Toda a água na superfície e subsuperfície da Terra tem origem na precipitação. De uma perspectiva global, em média cerca de um terço da precipitação corresponde a escoamento superficial e é descarregada nos oceanos por sistemas de drenagem exoréica (Ponce, 2006). Os dois terços restantes são utilizados pelos ecossistemas naturais, retornando à atmosfera via vaporização, que consiste em: (1) a evaporação de corpos de água superficiais, incluindo sistemas de drenagem endorreico ou parcialmente endorreico, como lagoas, lagos e zonas úmidas; e (2) a evapotranspiração de ecossistemas terrestres, tanto naturais quanto artificiais.

A fração de precipitação que infiltra no solo ou na rocha fraturada pode seguir um de dois caminhos:

1. Mover para baixo, em direção predominantemente vertical, para se juntar às águas subterrâneas e, eventualmente, passar a fazer parte do fluxo de base dos rios vizinhos, retornando ao oceano em forma de escoamento superficial; ou

2. Mover para cima, retornando à atmosfera através da vaporização, cortando parte do ciclo hidrológico (do oceano ao oceano).

Na natureza, as águas superficiais e subterrâneas estão em constante e permanente movimento, interagindo em diferentes escalas de tempo e espaço. As águas superficiais podem tornar-se águas subterrâneas e vice-versa. O fluxo de águas superficiais é tipicamente rápido, enquanto o fluxo de águas subterrâneas é lento (Ponce, 2007). Dependendo do clima, córregos e rios podem ser efêmeros, intermitentes ou perenes. Portanto, as quantidades de água superficial variam bastante, de zero para riachos secos em regiões semiáridas e áridas (Fig. 2 a), até substanciais em rios de regiões úmidas (Fig. 2 b). Uma diferença significativa entre as águas superficiais e subterrâneas é que, embora a água superficial (escoamento superficial) possa ou não existir em um determinado local ou ambiente, a água subterrânea está sempre presente em uma determinada profundidade finita.

Fig. 2  (a) Um rio efêmero:  Rio La Leche, Lambayeque, Peru; (b) um rio perene:  Rio Feather, Condado de Plumas, California.

A profundidade do nível freático é função da geologia local, geomorfologia e clima predominante. Em climas úmidos, o lençol freático fica próximo à superfície, geralmente a poucos metros. Já em climas áridos, a profundidade do nível freático é geralmente muito maior. Normalmente, quanto mais seco o clima, maior a profundidade do nível freático.

3.  ECO-HIDROLOGIA

Os ecossistemas precisam de uma determinada quantidade de água para sua sobrevivência, preservação e conservação. Suas necessidades hídricas tendem a variar muito. Enquanto alguns ecossistemas prosperam com pouca água, outros exigem grandes quantidades. A natureza possibilitou que os ecossistemas se adaptassem a qualquer quantidade de água disponível na vizinhança e que sustentassem sua subsistência nessa base. As secas recorrentes conduzem tipicamente ao stress hídrico e, eventualmente, ao desaparecimento parcial das comunidades e ecossistemas vegetais.

Na natureza, a água, isto é, umidade ou umidade, existe nos seguintes cinco reservatórios ou fontes:

• Como precipitação direta;

• Como escoamento superficial, como por exemplo, pântanos, lagoas, lagos, córregos e rios;

• Como água subsuperficial, na zona insaturada ou vadosa (Fig. 3);

• Como água subterrânea, abaixo do lençol freático, na zona de saturação; e

• Como água atmosférica, isto é, a humidade do ar, parcial ou totalmente saturada.

U.S. Geological Survey Fig. 3  Zona vadosa, lençol freático e água subterrânea.

Um ecossistema engloba a flora e fauna características de uma determinada região geográfica e climática. A questão chave é: De onde esse determinado ecossistema obtém sua água? A resposta óbvia é: onde está mais facilmente disponível, considerando as fontes listadas acima. Dependendo de uma variedade de fatores, um ecossistema típico obtém sua água de uma combinação dessas fontes. Em sistemas úmidos, eles obtêm água, principalmente, da precipitação e corpos d'água superficiais; em sistemas áridos, a partir de águas subsuperficiais e subterrâneas; nas regiões superáridas, das águas subterrâneas e, excepcionalmente, do ar.

A Figura 4 mostra as raízes profundas de um examlar de mesquite (Prosopis spp.), o qual pode extender suas raízes até 50 pés em busca de água subterrânea (Meinzer, 1927). Outro exemplo é o da agricultura irrigada, um ecossistema artificial (antropogênico) que normalmente obtém sua água tanto de escoamento superficial (reservatórios) quanto do meio subterrâneo (por meio de bombeamento de poços profundos).

U.S. Geological Survey Water Supply Paper 577 Fig. 4  As raízes profundas do mesquite, às margens do Rio de Santa Cruz perto de Tucson,no Arizona.

A precipitação é o real condutor dos ecossistemas naturais. A precipitação média anual no planeta foi estimada em P = 800 mm (L'vovich, 1979; Ponce et al., 2000). Em regiões secas (P < 800), o clima pode ser classificado, com umidade decrescente, como semiárido, árido, hiperárido e superárido (Fig. 5 a). Em regiões úmidas (P ≥ 800), o clima pode ser classificado, com o aumento da umidade, como subúmido, úmido, hiperúmido e superúmido (Fig. 5 b). Dentro dessas faixas, os ecossistemas são convenientemente adaptados para usar qualquer água disponível para assegurar sua continuidade e sobrevivência.

Fig. 5  (a) Um ecossistema árido:  Sertão do Rio Grande do Norte, Brasil; (b) Um ecossistema úmido:  Floresta Montane próximo a Loja, Equador.

Onde a precipitação é deficiente, os ecossistemas vão em busca de qualquer um dos outros compartimentos/fontes. A dependência primária de apenas uma fonte torna esse ecossistema altamente dependente da permanência/disponibilidade dessa fonte, seja ela: (a) água superfícial, (b) água subsuperfícial, (c) água subterrânea, ou (d) ar. Um ecossistema que normalmente utiliza apenas uma fonte de água achará difícil ou até mesmo impossível sobreviver se a disponibilidade de água nessa fonte for, de alguma forma, reduzida ou eliminada.

4.  ECO-HIDROCLIMATOLOGIA

A maioria das plantas extrai livremente água da zona vadosa, cuja extensão depende da textura do solo ou do tipo de rocha. A quantidade de umidade na zona vadosa é menor em regiões áridas e maior em regiões úmidas. Algumas plantas conseguem retirar água diretamente da água subterrânea, ou então, da franja capilar que fica logo acima dela.

O tipo e a distribuição das plantas na superfície da terrestre são determinados por:

1. Posição ao longo do espectro de precipitação climática, de árida a úmida (Ponce et. al., 2000);

2. Profundidade até o lençol freático, que determina se as plantas podem se beneficiar da umidade da franja capilar ou das águas subterrâneas abaixo dela (Meinzer, 1927); e

3. A presença ou ausência de nascentes, que depende significativamente da geologia e geomorfologia locais (Ponce et. al., 2017).

A Figura 6 mostra um corredor de carvalho em uma região costeira (Quercus agrifolia) em Tierra del Sol, Condado de San Diego, Califórnia. O riacho é efêmero, com a água superficial fluindo apenas em resposta à chuva. No entanto, há umidade suficiente no solo durante todo o ano (neste deserto semiárido) para manter o corredor de carvalhos saudável.

Fig. 6   Corredor de carvalhos em região costeira, Tierra del Sol, Califórnia.

Dependendo da geologia e geomorfologia locais, as nascentes podem fluir para zonas úmidas, beneficiando quantidades significativas de vegetação. Por exemplo, a Fig. 7 mostra um espécime grande de carvalho localizado no rancho McCain, no vale de McCain, Boulevard, Condado de San Diego, Califórnia. O espécime, medindo 8 pés de diâmetro na altura do peito (24,7 pés de circunferência), possui idade estimada de pelo menos 300 anos de idade. A ausência deste tipo de vegetação no restante do vale árido de McCain (15 polegadas de precipitação anual média) indica fortemente que esta comunidade de carvalhos costeiros está sendo sustentada por águas subterrâneas originárias de nascentes locais (Ponce, 2013; Ponce et. al., 2017).).

Fig. 7  Um espécime consideravelmente grande de carvalho costeiro, Boulevard, Califórnia.

---

5.  EFEITO DO BOMBEAMENTO DE ÁGUA SUBTERRÂNEA

O bombeamento de água subterrânea normalmente produz um cone de depressão em torno da localização do poço (Theis, 1940; Ponce, 2006). O tamanho desse cone de depressão dependerá da quantidade de água captada, maiores quantidades correspondem a cones mais profundos. O nível freático sofre deple~ao como resultado do bombeamento. Um conflito surge, uma vez que a água bombeada estava sendo utilizada pelo ecossistema local. O contínuo rebaixamento do lençol freático, em extensão espacial e temporal, impõe privação ao ecossistema sobrejacente. Em casos extremos, a vegetação pode secar e morrer como conseqüência direta do bombeamento.

Dessa forma, a viabilidade do bombeamento de água subterrânea é vista como mais associada à eco-hidrologia do que à hidrogeologia. São necessários estudos para determinar em que medida a captação de água subterrânea, a uma vazão e tempo de bombeamento propostos, reduzirá o nível freático e o efeito que esse rebaixamento terá na vegetação local. A captação de águas subterrâneas de forma descontrolada ou sem a devida regulamentação causará estresse hídrico nos ecossistemas locais, podendo levar ao seu desaparecimento. O efeito resultante pode envolver a desertificação da paisagem, a qual é considerada por qualquer padrão como um impacto negativo significativo.

Um caso que pode ser usado como exemplo é o do carvalho costeiro morto (Quercus agrifolia) em Tierra del Sol, Condado de San Diego, Califórnia, o qual é mostrado na Fig. 8. Esta árvore, cuja idade é estimada em pelo menos 100 anos, morreu no ano de 2014, presumivelmente devido ao estresse hídrico e suas conseqüências (Ponce, 2014).

Fig. 8  . Um espécime morto de carvalho costeiro: Rancho Morning Star, Tierra del Sol, Condado de San Diego, Califórnia (novembro de 2014).

---

6.  RESUMO

A necessidade social de bombear a água subterrânea é contrastada com a necessidade de ecossistemas vegetais de aproveitar a água e a umidade de diferentes fontes no meio ambiente. Estas são: (a) precipitação, (b) águas superficiais; (c) a água subsuperficial da zona não saturada, (d) a água subterrânea, e (e) o ar. Em geral, as plantas escolhem uma combinação dessas fontes para suprir suas necessidades fisiológicas, dependendo do clima, geologia e geomorfologia locais. Enquanto algumas plantas usam várias fontes, outras dependem principalmente de apenas uma fonte. Plantas altamente dependentes de uma fonte provavelmente se encontrarão em estresse hídrico se a mesma for substancialmente reduzida ou eliminada. O bombeamento descontrolado ou não regulado de águas subterrâneas tem o potencial de afetar negativamente o sustento e a sobrevivência de ecossistemas vegetais que dependem principalmente de águas subterrâneas. A desertificação resultante é consideradaaltamente provável.

---

REFERÊNCIAS

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, e 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, e 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.

---