Hidrosfera y contaminación del agua

El agua cubre aproximadamente el 71% de la superficie terrestre, pero su distribución es altamente asimétrica. El 97,5% es agua salada (océanos y mares), mientras que solo el 2,5% es agua dulce. De este pequeño porcentaje de agua dulce:

• El 68,7% está inmovilizada en glaciares y casquetes polares.
• El 30,1% se encuentra como agua subterránea.
• Menos del 1% es agua superficial y atmosférica de fácil acceso.

El tiempo de residencia es el periodo medio que una molécula de agua permanece en un reservorio. Mientras que en la atmósfera es de unos 9 días, en los océanos puede superar los 3.000 años y en los acuíferos profundos decenas de miles de años. Las propiedades físico-químicas del agua, como su elevado calor específico y su capacidad como disolvente universal, permiten que actúe como el principal regulador térmico del planeta.

El ciclo hidrológico es un sistema cerrado impulsado por la energía solar y la gravedad. Los procesos clave incluyen:

1. Evapotranspiración: Suma de la evaporación directa y la transpiración de las plantas. Distinguimos entre la Evapotranspiración Potencial (ETP) (máxima pérdida de agua si hubiera humedad ilimitada) y la Evapotranspiración Real (ETR) (la que ocurre realmente según la disponibilidad).
2. Escorrentía e Infiltración: El agua que cae en forma de precipitación puede discurrir por la superficie (escorrentía) o penetrar en el suelo (infiltración). La relación entre ambas depende de la pendiente, el tipo de suelo y la cobertura vegetal.
3. Intercepción: Proceso por el cual la vegetación retiene parte de la precipitación antes de que llegue al suelo.

El cambio climático está alterando este ciclo, intensificando los fenómenos extremos: sequías más prolongadas y precipitaciones torrenciales que reducen la capacidad de recarga de los acuíferos al favorecer la escorrentía rápida.

La gestión del agua se realiza a nivel de cuenca hidrográfica. El balance hídrico se resume en la ecuación: $P = ETR + E + I \pm \Delta S$ Donde $P$ es precipitación, $ETR$ evapotranspiración real, $E$ escorrentía, $I$ infiltración y $\Delta S$ la variación en el almacenamiento (reservas).

• Déficit hídrico: Ocurre cuando la ETP es mayor que la precipitación y no hay reservas en el suelo.
• Superávit: Cuando la precipitación supera la ETP y el suelo está saturado, generando escorrentía.

Los ríos son los principales agentes de transporte y modelado del relieve. Su régimen fluvial (variación del caudal a lo largo del año) puede ser nival, pluvial o mixto. En los lagos, un fenómeno crítico es la estratificación térmica: en verano, el agua superficial cálida (epilimnion) no se mezcla con la profunda fría (hipolimnion), lo que puede causar anoxia en el fondo.

El agua subterránea se almacena en los acuíferos, formaciones geológicas capaces de almacenar y transmitir agua.

• Porosidad: Porcentaje de huecos en la roca.
• Permeabilidad: Capacidad de la roca para dejar pasar el agua.

Tipos de acuíferos:

1. Libres: El límite superior es el nivel freático, que está a presión atmosférica.
2. Confinados: El agua está atrapada entre dos capas impermeables (acuícludos) a una presión superior a la atmosférica.
3. Semiconfinados: Una de las capas es un acuitardo (permite el paso lento de agua).

El movimiento del agua subterránea se rige por la Ley de Darcy: $V = K \cdot \frac{h_1 - h_2}{L}$ Donde $V$ es la velocidad, $K$ la conductividad hidráulica y $\frac{h_1 - h_2}{L}$ el gradiente hidráulico.

La extracción de agua mediante pozos crea un cono de depresión en el nivel freático. La sobreexplotación ocurre cuando el ritmo de extracción supera la recarga natural. Consecuencias graves incluyen:

• Salinización: En zonas costeras, el descenso del agua dulce permite la entrada de agua de mar (intrusión marina).
• Subsidencia: El terreno se asienta y colapsa al perder la presión del agua que sostenía los poros.

La contaminación puede ser puntual (foco localizado, como un vertido industrial) o difusa (focos dispersos, como el uso de fertilizantes en agricultura, mucho más difícil de controlar).

• Orgánica: Microorganismos patógenos y materia orgánica biodegradable.
• Inorgánica: Metales pesados (Pb, Hg, Cd) que presentan bioacumulación (aumento de concentración en los tejidos) y biomagnificación a través de la cadena trófica.
• Física: Contaminación térmica (baja la solubilidad del oxígeno) y radiactividad.

Es el enriquecimiento excesivo de nutrientes (nitratos y fosfatos) en un cuerpo de agua.

1. Proliferación: Las algas crecen descontroladamente formando una capa superficial.
2. Anoxia: La luz no llega al fondo, las plantas mueren y las bacterias aerobias consumen todo el oxígeno para descomponerlas.
3. Muerte del ecosistema: Los peces mueren por asfixia y proliferan bacterias anaerobias que generan gases malolientes ($H_2S$, $CH_4$).

Los acuíferos son especialmente vulnerables porque su capacidad de autodepuración es muy lenta. Los lixiviados de vertederos y los nitratos agrícolas crean plumas de contaminación que se desplazan lentamente, siendo muy costosas de remediar.

Para determinar si el agua es apta para la vida o el consumo, medimos:

• Oxígeno Disuelto (OD): Fundamental para la vida acuática.
• Conductividad: Indica la cantidad de sales disueltas.
• Dureza: Concentración de sales de calcio y magnesio.
• pH: El agua óptima está entre 6,5 y 8,5.

Son cruciales para medir la contaminación por vertidos urbanos:

1. DBO5 (Demanda Biológica de Oxígeno): Cantidad de oxígeno que los microorganismos necesitan para degradar la materia orgánica durante 5 días.
2. DQO (Demanda Química de Oxígeno): Oxígeno necesario para oxidar la materia orgánica mediante reactivos químicos.
3. Relación DQO/DBO: Si es baja (<2), el vertido es fácilmente biodegradable.

El uso de organismos vivos como "sensores" de calidad. Los macroinvertebrados (larvas de insectos, crustáceos) son excelentes bioindicadores. El índice IBMWP asigna valores según la sensibilidad de las familias halladas: la presencia de efímeras indica aguas limpias, mientras que las larvas de dípteros (moscas) indican aguas muy contaminadas.

En una Estación de Tratamiento de Agua Potable, el agua natural se transforma en apta para el consumo humano:

• Pretratamiento: Rejas para sólidos grandes.
• Floculación: Se añaden coagulantes para que las partículas pequeñas se agrupen y pesen.
• Decantación y Filtración: Separación de los flóculos y paso por arena.
• Desinfección: Uso de cloro, ozono o luz UV para eliminar patógenos.

Las EDAR tratan el agua usada antes de devolverla al medio:

1. Tratamiento Primario: Procesos físicos (decantación) para eliminar sólidos en suspensión.
2. Tratamiento Secundario: Proceso biológico mediante fangos activos, donde bacterias degradan la materia orgánica en tanques aireados.
3. Tratamiento Terciario: Eliminación avanzada de nutrientes (N y P) o desinfección si el agua se va a reutilizar.

La Directiva Marco del Agua de la UE obliga a los estados a alcanzar el "buen estado ecológico" de las masas de agua. En España, la gestión se organiza mediante Planes Hidrológicos de Cuenca. Las estrategias para el futuro incluyen:

• Uso eficiente: Ahorro en agricultura (riego por goteo).
• Reutilización: Usar agua depurada para riego de jardines o limpieza de calles.
• Desalinización: Aunque es costosa energéticamente, es vital en zonas áridas como el Levante español.
• Trasvases: Herramienta de solidaridad hídrica, aunque generan grandes conflictos sociales y ambientales.