1.  EL ORIGEN DE LAS SALES DEL OCÉANO

A nivel global, la cantidad total de agua se ha estimado en 1,500 millones de km³.¹ De este total, aproximadamente el 97%, ó 1,455 millones, corresponde a los océanos. Los océanos contienen sales disueltas en concentraciones medias de 35 kg/m³. Por lo tanto, la cantidad total de sal en los océanos es de aproximadamente 50 × 10¹⁵ toneladas métricas, lo cual representa una cantidad enorme.² No se conoce a ciencia cierta cuál es el origen de toda esta sal; sin embargo, la mayor parte de ella debe haberse originado en las rocas terrestres (es decir, en la litósfera), intemperizada en el tiempo geológico, y transportada a los océanos por el flujo incesante de los ríos.³

De todos los iones de sal disueltos en los océanos, el sodio (Na⁺) y el cloro (Cl^-) son la mayoría, constituyendo entre ellos alrededor de cinco sextas (5/6) partes, por peso. En forma elemental, tanto el metal de sodio (Na) como el gas de cloro (Cl) son altamente reactivos; sin embargo, cuando se combinan en el cloruro de sodio (Na Cl), este último resulta siendo altamente estable.

El principal uso industrial del cloruro de sodio es para posibilitar el transporte y comercialización de sus dos componentes. Grandes cantidades de cloruro de sodio son extraídas de las aguas del océano y regiones endorreicas para su uso como materia prima en la producción de cloro (Cl₂) y soda cáustica (NaOH). Por ejemplo, la Fig. 1 muestra la salina de Guerrero Negro, en Baja California Sur, México, considerada como la más grande del mundo.

Visualab Fig. 1 (a)  Lagunas costeras de evaporación en Guerrero Negro.

elfederalista.mx Fig. 1 (b)  Producción de cloruro de sodio a granel en la planta de sal de Guerrero Negro.

5.  EL DISEÑO DE LA NATURALEZA

El ciclo hidrológico es el motor primordial de la Naturaleza. El ciclo tiene tres componentes: (1) precipitación, (2) evaporación y (3) escurrimiento. Una vez llegada a la superficie del suelo, la precipitación se separa en escurrimiento y evaporación. A través del escurrimiento, el agua regresa directamente al océano, donde se originó; a través de la evaporación, el agua regresa a la atmósfera, acortando así el ciclo hidrológico.

En promedio global anual, alrededor de una tercera parte (1/3) de la precipitación es convertida en escurrimiento, mientras que la fracción restante (2/3) es convertida en vapor de agua y regresada directamente a la atmósfera. Sobre una base anual, la relación de [volumen de] escurrimiento a [volumen de] precipitación se conoce como el coeficiente de escurrimiento, rendimiento anual, o módulo anual de la cuenca K. Este coeficiente varía desde valores bajos, K = 0.02, hasta valores altos, K = 0.93, esto último en casos muy inusuales.⁷

El coeficiente de escurrimiento anual K no debe ser confundido con el coeficiente de escurrimiento [de evento] C utilizado en la hidrología urbana. Mientras que K es una función del clima, C es una función del grado de impermeabilidad de la cuenca en cuestión. La Figura 5 muestra un modelo conceptual de los coeficientes de escurrimiento, en el cual K es una función de la relación entre la precipitación media anual y la precipitación anual global terrestre P_ma/P_agt. El valor de esta última se estima en P_agt = 800 mm.⁸

Fig. 5  Modelo conceptual de coeficientes de escurrimiento.

La Naturaleza ha diseñado el ciclo hidrológico de manera que la evaporación y el escurrimiento se compartan la precipitación. En un extremo, para K = 0, la escorrentía es nula y la evaporación es máxima; por lo tanto, no existen medios naturales para remover las sales. De esta manera las sales se acumulan sin límite, limitando la diversidad de los ecosistemas. Este es el caso de las cuencas endorreicas, normalmente situadas en el interior de los continentes. El resultado final es un desierto de sal, donde la vida es limitada, no sólo debido a la falta de agua, sino también a la acumulación continua de sal. [Un ejemplo extremo de endorreísmo antropogénico es el del Lago Salton, en California, donde en los últimos 80 años se ha formado un lago salado como resultado de la acumulación de drenaje agrícola en el Sumidero Salton, una depresión natural que yace debajo del nivel del mar. Las sales continúan acumulándose en el Lago Salton, sin que pueda vislumbrarse un fin aparente].⁹

En el otro extremo, en el caso de K = 1, la evaporación es nula y el escurrimiento es máximo. Bajo este esquema, el sistema es claramente incapaz de propiciar y sostener cualquier tipo de vegetación. La vegetación requiere de un suministro constante de humedad a fin de que las plantas vasculares puedan mantener su turgencia y evitar así el marchitamiento. El resultado es también un desierto, ya que no hay posibilidad de que se establezca la vegetación.

Los casos mencionados son extremos, presentados aquí sólo para propósito de discusión. En la práctica, la Naturaleza divide la precipitación en dos fracciones distintas: una para la evaporación, y otra para el escurrimiento. Las cantidades actuales dependen no sólo del clima, sino también de la geología local y regional, la geomorfología, y de la posición relativa de la cuenca respecto a la masa continental.

Cuando el escurrimiento es mayor que el promedio, la vegetación tiende a cubrir toda la superficie del terreno; por lo tanto, la evaporación procede por dos trayectorias: (1) a través de la vegetación (evapotranspiración), y (2) directamente de los cuerpos de agua. En este caso, un rango típico de K es de aproximadamente 0.4 ≤ K ≤ 0.6. Un ejemplo de este caso es la cuenca de la selva amazónica (Fig. 6), para la cual K = 0.52, medido en el angostamiento de Obidos, en Pará, Brasil (Fig. 7).

Wikimedia Commons Fig. 6  La selva amazónica.

gigapan.com Fig. 7  El río Amazonas en el angostamiento de Obidós.

Por el contrario, cuando el escurrimiento es menor que el promedio, la vegetación no cubre toda la superficie del terreno. En este caso, la evaporación procede a lo largo de tres trayectorias: (1) a través de la vegetación (evapotranspiración), (2) directamente de los cuerpos de agua, y (3) del suelo propiamente dicho (Fig. 8). El rango típico de K está en el rango 0.1 ≤ K ≤ 0.2. Por ejemplo, en las inmediaciones de Ramona, en el centro del Condado de San Diego, California del Sur, K = 0.15, confirmándose que este valor depende en alto grado de las condiciones climáticas locales y regionales.

Fig. 8  Embalse Turner, en el Condado de San Diego, California.

De acuerdo con el plan original de la Naturaleza, los valores centrales de K son más propicios para la salud del ecosistema y, por consiguiente, la diversidad ecológica. En un extremo, para K ≅ 0, el sistema se caracteriza por la ausencia de escurrimiento y exceso de sales. En el otro extremo, para K ≅ 1, el sistema muestra un exceso de escurrimiento y la ausencia de vegetación. En teoría, la distribución ideal debería corresponder a K = 0.3, es decir, más o menos alrededor de un tercio para el escurrimiento, y los restantes dos tercios para la evaporación. En la práctica, esta condición corresponde aproximadamente al centro del espectro climático, el cual separa el clima semiárido (en el lado seco) del subhúmedo (en el lado húmedo).⁸

El comentario anterior sugiere que los coeficientes de escorrentía muy pequeños (K ≅ 0) son usualmente la excepción en los paisajes naturales con drenajes exorreicos. Una cuenca con un coeficiente de escurrimiento muy pequeño puede llevar a acumulaciones de sales, ya que el escaso escurrimiento es insuficiente para exportar todas las sales. Un ejemplo aclaratorio: Las cuencas con asentamientos humanos importantes generalmente cuentan con coeficientes de escurrimiento en el rango 0.2 ≤ K ≤ 0.4. Esto corresponde aproximadamente con climas semiáridos a subhúmedos, en los cuales la precipitación media anual varía entre 400 mm (16 pulgadas) y 1,600 mm (64 pulgadas).

8.  LA CUENCA DEL LAGO TULARE

Un ejemplo histórico aunque algo extremo del secuestro antropogénico de escurrimiento y sales es el de la cuenca del Lago Tulare, ubicada en el sur del Valle Central de California, EE.UU. Antes de 1850, es decir, previo al asentamiento y desarrollo del estado de California como tal, el Lago Tulare era el más grande lago de agua dulce al oeste del río Mississippi, y el segundo más grande de los EE.UU., basado en superficie. A la elevación de 216 pies (66 m), su nivel más alto de desbordamiento, registrado en 1862 y 1868, el Lago Tulare abarcaba 790 millas cuadradas (2,040 km²) (Fig. 13).¹⁷

Huntington Library Fig. 13  Cuenca del Lago Tulare, Valle Central, California (1874).

A través de la mayor parte del Siglo XIX, la cuenca del Lago Tulare funcionó como una cuenca semiendorreica, acumulando el escurrimiento local y regional de: (1) el Brazo Sur del río Kings, (2) el río Kaweah (Fig. 14), (3) el río Tule, y (4) el río Kern. Durante períodos de inundación infrecuente, a altitudes superiores a 207 pies (63 m), el Lago Tulare desbordaba en dirección norte, a través de Fresno Slough (Humedal elongado Fresno), conectando con el río San Joaquín y eliminando así parte de sus sales.

Fig. 14  El río Kaweah, tributario del Lago Tulare, California, EE.UU.

Durante el período de 1850-1878 (29 años), el Lago Tulare se desbordó 19 veces. El volumen total descargado durante ese período ha sido estimado en 1,055,000 acre-pies.¹⁷ Después de 1878, debido a las desviaciones de los flujos tributarios para riego y usos municipales, no hubieron más desbordamientos. En 1899, el lago quedó casi completamente seco, con la excepción de algunos humedales residuales e inundaciones ocasionales.

El desarrollo de la irrigación en la cuenca del Lago Tulare ha causado que en los últimos 137 años todo el escurrimiento se haya retenido dentro de la cuenca y, con él, todas las sales. Además de las sales ya presentes en cantidades normales en el escurrimiento natural, el riego de tierras áridas crea nuevos residuos salinos (de calcio y de sodio) mediante la desagregación de los suelos geológicamente jóvenes para extraer las sales útiles (el magnesio y el potasio).¹⁸ Por lo tanto, el desarrollo del riego representa un efecto negativo doble: Menos escurrimiento disponible para transportar las sales regionales, y más sal producida localmente.

En la cuenca del Lago Tulare, las sales se han almacenado, y continúan siendo almacenadas, en sendas lagunas de evaporación (Fig. 15). En los últimos años, con el fin de manejar las crecientes cantidades de sal, se han implementado varios hábitats artificiales para su uso por aves acuáticas (Fig. 16). El efecto de esta operación masiva de colección y acumulación de sal en el medio ambiente circundante, tanto por encima como por debajo del terreno, aún no ha sido dilucidado.

Fig. 15  Laguna de evaporación Sur, cuenca del Lago Tulare, California, EE.UU.

Fig. 16  Hábitat para uso de aves acuáticas, cuenca del Lago Tulare, California, EE.UU.

Pillsbury (1981) ha presentado un panorama bastante sombrío de las consecuencias eventuales de la acumulación de sales en lagunas de evaporación.³ Pillsbury afirma:

"...Todos los depósitos de agua subterránea tienen una salida en algún lugar cerca de su extremo inferior. El agua salina en la cuenca de evaporación servirá para aumentar la carga hidráulica en las aguas salinas subyacentes, y por lo tanto, aumentar la descarga en la salida, causando estragos en las aguas superficiales y tierras ubicadas aguas abajo. Si la laguna de evaporación está encima de un terreno impermeable al agua dulce, este suelo se volverá gradualmente más permeable con las aguas salinas... "

Las ventajas y desventajas de los proyectos de irrigación, particularmente en zonas áridas, están ahora claramente definidas. Si bien estos desarrollos resultan en una mayor cantidad de alimentos y otros productos agrícolas, este aumento es a costa de la generación de sales adicionales, lo cual demanda una eliminación adecuada. En ausencia de un plan de manejo apropiado, la acumulación de sales hará que el sistema se vuelva insostenible a mediano o largo plazo. Tal como lo describe Pillsbury, será cuestión de tiempo antes de que el sistema comience a mostrar sus fallas.

El caso del Lago Tulare puede ser un ejemplo extremo de la retención antropogénica de sales, pero de ninguna manera es un caso aislado. Todos los desarrollos de irrigación aumentan, ya sea: (a) la salinidad de las aguas superficiales ubicadas aguas abajo, o (b) la salinidad de las aguas subterráneas locales.³ Por lo tanto, las ventajas y desventajas de los proyectos de irrigación deben examinarse cuidadosamente antes del desarrollo. En muchos casos, cuando se tomen en cuenta todos los factores, la viabilidad de la irrigación puede resultar siendo elusiva.¹²

9.  CONCLUSIONES

Este estudio conduce a las siguientes conclusiones:

• Las rocas litosféricas son la fuente y origen de la mayoría de las sales del agua de mar. Las sales han sido transportadas a los océanos en el tiempo geológico por el flujo incesante de los ríos.

• La biósfera terrestre retiene la mayor parte del potasio y cantidades apreciables de magnesio. El calcio y el sodio parecen ser poco necesitados por la biósfera terrestre.

• Por cada tonelada de roca intemperizada y erosionada, unos 55 kg de cationes de sal son liberados a la hidrósfera.

• El océano es un sumidero de calcio, el cual es empleado por una variedad de organismos marinos para la construcción de conchas y esqueletos.

• El único catión elemental de sal que permanece en gran parte sin usarse, inclusive en los océanos, es el sodio. No existe un proceso biológico conocido que elimine el sodio disuelto en los océanos.

• Los ríos son los agentes mediante los cuales la Naturaleza dispone de sus residuos de sal. Efectivamente, los ríos son los exportadores naturales de sal a los océanos.³

• Al reducir el caudal de un río a través de la irrigación, el efecto neto es la conversión gradual de un drenaje exorreico en uno endorreico, afectando negativamente el balance natural de sales.

• Los valores centrales del coeficiente de escurrimiento son más propicios para fomentar la salud de los ecosistemas y la diversidad ecológica. El valor ideal corresponde a K = 0.3, es decir, alrededor de un tercio de la precipitación convertida en escurrimiento, y los dos tercios restantes en evaporación y evapotranspiración.

• Cuando es desarrollada sin ningún límite, la irrigación conduce a la eventual desaparición de todo el escurrimiento. En este caso el coeficiente de escurrimiento anual se reduce a cero, llevando a la formación de un desierto infestado de sales.

• Todo desarrollo de irrigación aumenta, ya sea: (a) la salinidad de las aguas superficiales ubicadas aguas abajo, o (b) la salinidad de las aguas subterráneas locales.³ Por lo tanto, las ventajas y desventajas de los proyectos de irrigación deben ser examinadas cuidadosamente antes del desarrollo.

En resumen, iones de sodio y calcio son producidos por la desintegración de la litósfera en cantidades muy por encima de las que podrían ser asimiladas por la biósfera terrestre. En drenajes exorreicos, los residuos resultantes ha sido (y están siendo) transportados al océano por los ríos. En drenajes endorreicos, los residuos salinos se han acumulado en el interior de los continentes, formando cuencas cerradas infestadas de sal. En general, el exorreismo es preferible al endorreísmo porque lleva a ecosistemas más saludables, con una mayor diversidad biológica.

El desarrollo de irrigación convierte la escorrentía en evaporación, reduciendo así la cantidad de agua disponible para el lavado de las sales. Adicionalmente, en particular en regiones áridas y semiáridas, que es donde más se necesita, la irrigación moviliza nuevas sales a través de la biodegradación adicional de suelos geológicamente jóvenes.¹⁸ En el límite, cuando todo el escurrimiento es secuestrado y convertido en evaporación, no queda ningún escurrimiento disponible para llevar las sales al océano. En cuanto el sistema se conduce gradualmente hacia este límite, se vuelve insostenible, no por falta de agua para apoyar la vegetación, sino por falta de agua para eliminar las sales.

Prestando atención a los principios de la hidrología, aquí postulamos que la Naturaleza tenía sin duda un plan diferente: En promedio, dos tercios del agua disponible para el ecosistema, y el tercio restante para el lavado de todas las sales, incluyendo sales regionales y locales.³ La estrategia equivocada de retener todo o la mayor parte del escurrimiento, con el argumento de que constituye un recurso muy valioso, sólo puede conducir a la eventual conversión de cuencas continentales periféricas en cuencas artificialmente infestadas de sal. Cabe afirmar que éste no era el diseño original de la Naturaleza.

BIBLIOGRAFÍA

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⁷ L'vovich, M. I. 1979. World water resources and their future. Traducción del idioma ruso por Raymond L. Nace, American Geophysical Union.

⁸ Ponce, V. M., R. P. Pandey, and S. Ercan. 2000. Characterization of drought across climatic spectrum. Journal of Hydrologic Engineering, ASCE, Vol. 5, No. 2, Abril, 222-224.

⁹ Ponce, V. M. 2005. The Salton Sea: An assessment. Artículo en línea.

¹⁰ Encyclopædia Britannica. Hohokam culture. Consultado el 19 de febrero del 2015.

¹¹ Arizona Museum of Natural History. The Hohokam. Consultado el 19 de febrero del 2015.

¹² American Society of Civil Engineers. 1990. Irrigated agriculture: Is it sustainable? Chapter 28 in Agricultural salinity assessement and management. Manuals and Reports on Engineering Practice No. 71, Nueva York.

¹³ Ponce, V. M. 2009. Sustainable runoff for basin salt balance. Artículo en línea.

¹⁴ Ponce, V. M. 1995. Hydrologic and environmental impact of the Parana-Paraguay Waterway on the Pantanal of Mato Grosso, Brazil: A reference study. San Diego State University, San Diego, California.

¹⁵ Martins, E. R. C. 2012. Tipologias de lagoas salinas no Pantanal de Nhecolândia (MS). Disertación doctoral, Universidade de São Paulo, São Paulo, Brasil.

¹⁶ Santa Ana Watershed Project Authority. 2012. Inland Empire Brine Line. Consultado el 15 de febrero del 2015.

¹⁷ ECORP Consulting, Inc. 2007. Tulare Lake basin hydrology and hydrography: A summary of the movement of water and aquatic species. U.S. Environmental Protection Agency.

¹⁸ Rhoades, J. D., D. B. Krueger, y M. J. Reed, 1968. The effect of soil-mineral weathering on the sodium hazard of irrigation waters. Soil Science Society of America Proceedings, Vol. 32, 643-647.