar apoyada en una sólida base científica, para que el emprendimiento no se vuelva una nueva versión del extinto Paulipetro (1979-1982), consorcio formado por el Instituto de Investigaciones Tecnológicas (IPT, por su sigla en portugués) y la Compañía Energética de San Pablo (CESP) para encontrar petróleo en el territorio estadual. La empresa no obtuvo buenos resultados y generó, para las arcas públicas estaduales, un perjuicio superior a 600 millones de dólares. 

Un derecho humano


La cuestión del uso de los recursos hídricos, superficiales o subterráneos, es tan compleja e importante que sobrepasa los sistemas políticos, límites territoriales o niveles de desarrollo tecnológico, social y económico. Incluso porque las fronteras fijadas por la sociedad no interfieren en los procesos geológicos y naturales de distribución del agua en la Tierra. El agua es un bien público y esencial para la salud humana, y por esta razón el acceso a ella es un derecho de la población. Dado que es obligación del poder público cuidar los aspectos esenciales para la calidad de vida de los ciudadanos (tales como la educación, la vivienda y el transporte), los gobiernos deben garantizar que ningún ciudadano quede privado de ese recurso insustituible, que debe ser compartido fraternalmente y no utilizarse como mercadería.
Una gran preocupación actual es la adopción, en muchas partes del planeta, de medidas que intentan privatizar el abastecimiento de agua, dificultando el acceso de los habitantes a ese recurso vital. Algunas experiencias, como se mencionó anteriormente, se están revirtiendo debido a su fracaso. También es necesario considerar la importancia estratégico-militar de los recursos hídricos, dado que las disputas por el agua pueden motivar guerras, como sucede por ejemplo en regiones de Oriente Medio. Allí, el control de la distribución y utilización del agua es escenario permanente de tensiones y conflictos. El Brasil, a pesar de tener un décimo del agua dulce mundial, no puede admitir una gestión inadecuada y el desperdicio del bien. La protección es una preocupación no menos importante, ya que un acuífero contaminado, en la práctica, estará condenado.

INVESTIGACIONES EN GEOCIENCIAS

Los autores de este artículo son geólogos y profesores que se dedican a diferentes estudios en geociencias. Celso Dal Ré Carneiro realiza investigaciones sobre el uso de recursos didácticos en la enseñanza teórico-práctica de geología y en la divulgación de las ciencias de la Tierra. Heraldo CN Sampaio Campos y José Luiz G de Mendonça actúan en el área de hidrogeología y en el modelaje de reservorios de agua subterránea. Los tres publicaron o participaron en libros y en diversos trabajos en revistas científicas del Brasil y del exterior.



Referencias Bibliográficas

CARNEIRO C Dal Ré (ed. cient.), 2000, Geología (Serie Ciência Hoje na Escola, vol. 10), San Pablo, Global-SBPC.
FLEEGER GM, 1999, The geology of Pennsylvania’s groundwater (Educ. Serie 3), Pennsylvania Geological Survey, 1999 (disponible en www.dcnr.state.pa.us/topogeo/education/es3.pdf).
PA-GEPEP, Pennsylvania Groundwater Policy Education Project, s/f, Groundwater. A prime for pennsylvanians, League of Women Voters of Pennsylvania Citizen Education Fund, s/d.
ROCHA GA, 1997, ‘O grande manancial do Cone Sul’, en Estudos Avançados (USP), vol.11 (30), p. 191.
SCHEIBE LF, 2007, Os círculos da água, Florianópolis, Departamento de Geociências – UFSC (disponible en www.cfh.ufsc.br/~laam/apresentapdf.htm).
SILVA, RBG, s/f, Águas subterrâneas: um valioso recurso que requer proteção. Sistema Aqüífero Guaraní, s/d (disponible en www.sg-guarani.org/microsite/pages/pt/info_aguas.php)


Ríos subterráneos: ¿mito o realidad?



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