Casi toda el agua en la superficie y el subsuelo de la Tierra se origina en la precipitación directa. Desde una perspectiva global promedio, alrededor de un tercio de la precipitación aparece como escorrentía superficial y finalmente se descarga en los océanos mediante sistemas de drenaje exorreicos (Ponce, 2006). Los dos tercios restantes son utilizados por los ecosistemas naturales y regresan a la atmósfera a través de la vaporización, normalmente denominada evaporación, la cual consiste de: (1) la evaporación de masas de agua, incluidos los sistemas de drenaje endorreico o parcialmente endorreico, como estanques, lagos y humedales; y (2) la evapotranspiración de los ecosistemas terrestres, tanto naturales como artificiales.

La fracción de precipitación que logra infiltrarse en el suelo, en suelo o roca fracturada, puede seguir uno de dos caminos:

1. Desplazarse hacia abajo, en una dirección predominantemente vertical, para unirse a las aguas subterráneas y eventualmente exfiltrarse como flujo base de los ríos vecinos, regresando así al océano como escorrentía superficial; o

2. Subir, regresando a la atmósfera a través de la vaporización, cortocircuitando efectivamente el ciclo hidrológico.

En la Naturaleza, las aguas superficiales y subterráneas están en constante movimiento, interactuando en una variedad de escalas temporales y espaciales. A su vez, las aguas superficiales pueden convertirse en aguas subterráneas y viceversa. El flujo de agua superficial suele moverse rápidamente, mientras que el flujo de agua subterránea se mueve más lentamente (Ponce, 2007). Dependiendo del clima, los arroyos y ríos pueden ser efímeros, intermitentes o perennes. Por lo tanto, las cantidades de agua superficial varían mucho, desde cero para arroyos secos en regiones semiáridas y áridas (Fig. 2 a), hasta considerable en ríos de regiones húmedas (Fig. 2 b). Una diferencia significativa entre el agua superficial y el agua subterránea es que mientras que el agua superficial, es decir, la escorrentía superficial, puede existir o no en un lugar o entorno determinado, el agua subterránea siempre se encuentra a cierta profundidad.

Fig. 2  (a) Un arroyo efímero:  río La Leche, Lambayeque, Perú; (b) Un arroyo perenne:  río Feather, condado de Plumas, California, EE.UU.

La profundidad del agua subterránea es una función de la geología local, geomorfología y clima. En climas húmedos, el nivel freático se encuentra cerca de la superficie, generalmente a unos pocos metros; por el contrario, en climas áridos, la profundidad del agua subterránea es generalmente mucho mayor. Por lo general, cuanto más seco es el clima, mayor es la profundidad del agua subterránea.

3.  ECOHIDROLOGÍA

Todos los ecosistemas necesitan una cierta cantidad de agua para su supervivencia. Sus necesidades de agua tienden a variar mucho. Mientras que algunos ecosistemas prosperan con muy poca agua, otros requieren grandes cantidades. La naturaleza ha hecho posible que los ecosistemas se adapten a cualquier agua disponible en el vecindario y mantengan su sustento sobre esa base. Las sequías recurrentes suelen provocar estrés hídrico y, si persisten, se puede producir la eventual desaparición parcial o total de las comunidades vegetales y los ecosistemas. Sin embargo, algunos ecosistemas, como el chaparral, pueden sobrevivir sequías recurrentes al desarrollar adaptaciones fisiológicas singulares.

En la Naturaleza, el agua, es decir, la humedad, tiene su origen en las siguientes cinco fuentes:

• Precipitación directa;

• Agua superficial o escorrentía superficial, en la forma de humedales, estanques, lagos, arroyos y ríos;

• Agua del subsuelo, en la zona vadosa no saturada (Fig. 3);

• Agua subterránea, por debajo del nivel freático, en la zona de saturación; y

• Agua atmosférica, es decir, contenida en la humedad del aire, parcial o totalmente saturada; también llamada precipitación horizontal.

U.S. Geological Survey Fig. 3  La zona vadosa, el nivel freático y el agua subterránea.

Un ecosistema engloba la flora y la fauna características de una determinada región geográfica y climática. La pregunta clave es: ¿De dónde obtiene agua un ecosistema dado? La respuesta es: Donde esté más fácilmente disponible, de cualquiera de las cinco fuentes enumeradas anteriormente. Dependiendo de una variedad de factores, el ecosistema típico obtiene su agua de una combinación de estas fuentes. En sistemas húmedos, lo obtienen principalmente de las precipitaciones y aguas superficiales; en sistemas áridos, del subsuelo cercano y aguas subterráneas; en las regiones superáridas, de las aguas subterráneas y, excepcionalmente, del aire.

La Figura 4 muestra las raíces profundas del árbol de mezquite (Prosopis spp.), que puede enviar sus raíces hasta 15 m en busca de agua subterránea (Meinzer, 1927). Otro ejemplo es el de la agricultura de regadío, un ecosistema artificial (es decir, antropogénico) que normalmente obtiene su agua de escorrentías superficiales (embalses) o subterráneas, por medio de pozos de bombeo.

U.S. Geological Survey Water Supply Paper 577 Fig. 4  Las raíces profundas del mezquite, a orillas del río Santa Cruz, cerca de Tucson, Arizona.

La precipitación es el motor de facto de los ecosistemas naturales. La precipitación terrestre media anual se ha estimado en P = 800 mm (L'vovich, 1979; Ponce et al., 2000). En el lado seco (P < 800), el clima puede clasificarse, con humedad decreciente, como semiárido, árido, hiperárido y superárido (Fig. 5 a). En el lado húmedo (P ≥ 800), el clima puede clasificarse, con humedad creciente, como subhúmedo, húmedo, hiperhúmedo y superhúmedo (Fig. 5 b). Dentro de estos rangos, los ecosistemas están convenientemente adaptados para hacer uso de cualquier agua disponible para asegurar su supervivencia.

Fig. 5  (a) Un ecosistema árido:  Backlands de Rio Grande do Norte, Brasil; (b) Un ecosistema húmedo:  bosque montano cerca de Loja, Ecuador.

Donde la precipitación escasea, los ecosistemas aprovecharán cualquiera de las otras fuentes. La dependencia principal de una sola fuente hace que el ecosistema dependa en gran medida de la permanencia/disponibilidad de esa fuente, ya sea: (a) agua superficial, (b) agua vadosa, (c) agua subterránea, o (d) aire. De ello se deduce que a un ecosistema que normalmente se alimenta de una sola fuente le resultará difícil o imposible sobrevivir si la disponibilidad de agua en esa fuente se ve reducida o comprometida de alguna manera.

4.  ECOHIDROCLIMATOLOGÍA

La mayoría de las plantas extraen agua libremente de la zona vadosa, cuya extensión depende de la textura del suelo o del tipo de roca. La cantidad de humedad en la zona vadosa es menor en las regiones áridas y mayor en las regiones húmedas. Algunas plantas pueden obtener su agua directamente del agua subterránea, o bien, de la franja capilar que se encuentra ubicada directamente sobre ella.

El tipo y distribución de las plantas de la superficie terrestre está determinada por:

1. Posición a lo largo del espectro de precipitación climática, de árido a húmedo (Ponce et. al., 2000);

2. Profundidad del nivel freático, que determina si las plantas pueden aprovechar la humedad en la franja capilar o el agua subterránea debajo de ella (Meinzer, 1927); y

3. La presencia o ausencia de manantiales, los cuales están en función de la geología y geomorfología local (Ponce et. al., 2017).

La Figura 6 muestra un corredor ribereño de encino costero (Quercus agrifolia) en Tierra del Sol, condado de San Diego, California. El arroyo es efímero, con agua superficial que fluye sólo en respuesta a la lluvia. Sin embargo, hay suficiente humedad durante todo el año en el suelo de este desierto semiárido para mantener un corredor ribereño saludable.

Fig. 6  Corredor ribereño de encino costero, Tierra del Sol, California.

Dependiendo de la geología y geomorfología locales, los manantiales pueden fluir hacia los humedales, lo que permite el soporte de importantes cantidades de vegetación. Por ejemplo, la Fig. 7 muestra un espécimen muy grande de roble vivo costero ubicado en el rancho McCain, valle McCain, Boulevard, condado de San Diego, California. Se estima que este espécimen, que mide 2.4 m de diámetro a la altura del pecho (7.4 m de circunferencia), tiene al menos 300 años. La ausencia de este tipo de vegetación en el resto del valle árido de McCain, con 380 mm de precipitación media anual, indica que esta comunidad de encinos costeros está siendo sustentada por el agua subterránea que se origina en los manantiales locales (Ponce, 2013; Ponce et. al., 2017).

Fig. 7  Un ejemplar muy grande de roble vivo de la costa, Boulevard, California.

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5.  EFECTO DEL BOMBEO DE AGUA SUBTERRÁNEA

El bombeo de agua subterránea normalmente produce un cono de depresión alrededor de la ubicación del pozo (Theis, 1940; Ponce, 2006). El tamaño del cono de depresión depende de la cantidad de captura, correspondiendo mayores cantidades a conos más profundos. El nivel freático y la franja capilar asociada disminuyen como resultado del bombeo. Surge un conflicto en el caso de que el agua bombeada esté siendo utilizada por el ecosistema local. La disminución continua de la napa freática, que continúa en extensión espacial y duración, está destinada a imponer una dificultad en el ecosistema suprayacente. En casos extremos, la vegetación podría secarse y morir como consecuencia directa del bombeo excesivo.

Por lo tanto, la viabilidad del bombeo de aguas subterráneas parece estar más asociada con la ecohidrología que con la hidrogeología. Se necesitan estudios para determinar hasta qué punto un desarrollo de aguas subterráneas propuesto reducirá el nivel freático y el efecto que esta reducción tendrá sobre el sustento de la vegetación local. El bombeo indiscriminado de agua subterránea provocará estrés hídrico en los ecosistemas locales, lo que eventualmente conducirá a su desaparición. El efecto resultante está destinado a ser la aridización, es decir, la desertificación del paisaje, lo cual desde cualquier punto de vista se considera como un impacto negativo.

Un ejemplo es el del roble vivo de la costa (Quercus agrifolia) en Tierra del Sol, condado de San Diego, California, que se muestra en la Fig. 8. Este árbol, cuya edad se estima en al menos 100 años, murió en el año 2014, presumiblemente debido al estrés hídrico local y las consecuencias del mismo (Ponce, 2014).

Fig. 8  Un espécimen muerto de roble vivo de la costa:  Rancho Morning Star, Tierra del Sol, condado de San Diego, California (noviembre de 2014).

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6.  RESUMEN

La necesidad social percibida de bombear agua subterránea se contrasta con la necesidad de los ecosistemas vegetales de aprovechar el agua y la humedad de una diversidad de fuentes existentes en el medio ambiente. Estos son: (a) precipitación, (b) agua superficial y escorrentía superficial; (c) agua subterránea de la zona no saturada, (d) agua subterránea, y (e) el aire. En general, las plantas eligen una combinación de estas fuentes para sus necesidades de agua, según el clima, geología y geomorfología locales. Mientras que algunas plantas usan varias fuentes, otras pueden depender principalmente de una sola fuente. Es probable que las plantas que dependen en gran medida de una fuente se encuentren fácilmente en estrés hídrico si esa fuente se reduce o compromete sustancialmente. Bajo estas condiciones, la aridización resultante del paisaje es fácilmente predecible.

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BIBLIOGRAFÍA

Lee, C. H. 1915. The determination of safe yield of underground reservoirs of the closed-basin type. Transactions, American Society of Civil Engineers, Vol. LXXVIII, Paper No. 1315, 148-218.

Meinzer, O. E. 1927. Plants as indicators of ground water. U.S. Geological Survey Water Supply Paper 577.

Ponce, V. M., R. P. Pandey, y S. Ercan. 2000. Characterization of drought across climatic spectrum. Journal of Hydrologic Engineering, ASCE, Vol. 5, No. 2, April, 222-224.

Ponce, V. M. 2006. Groundwater utilization and sustainability. Online article.

Ponce, V. M. 2007. Sustainable yield of groundwater. Online article.

Ponce, V. M. 2013. Impact of Soitec solar projects on Boulevard and surrounding communities, San Diego County, California. Online article.

Ponce, V. M. 2014. Effect of groundwater pumping on the health of arid vegetative ecosystems. Online article.

Ponce, V. M., M. I. Diaz, and L. A. Magallon. 2017. The linear oasis: Ecohydrology of red shank. Online article.

Theis, C. V. 1940. The source of water derived from wells: Essential factors controlling the response of an aquifer to development. Civil Engineering, Vol. 10, No. 5, May, 277-280.

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