¿Qué edad tiene tu agua? Puede parecer una pregunta peculiar al principio, pero hay implicaciones reales sobre cuánto tiempo ha pasado una gota de agua bajo tierra. La investigación sugiere que el ciclo del agua se está acelerando en algunos lugares como resultado de la iniciativa humana.

Los científicos de la Universidad de California en Santa Bárbara descubrieron que el agua subterránea relativamente joven tiende a alcanzar profundidades más profundas en los sistemas acuíferos fuertemente bombeados, lo que podría traer consigo contaminantes transportados por la superficie. El estudio, dirigido por la reciente becaria postdoctoral Melissa Thaw, aparece en Nature Communications .

"Por lo general, pensamos que las aguas subterráneas profundas están a salvo de los contaminantes que se encuentran más cerca de la superficie de la Tierra", dijo Thaw. "Sin embargo, el bombeo intensivo de agua subterránea está arrastrando el agua subterránea recientemente reabastecida a profundidades más profundas, lo que también podría arrastrar hacia abajo los contaminantes".

El agua subterránea tarda en moverse por el mundo subterráneo, fluyendo entre las partículas del suelo y a través de grietas en la roca. Las gotas de lluvia de hoy pueden no ser el agua de pozo de mañana; de hecho, es posible que ni siquiera sean el agua de pozo de la próxima década. "La mitad o más de toda el agua subterránea almacenada en el planeta es lluvia y nieve que cayó hace más de 12.000 años", dijo Scott Jasechko, profesor asociado en la Escuela Bren de Ciencias y Gestión Ambiental de UC Santa Bárbara. Intuitivamente, cuanto más profundo miras, más vieja es el agua en general.

Thaw y su compañero postdoctoral Merhawi GebreEgziabher GebreMichael trabajaron con el autor principal Jasechko y Jobel Villafañe-Pagán, un estudiante de pregrado de la Universidad de Puerto Rico, Mayagüez, quien se unió al equipo a través del programa de Apoyo a la Educación y Mentoría en Geociencias. Juntos, los autores buscaron determinar cómo el bombeo afecta el movimiento del agua subterránea. Con este fin, aprovecharon un conjunto de datos de concentraciones de una forma rara de hidrógeno, conocida como tritio, en 15 000 pozos de agua subterránea en los Estados Unidos contiguos.

Los científicos han utilizado el tritio para rastrear las aguas subterráneas desde la década de 1960. Esta variedad radiactiva, o isótopo, de hidrógeno se encuentra naturalmente en la Tierra, principalmente en bajas concentraciones en la estratosfera, donde se produce por colisiones de partículas de alta energía. El tritio puede sustituir a las versiones más comunes de hidrógeno en las moléculas de agua (H₂ O), lo que hace que el compuesto sea ligeramente radiactivo.

La concentración de tritio aumentó drásticamente en el siglo XX debido a las pruebas nucleares desde mediados de la década de 1950 hasta el Tratado de Prohibición Parcial de Pruebas Nucleares en 1963. Así que hubo un pulso de hidrógeno radiactivo introducido en el mundo a mediados de 1900. Gran parte de ella llovió, y parte de eso se filtró en el suelo para convertirse en agua subterránea. Los científicos pueden usar las concentraciones de tritio para identificar el agua subterránea reciente, que definen como el agua que se filtró en la tierra después de 1953.

Los autores agruparon los pozos cercanos en 74 sistemas acuíferos. Esto les permitió analizar los niveles de tritio del agua subterránea a diferentes profundidades en cada sistema. Usaron estas medidas para calcular la proporción de cada muestra que provenía de la precipitación moderna. Su límite para el agua subterránea "antigua" era cualquier muestra compuesta por menos del 25 % de agua subterránea moderna.

Luego, los científicos observaron cómo esta métrica variaba en diferentes profundidades dentro de cada sistema acuífero. Como era de esperar, el porcentaje de agua subterránea moderna tendió a ser más alto cerca de la superficie y disminuyó en profundidad. Pero el lugar donde ocurrió esta transición varió según las diferentes áreas.

El equipo ahora tenía una idea de qué tan profundo era el agua subterránea moderna a través de los sistemas que estaban estudiando, pero aún necesitaban algo con lo que compararlo. La geología del subsuelo es desordenada y afecta la rapidez con la que puede viajar el agua subterránea. Por ejemplo, el agua tarda más en hundirse en capas menos permeables, como la arcilla.

Entonces, los autores usaron la geología local para caracterizar el movimiento del agua subterránea. "Para cada una de las diferentes áreas de estudio, estimamos qué tan profundo debe ir hasta que llegue a una capa gruesa de baja permeabilidad", dijo Jasechko. En algunas áreas, puede estar a solo pies debajo de la superficie, mientras que en otras puede estar a cientos de pies.

"El análisis de los isótopos ambientales, junto con el análisis de las profundidades de las unidades de confinamiento, nos permitió comprender el impacto del bombeo excesivo en el flujo descendente", dijo el coautor GebreEgziabher GebreMichael.

Finalmente, los autores pudieron probar su hipótesis usando estadísticas para dar cuenta de esta variabilidad geológica. Descubrieron que existe una correlación entre el bombeo de agua subterránea y la profundidad que alcanza el agua subterránea joven, incluso después de considerar la geología de un área.

La situación es un poco como beber un granizado con una pajita. Obtiene primero el material inferior (agua vieja) y esto atrae el material superior (agua nueva) para reemplazarlo. Excepto en este ejemplo, el aguanieve se rellena periódicamente desde la parte superior. Los científicos llaman a este fenómeno "descenso inducido por bombeo".

"Sabíamos que el hundimiento inducido por el bombeo podría ser algo que podría ocurrir en teoría", dijo Jasechko. "Pero mostrar algo que teóricamente podría suceder versus mostrar que algo realmente puede estar sucediendo, con datos del mundo real, son dos cosas muy diferentes".

Estudios previos han descubierto el hundimiento inducido por bombeo a escalas locales; por ejemplo, en Indonesia y el Valle Central de California. Sin embargo, este es el primero en revelar el fenómeno a gran escala. Y las implicaciones no son simplemente académicas.

El agua subterránea transporta compuestos disueltos, llamados solutos. Algunos de estos son dañinos, como los nitratos de la escorrentía agrícola. Estos contaminantes transportados por la superficie se filtran y descomponen a lo largo de los años a medida que el agua se filtra a través de la tierra. Como resultado, los pozos más profundos extraen agua subterránea más antigua con concentraciones más bajas de estos contaminantes. Al extraer agua subterránea joven más profundamente más rápidamente, potencialmente estamos trasladando estos contaminantes de la superficie a las profundidades aprovechadas por los municipios y las comunidades rurales, señalan los autores.

"El movimiento de agua joven hacia acuíferos profundos puede afectar la calidad del agua subterránea", dijo el coautor Villafañe-Pagán. "Es fundamental seguir estudiando los acuíferos subterráneos y los efectos humanos sobre los recursos hídricos".

La investigación del sudeste asiático sugiere que incluso los solutos benignos pueden representar un peligro para la salud. Pueden iniciar reacciones químicas, movilizando contaminantes que de otro modo estarían encerrados en compuestos que no se disuelven en agua. Por ejemplo, en las condiciones adecuadas, el carbono orgánico disuelto puede hacer que los minerales que contienen arsénico liberen su arsénico en las aguas subterráneas, lo que podría aumentar las concentraciones de esta toxina en el agua extraída de los pozos cercanos.

Desafortunadamente, los recursos de agua subterránea también están amenazados desde abajo. En muchos lugares con bombeo intenso, la salinidad en profundidad es un problema creciente, al igual que la dispersión hacia abajo de los contaminantes superficiales. En 2018, Jasechko y sus colegas publicaron un estudio en Environmental Research Letters detallando cómo el bombeo estaba bajando los niveles de las aguas subterráneas a profundidades donde comienzan a volverse saladas. "La ventana de buena agua subterránea puede estar disminuyendo tanto desde arriba como potencialmente desde abajo", dijo.

Los autores creen que sus resultados también reflejan tendencias en otras regiones. "Nuestro análisis de docenas de sistemas acuíferos en los EE. UU. captura una amplia gama de variabilidad en las condiciones naturales y las actividades humanas", dijo Jasechko. Aún así, tiene la intención de extender parte de esta investigación a nivel mundial. Él planea examinar los perfiles de tritio en otros sistemas acuíferos importantes en todo el mundo, especialmente aquellos donde las tasas de extracción de agua subterránea son altas. + Explora más

Competencia por la reducción de las aguas subterráneas