Ag A gua 4 2 0 0 0
1 0 a 0 2 u e r g t A s e m i r t o
24 2
8 6 6 5 5 3 1 1 4 8 7 7 9
P.V.P. 10 1000 00 PTA. 6, 6,01 01 EURO EU RO
2 Mapas oceánicos
Océano Atlántico Océano Pacífico Océano Indico Los océanos polares 10 Los orígenes del agua terrestre James F. F. Kasting
o i r a m u S
16 Agua Robert P. P. Ambroggi Ambroggi
28 La salinidad de los ríos Arthur F. F. Pillsbury
42 Los dedos de sal del océano Raymond W. W. Schmitt, Jr. Jr.
48 Gigantescas cataratas oceánicas John A. Whitehead Whitehead
57 La historia del Atlántico John G. Sclater y Christopher Tapscott Tapscott
72 El Niño y la Oscilación del Sur Francisco Chávez
82 Tsunamis Frank I. González
92 El agua y las moléculas de la vida Mark Gerstein y Michael Levitt
Océano Atlántico
E
l océano Atlántico debe su nombre a Atlas quien, según el mito homérico, sostuvo el cielo con grandes pilares que emergían de algún lugar del mar más allá del horizonte occidental. Aunque no sea la frontera entre el cielo y la tierra, el Atlántico separa Europa y Africa, situadas en su margen este, de las dos Américas al oeste. La dorsal mesoatlántica que se extiende en medio de esta cuenca señala la localización del borde de expansión tectónica, donde las frecuentes erupciones volcánicas crean continuamente litosfera oceánica. Esta concentración de vulcanismo activo se puede observar directamente en Islandia, donde la dorsal mesoatlántica emerge completamente fuera del mar. El movimiento tectónico de alejamiento de la dorsal mesoatlántica genera a veces desplazamientos, que se distribuyen por el fondo del océano en forma de fracturas de orientación este-oeste. Al igual que sucede en otras cuencas oceánicas, el movimiento de las placas tectónicas sobre focos de intenso calor situados a gran profundidad, los llamados puntos calientes, deja huellas de antigua actividad volcánica. Algunos de estos remanentes volcánicos, como la cadena de los Montes submarinos de Nueva Inglaterra, se presentan en esta vista general como pequeños puntos ( derecha ). Otros, como la dorsal de Walvis y las montañas de Río Grande, forman cadenas prominentes. Toda esta actividad volcánica del fondo oceánico apenas se nota en la temperatura de la totalidad de sus aguas. Son ellas las que caldean Europa occidental con el calor que transporta al norte la Corriente del Golfo desde los cálidos trópicos. Otras corrientes que circulan cerca de la superficie del Atlántico Norte forman un gran círculo en el sentido de las agujas del reloj, moviéndose en sentido opuesto a las corrientes del Atlántico Sur. (Las flechas de la derecha señalan las corrientes superficiales más importantes.)
Superficie: 82.440.000 kilómetros cuadrados Profundidad media: 3330 metros Profundidad máxima: 8380 metros
REMOLINOS DE AGUA CALIENTE Y FRIA de la Corriente del Golfo giran en el Atlántico Norte en esta imagen de falso color, obtenida desde un satélite por el Coastal Zone Color Scanner. La Corriente del Golfo resulta de la división de otra gigantesca corriente oceánica y traslada el calor superficial desde los trópicos hacia el norte, retornando en forma de agua fría a gran profundidad.
2
TEMAS 24
M o añ a d e n t a
N u e s s u b v a a I n ng l m a r i i n n a at e a e r r s r a a
s
a i
t n
á
l t a
r
a n
a
i c
a
C e
d
o s
e t
e
m l
n e i r r
a s r
o
C
o
D
a l r i a a t o u e c
o r e n t e
e n i i e C o r r
c h e m a n o R l a d e e c h B r e
Cor r r iente
sur ecuat or i i a
l a l
e
u g n
e
B e d
a
c i t n
e t n e i r r
á l t a o
o
s
e m
C
l
a s r o
D
s i
l v a W
Montañas de Río Grande
l i
s a
r
B
e
d
l a s r
o D
l e
d e t
n
e
i
r r
o
C
AGUA
3
Océano Pacífico
F
ue llamado así por el explorador portugués Fernando Magallanes, quien lo supuso libre de violentas tormentas, pero el Pacífico no es en realidad tan pacífico. Sus trópicos se pueden ver afectados por tifones y sus costas pueden sufrir la fuerza de los tsunamis, enormes olas provocadas por terremotos. El Pacífico es especialmente propenso a sufrirlos debido al continuo empuje que las placas tectónicas de su fondo ejercen bajo los continentes y los mares adyacentes en las zonas de subducción. Estos choques están señalados por las fosas oceánicas, como la de las Marianas (derecha ), en la que se encuentra el lugar más profundo de la Tierra. Embistiéndose unas a otras por todo el perímetro de la cuenca oceánica, cuando el terreno cede en algún punto se provocan violentos temblores. Los márgenes del Pacífico están llenos de volcanes debido a que los sedimentos que cubren las placas oceánicas se funden cuando éstas descienden hacia el interior de la Tierra, creando magma ascendente. Este magma contiene algo de agua, que se transforma en vapor cuando alcanza la superficie. Esta es la razón de que la actividad de los volcanes de los márgenes del Pacífico sea muy a menudo violentamente explosiva. En el Pacífico existen otros volcanes más tranquilos. Las erupciones de los volcanes hawaianos son comparativament e más suaves porque su magma casi no contiene agua. El magma más seco emerge sobre un punto caliente que se encuentra a grandes profundidades profundidades en el manto terrestre. El punto caliente hawaiano deja un rastro de islas volcánicas y de montañas submarinas en la placa Pacífica a medida que ésta se desplaza lentamente hacia el noroeste. El ángulo tan pronunciado que se observa en la cadena formada por las dorsales del Emperador y de Hawai (derecha ) refleja un cambio en la trayectoria de la placa ocurrido hace 43 millones de años. Para permitir la observación simultánea de todo el hemisferio Pacífico se ha utilizado una proyección cartográfica cartográfica poco corriente.
Fosa de las Marianas
Superficie: 165.250.000 kilómetros cuadrados Profundidad media: 4280 metros Profundidad máxima: 11034 metros
MEDIA DE DICIEMBRE DE 1996 A FEBRERO DE 1997 ) S U I S L E C O D A R G ( R A M L E D E I C I F R E P U S A L E D A R U T A R E P M E T
30
28
26
24
22
20
18
4
MEDIA DE DICIEMBRE DE 1997 A FEBRERO DE 1998
EN EL PACIFICO TROPICAL las aguas cálidas son normalmente empujadas hacia el oeste por los vientos dominantes y, como consecuencia, el agua más fría asciende hasta la superficie por el este a lo largo del Ecuador (arriba). Pero algunas veces estas brisas dejan de soplar y las aguas más cálidas del Pacífico occidental se desplazan hacia el este, provocando un aumento de la temperatura del mar (abajo). Este cambio, observado por los pescadores de Sudamérica cuando llega diciembre, se conoce como El Niño y es capaz de alterar el clima de todo el mundo.
TEMAS 24
d e
e t e i e n o r r i v C o r o s u K
C o r r i e
n t e d e C
M d e o n t a l E ñ m p a s d e r a e l a s d
d y d o r s s e e H a l a w s a i
a l i f o r n i a
o r
Corriente
Punto caliente de Hawai
orial to norecua t
Punto caliente de las Galápagos
Corrien te
or ial to surecua t
a
g
ú r
n
e P
o
T
s
l e
a
d
l
e
e t n e i r r
d
a
s
o
o C
F
c
e d
a
m
r
e
K e d a
s
o F
D o
r
s a
l
d
e
L o
u i s v i l l e
Cor r r ient e c ir cum polar Antár tica
AGUA
5
Océano Indico
A
l contrario de lo que sucede en los océanos Atlántico y Pacífico, el Indico está totalmente cerrado por su lado norte, configuración que incrementa los drásticos cambios estacionales de vientos y de corrientes marinas. Estos monzones, una derivación del término árabe mansim, que significa “estación”, desplazan la humedad procedente del Indico Sur hacia el norte durante la mayor parte del verano indio, provocando intensas lluvias que azotan a todo el país. Estos vientos impulsan una serie característica de corrientes marinas durante el verano ( derecha). La cuenca del océano Indico está también implicada en cambios climáticos de mayor envergadura. Cuando el subcontinente indio chocó con Asia en su desplazamiento hacia el norte hace decenas de millones de años, empujó la meseta del Tíbet y la levantó unos 5000 metros. Esta barrera montañosa provocó un cambio de trayectoria de la circulación atmosférica y, en opinión de muchos investigadores, enfrió la superficie del planeta de manera importante. En la imagen del fondo oceánico se pueden observar otras huellas de este antiguo viaje de la India hacia el norte ( derecha ). Las cadenas de islas montañosas y las elevaciones submarinas indican dónde se produjeron erupciones de grandes cantidades de lava sobre puntos calientes, fuentes de calor que se hallan en lo más profundo del interior de la Tierra. El rastro de la actividad del punto caliente de la isla Reunión se in terrumpe debido a que la expansión oceánica causada por la dorsal del Indico Central ha separado lo que anteriormente era una estructura continua. La trayectoria paralela del rastro de la actividad del punto caliente de Kerguelen, conocida como la dorsal del meridiano noventa-Este, no se ha visto seccionada por una dorsal mayor y constituye la estructura lineal más larga de la Tierra.
Superficie: 73.440.000 kilómetros cuadrados Profundidad media: 3890 metros Profundidad máxima: 7450 metros
AGOSTO
FEBRERO
6
LOS CAMBIOS DE LOS VIENTOS monzónicos no sólo alteran el clima, sino que también regulan la productividad biológica del océano. Estas imágenes de falso color (izquierda), elaboradas a partir de las medidas tomadas desde satélite por el Coastal Zone Color Scanner, reflejan la densidad de fitoplancton en la superficie del mar (los colores cálidos representan densidades relativamente grandes de fitoplancton). Corrientes superficiales dirigidas por los vientos que soplan del suroeste desde mayo hasta septiembre se alejan de la costa de Arabia, provocando que aguas más profundas y ricas en nutrientes asciendan hasta la superficie. El fitoplancton puede así proliferar en alta mar (arriba) y proporcionar alimento a los animales situados por encima en la cadena alimentaria marina. Durante el monzón del Noreste, que sopla de noviembre a marzo, las corrientes superficiales circulan en sentido contrario, impidiendo el afloramiento de agua rica en nutrientes. En esta época el fitoplancton sólo puede desarrollarse bien cerca de las costas, donde los nutrientes constantemente aportados al mar por los ríos están en su apogeo (abajo).
TEMAS 24
e d e
t
n
a
l
e i r r o
r
t
n e
C
C o
Corrien te del
monzón
del
sudoeste
c i d n I
l e d l a s r o D
surecuator ial Corrien te
s a h l
Punto caliente de la Reunión
u g A e d
te n
e i r r o
o n ai r id te s e E m a- l t e n d e l v a o rs N o D
C
Punto caliente de Kerguelen
A GUA
C o r r i e n t e c i r c u m
p o
l a r A n
t á r t i c a
7
Los océanos polares
N
o hace más de un siglo que se empezó a considerar al Artico, permanentemente cubierto de hielo, como una profunda cuenca oceánica. Actualmente continúa siendo el océano más desconocido del planeta. Todavía se intenta determinar si el calentamiento ocurrido en la mayor parte del globo ha provocado una disminución del grosor de la capa de hielo ártica, lo cual resultaría preocupante, porque tan sólo unos pocos metros de hielo separan la gélida atmósfera ártica del agua subyacente, bastante más caliente. La desaparición del hielo permitiría que buena parte del calor acumulado en el océano pasara a la atmósfera, acelerando cualquier proceso de calentamiento que allí se diera.
Cuenca canadiense
a
i
d
n
a l
t e
n C o r r i e
G d e
n
e
r o
e
d
e t n i e r
r C o
Superficie: 14.090.000 kilómetros cuadrados Profundidad media: 988 metros Profundidad máxima: 5502 metros
1. UNA CAPA DE HIELO cubre el océano Artico. Los satélites meteorológicos de órbita polar captan la variación de la extensión de este mar de hielo. (Las medidas del satélite no alcanzan la zona en negro.)
ENERO 1991
8
ABRIL 1991
JULIO 1991
OCTUBRE 1991
TEMAS 24
L
a zona sur de los océanos Pacífico e Indico se considera como una única entidad. Este vasto “océano Austral” rodea el continente antártico con dos conjuntos de corrientes concéntricas que circulan en sentidos opuestos. Pegada a la Antártida y moviéndose de este a oeste está la llamada corriente de los Vientos del Este. Más al norte circula en sentido este la corriente circumpolar Antár e n tica, que por su fuerza y e i r r extensión dificultaba la o C navegación entre el Atlántico y el Pacífico cuando las embarcaciones debían superar el Cabo de Hornos, el extremo austral de América del Sur, antes de la construcción del Canal de Panamá. (Como el “océano Austral” no es más que la región sur de los océanos Atlántico, Pacífico e Indico, sus datos estadísticos están incluidos en las páginas precedentes.) t
Mar de Ross
Mar de Weddell
C o
r r i e n
t e d
e l o
s
V ien to s
2. EL MAR DE HIELO que rodea la Antártida durante el verano austral retrocede hasta una posición muy cercana a la costa, excepto en la región del Mar de Weddell. En invierno aumenta mucho la extensión de esta masa flotante, aunque aproximadamente un cinco por ciento del área que se considera cubierta cuenta con alguna abertura.
ENERO 1991
A GUA
ABRIL 1991
JULIO 1991
OCTUBRE 1991
9
Los orígenes del agua terrestre
James F. Kasting
1. UN COMETA CARGADO DE HIELO choca con la Tierra primitiva, que estaría acumulando su atmósfera secundaria (pues la primera se habría perdido al producirse el impacto catastrófico que formó la Luna). La Tierra, debido a su mayor gravedad, retendría la mayor parte del vapor de agua liberado por tales impactos, a diferencia de la recién formada Luna, que aparece detrás. Un Sol más frío ilumina a otros tres cometas que se están precipitando hacia la Tierra, donde cederán su agua a los incipientes mares del templado planeta.
L
a pregunta de por qué es nuestro planeta el único del sistema solar adecuado para la vida tiene una respuesta sencilla, a saber, la de que su superficie contiene agua líquida, el elixir mágico necesario para todos los seres vivos. Se hacen conjeturas sobre la posibilidad de que haya en algún lugar del universo formas de vida que no requieran agua, pero yo
10
no creo que tal cosa sea cierta. Las largas cadenas moleculares y las complejas estructuras permitidas por los enlaces del carbono hacen de él la base química ideal para la vida y el agua es el disolvente perfecto para que se desarrolle la química del carbono. Dada esta conexión especial entre agua y vida, la atención de muchos investigadores se ha centrado recien-
temente en una de las lunas de Júpiter, Europa. Se cree que este pequeño mundo pudiera poseer un océano de agua líquida bajo la capa de hielo que lo cubre en su totalidad. La NASA planea medir el grosor de hielo de Europa usando el radar, para terminar perforándolo si resultase lo suficientemente delgado. El ambiente de Europa difiere total-
TEMAS 24
Es muy probable que hayan existido océanos en determinados períodos históricos de los demás planetas. Pero sólo la Tierra ha sido capaz de conservarlos
mente de las condiciones de la Tierra, por lo que no hay ninguna razón que permita suponer que allí haya podido desarrollarse vida. Pero la mera existencia de agua en Europa ya es motivo suficiente para enviar una nave espacial en busca de organismos extraterrestres. Aunque los resultados fuesen negativos, podrían ayudar a responder a una pregunta que nos
AGUA
concierne más: ¿de dónde proviene el agua de la Tierra?
Agua del cielo
L
a formación de los modernos océa nos requirió de dos ingredientes evidentes, el agua y el contenedor donde ubicarla. Las cuencas oceáni-
cas deben sus orígenes y su configuración actual a las placas tectónicas. La convección de origen térmico agita el manto de la Tierra, la región que se halla entre la corteza y el núcleo, y se traduce en la separación de dos tipos de materiales cerca de la superficie. El más ligero, la roca gra nítica menos densa, forma los continentes, que flotan sobre el basalto, más
11
2. LA LLUVIA DE COMETAS se acerca a su final conforme un astro tardío se precipita en el horizonte, sacudiendo al planeta y agitando el mar primigenio.
denso, más pesado y que forma las cuencas oceánicas. No puede determinarse con precisión cuándo se llenaron estas depresiones o de dónde procedía el agua, puesto que no existen registros geológicos de la época de formación de la Tierra. La datación de meteoritos muestra que el sistema solar tiene una antigüedad de
unos cuatro mil seiscientos millones Tierra, aunque no se sepa todavía en de años, la misma que parece tener la qué condiciones. Tierra. Pero las rocas sedimentarias Kevin J. Zahnle piensa que la joven más antiguas, formadas ya por proce- Tierra sería una especie de recipiente sos que requieren de agua líquida, al que caería el agua en forma de llutienen una antigüedad de unos tres via. Fragmentos helados de material mil novecientos millones de años. Esto cósmico habrían chocado con la Tierra demuestra que por entonces ya tenía durante su formación, inyectando que existir agua en la superficie de la ingentes cantidades de agua en la
0 1
D ) A S 2 O D I R D T 3 N E U M 4 F O O L 5 R I ( P K
CUENCA POLAR SEPTENTRIONAL DE MARTE
CUENCA DEL OCEANO ATLANTICO
6 0
500
1000
1500
2000
DISTANCIA (KILOMETROS)
3. LA CARTOGRAFIA TOPOGRAFICA DE MARTE ha revelado considerables semejanzas con las cuencas oceánicas de la Tierra. Por ejemplo, el océano Atlántico occidental
12
0
500
1000
1500
2000
DISTANCIA (KILOMETROS)
presenta cerca de Río de Janeiro (izquierda) un perfil parecido al de la cuenca polar septentrional de Marte (derecha ).
TEMAS 24
atmósfera en estado de vapor. a la Tierra. La última parte de este Mucha de esa agua retornó al intervalo empezó hace unos cuatro espacio. Los mismos canales mil quinientos millones de años y se perforados en la atmósfera por caracterizó por su gran intensidad. los planetésimos permitirían la Uno de los misterios pendientes de salida inmediata del vapor, la planetología es la procedencia mientras que la radiación ultra- exacta de estos enormes cuerpos. violet a sol ar descom pondría Pudieron originarse en el cinturón de muchas moléculas de agua asteroides situado entre las órbitas (H2O). El hidrógeno resultante de Marte y de Júpiter. Las masas rocode este proceso escaparía en su sas de las zonas externas del cinturón mayor parte al espacio, incor- pueden llegar a contener un 20 por porándose el oxígeno a los ciento de agua. Pero es posible que si minerales del suelo. Pero buena los últimos en llegar procedieran de parte del vapor de agua inicial más allá de la órbita de Júpiter, se permaneció en la atmósfera y asemejasen a otros candidatos portase fue condensando conforme dores de agua, los cometas. se producía el enfriamiento del Suele hacerse referencia a los comeplaneta, formándose así enor- tas diciendo que son bolas de nieve mes océanos. cósmica sucia, mitad hielo y mitad No se sabe cuánta agua pudo polvo. Christopher F. Chyba estima llegar al planeta en aquella que bastaría con que el 25 por ciento época. Es de suponer que el de los cuerpos que chocaran con la bombardeo fuese de meteoritos Tierra durante ese período final de del tipo más abundante (común- máximo bombardeo fuesen cometas mente llamados condritas), el para que hubiesen aportado toda el 0,1 por ciento de cuyo peso es agua de los modernos océanos. Es una agua. Una Tierra compuesta teoría atractiva, porque explica la enteramente por este tipo de cronología del fenómeno, ya que los cascotes hubiera empezado, cuerpos procedentes del exterior del por lo tanto, con un 0,1 por sistema solar tardarían más en llegar ciento de su peso en agua, cua- a los planetas. tro veces, como mínimo, la que Esta teoría cuenta con amplia acepcontienen los océanos actuales. tación, pero también ha sufrido hace Esto indicaría que tres cuartas poco un gran revés. Se han encontrado partes del agua han desapare- tres cometas (el Halley, el Hyakutake cido desde entonces. Es posible y el Hale-Bopp) con un elevado porque la mitad de ella se incor- centaje de deuterio, una forma de porara a los minerales del hidrógeno cuyo núcleo contiene un manto. También pudo llegar neutrón y un protón. Comparado con hasta el denso núcleo terrestre, el hidrógeno normal, el deuterio es dos que contiene algunos elemen- veces más abundante en estos cometas tos relativamente ligeros, entre de lo que lo es en el agua del mar. Y los que muy probablemente está el podría entenderse que los océanos hidrógeno. actuales contuvieran proporEs probable entonces que el aporte cionalmente más deuterio inicial de material meteorítico dotase que el hielo de los cometas a la Tierra con agua más que sufi- que los formaron, debido ciente para formar los océanos. El a que el hidrógeno norbombardeo duró de hecho mucho mal se liberase de la tiempo. El análisis de los cráteres de fuerza de la gravedad la Luna, combinado con la edad cono- con mayor facilidad cida de las rocas lunares, indica que por su ligereza y se MARTE grandes astros continuaron chocando perdiese en el TIERRA con la Luna hasta hace unos tres mil espacio. Pero resulta ochocientos millones de años, lo que muy difícil imagipermite suponer que lo mismo le pasó narse cómo puedan
4. LA ZONA HABITABLE, que es aquella en la que puede existir agua en forma líquida en las superficies planetarias, se extiende actualmente desde la órbita de la Tierra hasta más allá de la de Marte (azul ). Esta zona se ha ido desplazado lentamente hacia el exterior desde la posición que ocupaba en el momento de formación de los planetas (amarillo), hace unos cuatro mil seiscientos millones de años, debido a que con el tiempo el Sol se ha ido haciendo más brillante. Dentro de mil millones de años, cuando la Tierra ya no se encuentre en esta zona que se aleja, el agua de los océanos se evaporará, dejando a nuestro mundo tan seco y sin vida como lo está Venus en la actualidad.
AGUA
contener proporcionalmente menos deuterio. Si estos tres cometas fuesen representativos de los que cayeron en el pasado, el agua de la Tierra te ndría que proceder de algún otro lugar. Nuevas observaciones realizadas desde satélites indican que una veintena de pequeños cometas, del tamaño de una casa, bombardean la Tierra cada minuto. Esta media, suficientemente rápida como para llenar los océanos durante la existencia de la Tierra, implica que los océanos continúan creciendo. Esto ha dado origen a una nueva y muy discutida teoría, liderada por Louis A. Frank, que plantea muchas cuestiones sin resolver, entre las que se encuentran las de por qué los radares no los detectan y por qué se desintegran a tanta altura. Tampoco resuelve la paradoja del deuterio, salvo que estos “cometesimales” contuvieran menos deuterio que sus parientes mayores.
La zona habitable
C
ualquiera que fuese su procedencia, ingentes cantidades de agua cayeron sobre la Tierra desde sus inicios, pero la simple aportación de agua a un planeta en formación no garantiza el desarrollo de un océano persistente. Es casi seguro que Venus fuese húmedo durante su formación, pero su superficie está ahora completamente seca. Es fácil de entender cómo se produ jo la desecación. La radiación solar recibida por Venus debió de ser alguna
ONA HAB IT A B L E
UA Z T I G N A
SOL
VENUS MERCURIO
A C T U E AL L Z ON A HA B I TA B
13
vez lo suficiente mente intensa para que los niveles inferiores de la atmósfera fuesen cálidos y húmedos y para que los superiores contuviesen también cantidades considerables de agua. El agua de Venus se evaporó como consecuencia del calor y ascendió hacia el cielo, donde los rayos ultravioletas descompusieron sus moléculas, permitiendo que el hidrógeno se escapara al espacio en un viaje sin retorno. Este éxodo inducido por las radiaciones solares implica la existencia de un límite inferior de la zona circunsolar habitable, localizado allende la órbita de Venus. Por el contrario, si un planeta no recibe la suficiente luz solar, sus océanos pueden llegar a congelarse por un proceso de glaciación en avalancha. Supóngase que de algún modo la Tierra se apartase un poco del Sol. A medida que los rayos solares perdiesen intensidad, el clima sería más frío y los casquetes polares se expandirían. Como la nieve y el hielo reflejarían más luz solar hacia el espacio, la tendencia al enfriamiento sería creciente. Este círculo vicioso explicaría, en parte, por qué Marte, que ocupa la siguiente órbita a la de la Tierra, está actualmente congelado. Es casi seguro que la verdadera historia de Marte sea más complicada. Las imágenes obtenidas por las sondas Mariner y Viking y por la nave espacial Global Surveyor nos muestran que las partes más antiguas de
la superficie marciana están surcadas por canales excavados por agua líquida. Las medidas tomadas por el altímetro por láser a bordo del Global Surveyor indican que las vastas planicies septentrionales de Marte son extraordinariamente planas. Las únicas superficies de la Tierra que son tan llanas se hallan en el fondo oceánico, muy alejadas de las dorsales mesooceánicas, por lo que crece el número de quienes creen que Marte tuvo alguna vez un océano. Parecería que Marte girara alrededor del Sol dentro de una zona potencialmente habitable, pero de algún modo entró en su actual estado de congelación eones atrás.
datos constituye la paradoja del débil Sol juvenil. La paradoja no desaparece más que si se acepta que la composición de la atmósfera haya cambiado considerablemente a lo largo del tiempo. La atmósfera inicial probablemente contenía mucho más dióxido de carbono que en la actualidad y quizá también más metano. Ambos gases intensifican el efecto invernadero porque absorben la radiación infrarroja. Su presencia pudo mantener cálida a la Tierra, a pesar de que se recibiera menos calor del Sol. El efecto invernadero también ayuda a mantener el clima de la Tierra en un equilibrio dinámico mediante el proceso denominado ciclo de carbonato-silicato. Los volcanes continuaErase una vez... mente emiten dióxido de carbono a la un Sol casi invisible atmósfera. A pesar de que lo s silicatos minerales de los continentes absorben omprender el drástico cambio la mayor parte de él, la erosión los acontecido en Marte puede ayu- transporta desde las rocas de la cordarnos a explicar las persistentes pre- teza hacia el mar. El dióxido de carguntas planteadas sobre los antiguos bono se precipita entonces al fondo océanos de la Tierra. Las teorías de la del océano en forma de carbonato cálevolución solar proponen que cuando cico. Las placas tectónicas lo arrastran el Sol se estabilizó por primera vez era durante millones de años hacia las un treinta por ciento más débil que profundidades del manto superior, ahora. La menor radiación solar habría donde reacciona químicamente y es provocado la congelación de los océanos arrojado de nuevo a la superficie en hace más de dos mil millones de años. forma de dióxido de carbono por los Pero los registros geológicos indican volcanes. algo muy diferente. Según ellos el agua Si la totalidad de la Tierra hubiera líquida y la vida ya estaban presentes sufrido alguna vez una glaciación, las hace tres mil ochocientos millones de rocas silíceas no habrían sufrido apeaños. La contradicción entre ambos nas erosión, mientras que el dióxido
C
5. BLOQUES DE HIELO CUBREN EL MAR DE WEDDELL en la periferia antártica (izquierda ); bloques de formas similares cubren la superficie de Europa, una luna de Júpiter
14
( derecha ). Esta semejanza y la ausencia de cráteres en Europa indican que existe agua líquida bajo su superficie helada.
TEMAS 24
c
a
O OCEAN
S NTALE ONTINE C S A C RO
b ARINOS NTOS M SEDIME
6. UN TERMOSTATO GEOQUIMICO, denominado ciclo del carbonato-silicato, mantiene la temperatura de la Tierra en el int ervalo que permite la existencia de agua en estado líquido. El dióxido de carbono atmosférico se disuelve en la lluvia y reacciona con las rocas expuestas a la erosión, liberando iones calcio y bicarbonato en arroyos y ríos (a). Llevados al océano, estos iones son utilizados por diferentes organismos marinos, como los foraminíferos (abajo a la izquierda), para formar conchas o exoesqueletos de carbonato cálcico, que se deposit an en el fondo marino cuando las criaturas mueren (b). Millones de años después los depósitos de carbonatos se hunden bajo la litosfera continental en las zonas de subducción. Las grandes temperaturas y presiones queman allí los carbonatos. El dióxido de carbono se libera a través de los volcanes de la zona de subducción (c), volviendo así a entrar en la atmósfera, con lo que el ciclo recomienza.
de carbono volcánico hubiera continuado acumulándose en la atmósfera hasta que el efecto invernadero fuera capaz de fundir el hielo. Los océanos recalentados habrían liberado suficiente vapor de agua como para pro vocar intensas precipitaciones y acelerar la erosión, lo que expulsaría el dióxido de carbono de la atmósfera y de los minerales. Es decir, la Tierra posee un termostato incorporado, que regula automáticamente la temperatura de su superficie dentro del inter valo que mantiene el agua en estado líquido. El mismo mecanismo pudiera haber operado en Marte. Aunque el planeta no tenga actualmente actividad volcánica, en algún momento sufrió múltiples erupciones y pudo haber contado con un vigoroso ciclo del carbonato-silicato. Si Marte almacena suficiente carbono, pregunta que los científicos de la NASA esperan poder contestar a partir de los datos facilitados por el Global Surveyor, también pudo haber estado alguna vez cubierto por una densa capa de dióxido de carbono. Las nubes de dióxido de carbono
AGUA
congelado, que dispersan la radiación infrarroja, y puede que algo de metano habrían generado suficiente calor de invernadero para mantener el agua de la superficie líquida. Marte es actualmente un planeta congelado y seco, no porque se encuentre demasiado lejos del Sol, sino porque es un planeta pequeño, que se enfría con relativa rapidez, de modo que no pudo sostener el vulcanismo necesario para mantener temperaturas templadas. Durante los eones transcurridos desde que se enfrió, el agua helada restante probablemente se mezcló con el polvo y ahora se encuentra secuestrada en los primeros kilómetros de la corteza marciana. Las características de que estaba dotada la Tierra y a las que se debe la formación y la conservación de los océanos (órbita en la zona habitable, la tectónica de placas creando las cuencas oceánicas, el vulcanismo induciendo el ciclo del carbonatosilicato y una atmósfera estratificada que dificulta la pérdida de agua y de hidrógeno) son únicas entre los planetas del sistema solar. Pero ahora se
sabe que hay otros planetas girando alrededor de otras estrellas, de modo que hay grandes probabilidades de que puedan darse circunstancias parecidas, que crearían otros mundos azules dotados de océanos como los nuestros.
BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIA
EVOLUCIÓN DEL
CLIMA EN LOS PLANETAS TERRESTRES. James F. Kasting, Owen B.
Toon y James B. Pollack, en Investigación y Ciencia, págs. 48-57; abril de 1988. CAMBIO CLIMÁTICO GLOBAL EN MARTE. Jeffrey S. Kargel y Robert G. Strom, en Investigación y Ciencia, enero de 1997, págs. 44-53.
IMPACT DELIVERY AND EROSION OF PLANETARY OCEANS IN THE EARLY INNER SOLAR SYSTEM. C. F. Chyba en Nature, vol. 343, págs. 129-133; 11 de enero de 1990.
POSIBLE COMETARY ORIGIN OF HEAVY NOBLE GASES IN THE ATMOSPHERES OF VENUS , EARTH AND MARS . T. Owen, A. Bar-Nun e I. Kleinfield en Nature, vol. 358, págs. 43-46; 2 de julio de 1992.
15
Agua Robert P. Ambroggi
De la intervención del hombre en el ciclo del agua y del desarrollo de recursos hídricos superficiales y subterráneos depende que la agricultura, la industria y el consumo doméstico dispongan de las cantidades necesarias
L
as reservas totales de agua dul- del agua se cuentan entre los esfuer- ronda el medio millón de kilómetros ce que tiene la Tierra exceden zos más ciclópeos que tiene que aco- cúbicos, 430.000 de los cuales procecualquier necesidad imagina- meter el hombre. den de los océanos y los restantes ble de la población humana. Pero su A pesar de las múltiples diferencias 70.000 de las aguas continentales. mayor parte resulta inaccesible; dicho que se dan entre los diversos países Dado que la cantidad de vapor de de otro modo, la humanidad no puede en lo concerniente a los recursos hídri- agua que hay en la atmósfera permadisponer de ella. Y el resto disponible cos, ninguno de ellos puede argüir que nece esencialmente constante, ese muestra una distribución irregular su desarrollo se ve frenado por la esca- mismo volumen tiene que volver a según los lugares y las estaciones. Ello sez de agua. Con una gestión correcta caer sobre la superficie terrestre en explica la necesidad de proceder a una de los recursos y de la demanda, más forma de lluvia y de nieve. Imporgestión activa de los recursos hídricos una inversión suficiente, todas las tancia decisiva para la vida la tiene en la mayoría de las zonas del planeta naciones podrían atender a sus nece- el hecho de que gran parte de esta si se quiere alcanzar un nivel de apro- sidades, incluso en condiciones de precipitación se produzca sobre tierra vechamiento adecuado y rentable. escasez intrínseca. firme. Los continentes pierden unos Para satisfacer la gran demanda de 70.000 kilómetros cúbicos de agua agua que presentan la agricultura, la as reservas mundiales de agua anuales por evaporación, mientras dulce exceden los 37 millones de que reciben 110.000 en forma de industria y el consumo doméstico (cuyo volumen es más reducido pero kilómetros cúbicos, que serían sufi- precipitación; el balance del ciclo su necesidad no menos apremiante) cientes para llenar diez veces el mar hidrológico se resume pues en la hay que recogerla, represarla y dis- Mediterráneo. Más de sus tres cuartas transferencia anual de unos 40.000 tribuirla tras haber establecido una partes se hallan retenidas en los gla- kilómetros cúbicos de agua dulce de serie de prioridades. Aunque el agua ciares y en el hielo polar, muy lejos los océanos a los continentes. caiga del cielo, no es gratuita. La inter- todavía del alcance de las técnicas A pesar de este aporte hídric o neto vención humana en su ciclo natural actuales. Casi todo el resto subyace a los continentes, no todo él es aproacarrea siempre un coste, precio que en acuíferos subterráneos que no se vechable. Una pa rte co nsiderable se explotan a fondo. Las principales pierde por inundaciones, por absora veces resulta muy caro. El método más utilizado para regu- fuentes de suministro —ríos, lagos y ción en el suelo o por estancamiento lar e incrementar las reservas hídricas vapor de agua atmosférico— consti- en marismas. La máxima cantidad es la construcción de embalses que tuyen menos del uno por ciento del que puede considerarse humanaretengan la aportación estacional de total. mente aprovechable es del orden de las corrientes fluviales. Los grupos La verdadera fuente de agua dulce 14.000 kilómetros cúbicos anuales, humanos se fueron asentando en las es en última instancia la continua que es el flujo de base o, dicho de o tra cuencas de los ríos principales desde destilación de los océanos por la forma, la circulación estable, con el Neolítico, por la sencilla razón de radiación solar. La evaporación anual exclusión del agua perdida por desque allí disponían de agua abundante (transpiración de las plantas incluida) bordamientos de ríos y demás cursos y al alcance de la mano. El hombre actual posee otras técnicas de apro vechamiento, como la explotación de 1. FRANJA DE TIERRA CULTIVADA, que a modo de ceñidor di vide el desierto. S e trata del valle del Nilo, donde el éxito de la economía agraria depende del aproveyacimientos subterráneos y la desviachamiento casi exhaustivo del cauce. El Nilo ha alimentado una agricultura de ción del curso de los ríos de una cuenca regadío desde el año 3400 a.C., pero hasta hace un siglo la mayoría de los campos a otra. En los últimos tiempos se ha no recibía agua más que con las inundaciones estacionales de la llanura. Actualreconocido también la importancia de mente la tierra se riega a discreción, pues el agua se retiene en la presa superior restringir la demanda y de aumentar de Asuán y se libera de acuerdo con un protocolo regular para su u tilización aguas el rendimiento desde las fuentes mis- abajo y para su distribución a través de una red de canales. Algunos de estos canamas hasta la distribución final y la les, los de mayores proporciones, llegan a apreciarse en la imagen en falso color de utilización. Llevar a cabo esa plural la página opuesta obtenida por el Landsat, que comprende la región que circunda a Luxor (Al-Uqsur), en el Egipto centrooriental, a unos 200 kilómetros aguas abajo gestión del recurso exige grandes de Asuán. El cambio a un sistema de regadío permanente ha incrementado la proinversiones de capital, pues presas, ductividad de la agricultura egipcia, pues se ha doblado el rendimiento y se obtiecanalizaciones y otras grandes obras nen ahora dos o más cosechas por año. El curso, aprovechado al máximo, llega casi públicas destinadas a regular el ciclo vacío al mar.
L
16
TEMAS 24
fluviales y de la pérdida directa por evaporación de los acuíferos subterráneos. Unos 5000 kilómetros cúbicos de éstos circulan por regiones actualmente deshabitadas y que pro-
bablemente seguirán estándolo, pues no reúnen condiciones climáticas para el establecimiento de comunidades humanas. Los recursos efecti vos mundiales de agua dulce pa ra la
2. CICLO HIDROLOGICO de la evaporación, seguida de precipitación. Es la fuente primaria de agua dulce de la Tierra. Las zonas continentales reciben una fracción desproporcionada del agua de lluvia y de nieve. Los continentes disfrutan de una aportación neta de 40.000 kilómetros cúbicos de agua. Las reservas de agua
satisfacción todas las necesidades humanas serán durante un tiempo del orden de unos 9000 kilómetros cúbicos anuales. Este suministro total puede ajus-
dulce superan en mucho ese volumen, pero la mayoría de ellas se hallan en forma de hielo (en los glaciares y en los casquetes polares) y de yacimientos subterráneos. Los lagos, los ríos y otras reservas superficiales (que son las fuentes de suministro humano más importantes) no alcanzan el uno por ciento del total.
35 PRECIPITACION
EVAPORACION
AGUA EN CIRCULACION
30
25
20
15
10
5
0 AFRICA
ANTARTIDA
ASIA
3. DISTRIBUCION DE LAS RESERVAS DE AGUA en los continentes. Se determina por el balance entre precipitación y evaporación. La diferencia es el agua que transportan los ríos. Aunque el volumen de agua disponible podría abastecer
18
AUSTRALIA
EUROPA
NORTEAMERICA
SUDAMERICA
a una población humana varias veces superior a la actual, la distribución geográfica de este recurso es manifiestamente irregular y está sometida a fuertes variaciones estacionales.
TEMAS 24
tarse a través de un simple análisis de las necesidades de agua per cápita, para lo que conviene utilizar unidades más pequeñas, metros cúbicos en lugar de kilómetros cúbicos. (Un kilómetro cúbico equivale a mil millones de metros cúbicos.) Se requieren unos 30 metros cúbicos de agua por persona y año de consumo doméstico directo para mantener una calidad de vida aceptable. Lo que se necesita para beber es menos de un metro cúbico. Aunque la cantidad de agua potable requerida sea pequeña, debe insistirse en que esta demanda tiene unos requisitos insoslayables en lo referente a su grado de pureza. Si se descuentan los países más avanzados, los usos industriales requieren unos 20 metros cúbicos por persona y año. La conclusión es que la mayor parte de la demanda de agua proviene de la agricultura. Mantener una dieta de 2500 calorías diarias exige 300 metros cúbicos de agua al año. En las naciones más ricas, en las que la dieta supera generalmente las 3000 calorías diarias, la demanda de agua con fines agrícolas es de 400 metros cúbicos anuales. La lluvia satisface directamente en la práctica la mayor parte de la demanda agrícola, razón que nos permite considerarla al margen de la economía del agua. En el caso hipotético de que todos los procesos agrícolas se basaran en el riego, la demanda total de agua (incluyendo los usos doméstico, industrial y agrícola) estaría comprendida entre 350 y 450 metros cúbicos por persona y año. Dado el nivel medio de consumo, el aporte global de 9000 kilómetros cúbicos anuales (equivalentes a nueve billones de metros cúbicos) podría abastecer a una población mundial de entre 20.000 y 25.000 millones de habitantes. El punto débil de este análisis reside en que parte de la hipótesis de que el agua se distribuya sobre la Tierra de la misma forma en que lo hace la población humana, cuando la realidad es que son distribuciones completamente distintas. La población rural de la región sudoccidental de la República de Madagascar sobre vive con menos de 2 metros cúbico s de agua por persona y año, que a duras penas rebasa el mínimo biológico. Por ese suministro tan exiguo, que además es de mala calidad, pagan un precio por metro cúbico que probablemente sea veinte veces mayor que el satisfecho por los habitantes de las zonas urbanas de los países desarrollados, que consumen 180 metros cúbicos por persona y año. Una de las metas del desarrollo eco-
AGUA
40.000
35.000
L A I C N E R R O T N O I C A L U C R I C
30.000
25.000 S E L A U N A S O C I B U 20.000 C S O R T E M O L I K
15.000
AGUA DISPONIBLE
10.000
S A D A S T A I E B A R A H S E D
DEMANDA TOTAL CONSUMO TOTAL
5000 CONSUMO MENOS CONTAMINACION
1800
1850
1900
1950
S A D A T I B A H S A E R A
S E T N E N I T N O C S O L A E C L U D A U G A E D L A T O T E T R O P A
E L B A T S E N O I C A L U C R I C
1980 2000
4. ABASTECIMIENTO GLOBAL, a partir del flujo base, o circulación estable, representado por ríos y otros cursos de agua. De la aportación neta recibida por los continentes, unos 40.000 kilómetros cúbicos anuales, la total idad, salvo unos 12.000 kilómetros cúbicos, llega directamente al mar a través de corrientes fluviales. Una pequeña parte puede represarse para su aprovechamiento, con lo que la circul ación estable y controlada alcanza los 14.000 kilómetros cúbicos. Pero unos 5000 kilómetros cúbicos de ellos discurren por regiones muy poco habitadas (la selva, por ejemplo), de modo que el volumen total de agua disponible será de unos 9000 kilómetros cúbicos anuales. El consumo será de unos 3500 kilómetros cúbicos, aunque la cantidad perdida por contaminación sumará otros 3000. La demanda total, que comprende la fracción no consumida pero de la que es preciso disponer, se elevará casi a 7000 kilómetros cúbicos.
19
nómico ha de ser la corrección de estos desequilibrios.
L
a agricultura, que presenta la mayor demanda de agua dulce, es también la más sensible a las variaciones de suministro. Más del 85 por ciento de las tierras cultivadas reciben únicamente agua de lluvia. Esos cultivos abastecidos por la lluvia se apro vechan de un enorme volumen de agua obtenido de forma esencialmente gratuita, la mayor parte del cual se perdería de otro modo irremisiblemente. Por poner un ejemplo, la agricultura de secano consumió 11.500 kilómetros cúbicos de agua en 1970, mientras 5. MULTIPLES FUNCIONES a desempeñar por parte de un determinado volumen que se utilizaron 2600 kilómetros de agua en una cuenca bien administrada. La utilización local, de la cual la más cúbicos en los cultivos de regadío, que importante es la agricultura de secano, se beneficia de un agua que en la mayoría representaban el 12 por ciento de las de los casos no entraría en los circuitos de aprovechamiento. El empleo de la corriente fluvial no suele ser consumidor, en el sentido de que el agua admite extierras cultivadas del mundo. Tal exigencia de volúmenes de agua muestra la imposibilidad de extender el regadío a todas las explo- China y Egipto, países en donde la total ha aumentado, pues, unas cuataciones agrícolas, aun cuando fuese tierra arable es muy escasa, cuentan tro veces. El sistema agrícola más deseable. El sistema de regadío pro- con una larga tradición de cultivos eficaz del mundo es asiático y se basa porciona como mínimo cuatro posi- intensivos y en ellos el índice supera casi por entero en el regadío. Se trata bles ventajas en los casos en que el 1,5. del sistema japonés de cultivo de resulta económicamente viable. El regadío ofrece una cuarta ven- arroz, en el que 0,045 hectáreas de Representa un aumento absoluto en taja: una mayor seguridad para el tierra bastan para proporcionar la superficie cultivada, sobre todo en campesino. No puede preverse el 2500 calorías por persona y día. En suelos áridos que no podrían explo- agua que caerá del cielo durante las los Estados Unidos se necesita el tarse sin riego. Eleva la producción distintas estaciones, por lo que la doble de tierra para suministrar la por cosecha; verbigracia el número agricultura de secano está siempre misma dieta y el sistema agrícola de de toneladas de grano obtenidas por amenazada por el riesgo de que tras la India requiere una extensión culhectárea sembrada. Cuando el riego la siembra no haya suficiente hume- tivada casi siete veces mayor. se combina con otras técnicas que dad para que la cosecha madure. Un Los proyectos experimentales de aumenten el rendimiento de explo- mal año en una zona extensa puede regadío ensayados en todo el mundo tación, tales como la siembra de significar el hambre para sus habi- han conseguido rendimientos nota varie dades mejoradas y la aplicación tantes; y aun cuando pueda tratarse blemente inferiores por lo que se de fertilizantes y plaguicidas, las de casos aislados, no deja por ello de refiere a la producción total de alicosechas pueden triplicarse e incluso acarrear un desastre económico para mentos. La intensidad de cultivo en cuadruplicarse. el agricultor. Una red de riego con suelos de regadío varía entre 0,77 y En tercer lugar el riego puede una gran reserva de agua, ya sea 1,07 en Africa, Iberoamérica y Oriente aumentar la producción total de ali- represada en un pantano o en un Próximo, habiéndose conseguido mentos al permitir más de una cosecha acuífero subterráneo, reduce mucho me joras poco significativas de la propor año en una determinada extensión tal contingencia. Los años en los que ducción con respecto a los valores de terreno. La obtención de estas cose- la precipitación de lluvia es pequeña alcanzados por la agricultura de chas múltiples tiene el mismo efecto puede mantenerse el nivel de pro- secano. Africa constituye un caso en el suministro de alimentos que el ducción. Sabiendo que el suministro particularmente instructivo. Tras un que tendría un aumento de la super- de agua está asegurado, el campe- ambicioso plan de regulación de los ficie cultivada. Si se calcula la super- sino puede atreverse a plantar varie- recursos hídricos, los resultados conficie cultivada incorporando los efec- dades de mayor rendimiento (que en seguidos en el terreno agrícola han tos de las cosechas múltiples, se general tienden a ser menos resis- sido, de momento y si excluimos el computan como de doble extensión tentes a la sequía) y a invertir en caso del Nilo, muy desalentadores. aquellas zonas que rinden dos cose- abonos, plaguicidas y maquinaria ¿Qué tiene la agricultura de Asia chas y de triple, las que producen tres. agrícola. meridional para que difiera tanto de Este procedimiento nos da una medida la del resto del mundo subdesarroos mayores éxitos de la agricul- llado? No es probable que ningún simple de la intensidad de cultivo: la razón de la superficie de recolección tura de regadío se encuentran factor aislado pueda dar cuenta de con respecto a la superficie total cul- sobre todo en Asia. Adviértase que todas sus peculiaridades, por más tivada. Ahora bien, parte de la tierra el 63 por ciento de la capacidad de que un análisis plausible haya de puede rendir más de una cosecha al riego mundial se halla en el Asia empezar con el examen de las ciraño; por tanto, esta relación puede ser meridional. En la mayor parte de cunstancias económicas que rodean superior a uno. La intensidad prome- esta región se han doblado los culti- a cada campesino concreto. En la dia de los cultivos mundiales de secano vos de arroz y de trigo, así como la mayoría de los lugares la gente se se halla entre 0,7 y 0,8. La de los rega- intensidad de cultivo, que alcanza apiña densamente en un suelo cuya díos está en 1,1 y 1,3. Bangladesh, un valor medio de 1,3. La producción fracción arable es escasa. El agricul-
L
20
TEMAS 24
plotaciones posteriores aguas abajo, aunque debe incluirse entre las demandas del suministro total. Mantener una profundidad del río adecuada para la navegación puede requerir la liberación de agua de una presa. El agua retirada se consume a veces directamente en regadíos, donde gran p arte de ella
se pierde por evaporación y por transpiración de las plantas. La extracción de agua de un caudal puede generar también demandas adicionales, pues si el agua devuelta incluye contaminantes se requerirá más agua para diluirlos hasta un nivel aceptable.
tor que pretenda producir más no El desigual éxito obtenido por los puede pensar en comprar más tierra proyectos de regadío pone de manipara ello. Lo único que puede hacer fiesto que hay cosas más importantes es escoger algún método que propor- para el desarrollo de los recursos cione mejor rendimiento o procurar hídricos con fines agrícolas que la mayor intensidad de cultivo. No mera construcción de represas y de ocurre así en Africa ni en Iberoamérica, redes de canalización. Si no se tienen donde no hay tanta escasez de suelo presentes las necesidades y los hábiarable y el campesino puede decidir tos de los campesinos, si no se conoce invertir sus ahorros en la co mpra de la hidrología del suelo, el riego puede terreno en vez de hacerlo en mejorar producir más daño que beneficio. las técnicas agrícolas. Esta situación Piénsese en el encharcamiento de los cambiará sin duda en el futuro, pue s campos por inundación de grandes el aumento de la población obligará vol úmenes de agua durante largo a cultivar mayor extensión de tierra tiempo y en superficies llanas con arable y ello determinará que el cul- pobre drenaje. El agua penetra sin tivo intensivo resulte económica- escurrirse y aumenta el nivel de la mente más atrayente. capa freática subterránea. Cuando
esa capa alcanza la superficie, el suelo, anegado, no sirve ya para la siembra. Si, con el tiempo, e l agua superficial se evapora, dejará un residuo salino que contrarrestará la propia fertilidad del campo. Este proceso ha convertido en yermas unos dos millones de hectáreas en la vega paquistaní del Indo.
E
l desastre del anegamiento y la salinización posterior padecido en Pakistán podría haberse evitado con un buen drenaje y con el bombeo del agua retenida en el suelo para regar, dejando para otra ocasión el agua del río. No es que los campos estén definitivamente perdidos, pero
100 IND.
80
E J 60 A T N E C R O P 40
AGR.
20
DOM.
0 INDIA
MEXICO
MONGOLIA
JAPON
RUSIA
6. REPARTO DEL AGUA entre agricultura, indust ria y consumo doméstico. La distribución depende fundamentalmente de la importancia que la agricultura de regadío tenga en la economía del país. El riego consume más de las tres cuartas partes del agua disponible a nivel mundial, aunque hay países en los que esta proporción es mayor todavía. En el Japón existe una ele-
AGUA
HUNGRIA
EE.UU.
POLONIA
ALEMANIA
G.B.
vada demanda de agua, aunque la agricultura represente una fracción pequeña de la economía, porque la mayoría de los campos son de regadío. En el extremo opuesto se encuentran los Estados Unidos, Polonia, Alemania e Inglaterra, donde el reparto del agua refleja no sólo una mayor demanda industrial, sino también una extensa agricultura de secano.
21
su recuperación es costosa y lenta. Hay que bombear el agua de una zona muy extensa para bajar el nivel freático subyacente, aprovechando parte del agua extraída para repetidos lavados del suelo que logren desalinizarlo. El sistema de riego tiene otra contrapartida oculta: la propagación de enfermedades y parásitos transportados por el agua. La más famosa de esas enfermedades probablemente sea la esquistosomiasis, una infección crónica e incapacitante provocada por la duela de la sangre, cuyo nombre científico es el de esquistosoma. Las duelas pasan parte de su ciclo vital como parásitos de ciertas especies de caracoles acuáticos, que no proliferan más que donde encuentran un suministro constante y regular de agua durante todo el año. Los esquistosomas adultos infectan a la gente que entra en contacto con tales cauces, volviendo sus huevos al medio primitivo a través de las aguas residuales. Se ha caracterizado la esquistosomiasis como una enfermedad creada por el hombre, debido a su frecuente asociación con las grandes obras hidráulicas. Aunque la conclusión pueda ser exagerada, la verdad es que la extensión del mal por Africa, Asia y América del Sur ha estado indudablemente asociada a la realización de grandes proyectos de regadíos.
En los países en vías de desarrollo suele ser la agricultura el sector que consume la mayor parte de los recursos hídricos. En la India y en México, por ejemplo, el volumen destinado a la agricultura supera el 90 por ciento del total disponible, mientras que en los Estados Unidos son la industria y la agricultura quienes se reparten el agua en proporciones casi iguales. Un análisis más detallado pondría de manifiesto que, antes de ir a parar al mar, un mismo volumen de agua se utiliza repetidamente con fines industriales, agrícolas y de otro tipo, como
la navegación y la obtención de energía hidroeléctrica. La demanda industrial de agua en los países en vías de desarrollo oscila entre 20 y 40 metros cúbicos por persona y año, parecida al volumen destinado al consumo doméstico. La demanda industrial de los Estados Unidos es unas 100 veces mayor: 2300 metros cúbicos por persona y año. Algunas industrias acaparan dos tercios de la demanda total, fundamentalmente las de los sectores papelero, alimentario, siderometalúrgico, químico y petroquímico.
H
ay pruebas claras de un aumento de la incidencia de la esquistosomiasis en Egipto y en Sudán, enfermedad que ha persistido durante milenios entre las sociedades próximas al Nilo. (Se han encontrado hue vos de duelas en momias fechada s en 2800 a.C.) Mientras la tierra se regaba con las inundaciones estacionales, la incidencia permaneció baja. Al producirse el cambio al sistema de riego permanente, la infección afectó a una proporción mucho mayor de gente: más de la mitad de la población de algunas zonas, hasta el punto de que una de cada cinco muertes registradas en Egipto se atribuye a la esquistosomiasis. Difícilmente se podrá erradicar esta enfermedad en tanto se mantengan las condiciones existentes en las zonas rurales de los países en vías de desarrollo. Los protocolos de prevención basados en la regulación de la población de caracoles han tenido también resultados decepcionantes. El remedio más eficaz contra la esquistosomiasis endémica parece ser en última instancia la mejora en los niveles de vida y eso es precisamente lo que pretende el regadío.
22
7. PRINCIPALES CUENCAS FLUVIALES. Durante mucho tiempo fueron los lugares de asentamiento predilectos de los grupos humanos. Todavía hoy constituyen los puntos más indicados para la agricultura de regadío, para la industria y para las grandes ciudades. Se han cartografiado los ríos que tienen una descarga anual media superior a los 30 kilómetros cúbicos. Las barras representan la circulación es-
TEMAS 24
Gran parte del agua utilizada no “se consume” en sentido literal. Del 60 al 80 por ciento de la demanda industrial se destina a la obtención de energía eléctrica y a la refrigeración. Casi toda el agua empleada en estos menesteres regresa posteriormente a los cursos fluviales sin más cambio que un aumento de temperatura. Ello no quita que este capítulo haya de incluirse en el balance total. Si se construye una planta hidroeléctrica al pie de una presa deberá recibir de modo suficiente y continuo agua de refrigeración, agua que se perderá
para todo posterior uso en la parte superior del cauce. El agua utilizada en la industria suele volver al río con una carga de contaminantes. En este caso la demanda total debe incluir no solamente el volumen de agua necesario para el proceso, sino también un flujo suficiente que permita diluir los contaminantes hasta un nivel aceptable. Estos mismos cálculos deben aplicarse al agua destinada al consumo doméstico, que vuelve a la circulación general con sobrecarga de residuos. La carga de contaminantes introducida
table (expresada en kilómetros cúbicos) del caudal fluvial de cada continente. El agua circulante está regulada por los yacimientos subterráneos ( gris claro) y por las presas ( gris oscuro). Algunos de los principales ríos están por explotar, al discurrir por regiones donde el terreno o el clima no son aptos
AGUA
en un lago o en un río se mide en términos del oxígeno disuelto necesario para degradar biológicamente los residuos. Para conseguir un proceso de degradación constante y continuo la concentración de oxígeno disuelto no debe bajar del nivel necesario para mantener las formas de vida aeróbicas. Los contaminantes tóxicos requieren tratamientos especiales, ya que pueden degradar el agua hasta el extremo de perder ésta toda posibilidad de aprovechamiento ulterior. El empleo que los generadores de energía hidroeléctrica hacen del agua
para el establecimiento de comunidades humanas (zonas en blanco). El Amazonas y el Congo, los más caudalosos del mundo, pueden servir de ejemplo. En las regiones de mayor densidad de población (en color ), ríos de menor tamaño (como el Nilo, el Indo y el Yangtze) se han explotado intensamente.
23
constituye un caso aparte. Se trata de las cuencas de los principales ríos. un sector industrial no consumidor. Reteniendo las aguas torrenciales, Es evidente que la generación de ener- que de otra suerte irían directamente gía eléctrica debe abastecerse de al mar, los diques aumentan el algún sitio y que el agua a ello desti- volumen humanamente aprovechable, nada tiene que computarse en el capí- en contraste con otras técnicas que se tulo de demandas. La de las centrales limitan a explotar las reservas exisdebería aprovecharse luego para las tentes. En las regiones sujetas a los industrias instaladas corriente abajo monzones, donde la mayor parte de o para usos domésticos. La rentabili- la lluvia cae en unas pocas semanas, dad económica de las centrales hidro- este control del agua se torna impeeléctricas está tan a la vista que casi rativo: hay que confinar el aluvión y todos los emplazamientos idóneos ya distribuir su contenido a lo largo del están explotados. Y el único problema año. Al aumentar el nivel del agua, de los restantes reside en poder obte- las presas contribuyen al suministro ner una cantidad de energía que jus- de este elemento mediante el sistema tifique la inversión necesaria. Los de riego por gravedad, sin que pierda saltos de baja potencia resultarán el potencial necesario para la generarentables con relación a otras fuentes ción de energía hidroeléctrica. energéticas como consecuencia de la inevitable escalada de precios de los combustibles fósiles. La navegación fluvial no consume agua, aunque sí exige un curso muy caudaloso. El mantenimiento de un nivel elevado tras una presa para posibilitar la navegación obliga a ampliar la superficie del pantano y por tanto a aumentar las pérdidas por evaporación. Pantano abajo, el curso de navegación necesita disponer de grandes cantidades de agua. Tal exigencia puede aminorarse en parte en las vías fluviales reguladas con sistemas de compuertas, si bien el funcionamiento mismo de las compuertas precisa de un volumen considerable de agua. En una consideración global de la gestión de los recursos hídricos no puede faltar la mención de otros posibles usos, como el de las piscifactorías. El mantenimiento de albuferas, marismas y zonas pantanosas para proteger la vida de plantas y animale s salvajes requiere la aportación de grandes recursos hídricos en razón del grado de evaporación y transpiración vegetal, extraordinariamente ele vados en esos lugares. El agua tiene también en muchos otros casos un va lo r re cr ea ti vo , or na me nt al y estético. El que estos usos no resulten incompatibles y se consigan con una reutilización múltiple complica notablemente la labor de planificación y de distribución. La explotación de ese abanico de posibilidades aumenta de forma destacada el rendimiento del agua. El método principal de regulación del suministro, la construcción de presas en los cauces fluviales, posee la gran ventaja de satisfacer a la vez varias necesidades. Al controlar las riadas, las represas pueden convertir en seguras algunas de las regiones más fértiles del mundo, es decir, las que se encuentran en las planicies de
24
Un factor económico y técnico a tomar en cuenta en la construcció n de presas es la acumulación de cieno en los embalses. El cieno, arrastrado por el curso de la corriente que lo ha ido arrancando del suelo de las cuencas, se mantiene en suspensión en tanto el agua está en movimiento. En las aguas calmadas de un lago artificial el cieno se deposita en el fondo. Si los sedimentos acumulados no se eliminan y no se hace nada por detener su continuada acumulación, la presa terminará por quedar prácticamente atascada y llena de barro, proceso que puede durar decenios o siglos según la cantidad de sólidos en suspensión que arrastre el agua. Existen varias soluciones para el
TEMAS 24
problema del encenagado, pero todas continuarán siendo los puntos de zonas (con 5600 kilómetros cúbicos) y son caras. Se puede ensanchar el perí- asentamiento más importantes de la el Congo (con 1250 kilómetros cúbicos) metro de la presa y así aumentar la civilización humana, como lo han se hallan prácticamente inexplotados capacidad del pantano. Se pueden venido siendo durante seis milenios, debido a que discurren a través de dragar los sedimentos. Cabe construir pues disponen del suelo y del agua selvas inhóspitas. Los grandes ríos una segunda presa aguas arriba que necesarios para la agricultura de rega- que desembocan en el océano Artico, actúe de trampa de los materiales en dío. Los ríos constituyen además el el Mackenzie en el Canadá y el Obi y suspensión. A la larga la solución más entorno adecuado para la implanta- el Yenisei en Siberia, tampoco se aproeficaz es tomar medidas de fijación de ción de los principales núcleos de de- vechan. Como reverso de la moneda los suelos en toda la cuenca. Si se sarrollo industrial, por su disponibi- se tiene un Nilo que rinde al máximo aplica alguna de estas medidas, su lidad de agua destinada al consumo con sus 90 kilómetros cúbicos anuales. coste debe incluirse en el de todo el humano y por servir de vía de trans- El Nilo llega exhausto al mar desde proyecto de riego. Si no se controla el porte. Las ciudades se han ido eri- que la presa del Alto Asuán entró en encenagado, ha de atribuirse al pan- giendo a sus orillas por estas mismas funcionamiento. Sus aguas abastecen tano una vida limitada, tiempo en el razones. una de las zonas de regadío más extenque deberá quedar amortizado el coste Los recursos fluviales del mundo se sas del mundo, pues suma cinco millototal de la obra. encuentran en condiciones de nes de hectáreas. Sin salirnos del A pesar de lo caras que resultan, desarrollo muy distintas. Los dos ríos continente africano, en los cursos de las cuencas de los principales ríos más caudalosos del mundo, el Ama- los ríos Volta y Zambeze se han cons-
8. ACCESO AL AGUA POTABLE por parte de la población. Es un índice básico del desarrollo económico que, a través de su influencia sobre la salud pública, puede ayudar a determinar el ritmo de desarrollo. En más de la mitad de los países en vías de desarrollo no llega al 50 por ciento la fracción de la población que disfruta de suministro de agua potable o de instalaciones para verter las aguas residuales. En las zonas rurales la proporción suele ser todavía mayor.
AGUA
25
UTILIZACION DE FERTILIZANTES BAJA AGRICULTURA DE SECANO; REGIMEN TORRENCIAL
BAJA A MEDIA
ALTA
MEDIDAS DE CONTROL DEL AGUA SUPRESION DE RIADAS
ELIMINACION DE LA SEQUIA
A6 E R A T C E H5 R O P S A C4 I R T E M S A3 D A L E N O T2
REGADIO Y DRENAJE
SEQUIA ESTACIONAL JAPON
COREA
MALASIA SRI LANKA PAKISTAN
VIETNAM
THAILANDIA BIRMANIA INDIA CAMBOYA LAOS
1
0
9. EFECTOS DEL RIEGO y de otras medidas de administración del agua sobre la productividad agrícola, que indudablemente aumentan. Se ha representado la producción de arroz por hectárea de once países asiáticos que aplican distintas técni-
truido también grandes pantanos. El lago Kariba, en el Zambeze, es el mayor embalse artificial del mundo. Asia es el continente que posee el mayor volumen de agua circulante regulada por el hombre: 560 kilómetros cúbicos por año, de los cuales la mayoría están destinados a regadíos. Todos los ríos del Asia meridional y sudoccidental, como el Yangtze, Mekong, Irrawaddy, Brahmaputra, Ganges e Indo, están sometidos a un cierto nivel de regulación, aunque aún queda gran parte de su capacidad por explotar. Hay en Europa y en Estados Unidos unos cuantos ríos que sustentan grandes proyectos hidrográficos. Vale la pena destacar los casos del Colorado y el Tisza, tributario este último del Danubio, la explotación de cuyo caudal empezó a mediados del siglo XIX y se espera que alcance una regulación total hacia 2050. Muchos otros ríos han visto regulado su curso con una serie de presas para encauzar las crecidas y obtener energía hidroeléctrica. Tal es el caso de los ríos Co lumbia y Tennessee. En la mayoría de las ocasiones, sin embargo, ha prevalecido otro criterio para el desarrollo de las cuencas fluviales, a saber, los intereses de la industria, de la navegación y del lavado de residuos. Muchos ríos europeos y norteamericanos (el Rin,
26
cas agrícolas. Al doblar la producción y multiplicar también por dos la superficie cultivada, el regadío, sumado a otras técnicas asociadas (como la aplicación de abonos), cuadruplica el rendimiento de los campos.
Ruhr y Mississippi, por ejemplo) se proyectos similares podrían realizarse han aprovechado sobre todo como vías en otras ocasiones sin tanto dispendio. de comunicación y de transporte En vez de conseguir un kilometro comercial. cúbico de agua mediante un pantano Aunque la represa de los ríos con- que valga 120 millones de euros, tinuará siendo el método de control y puede obtenerse la misma cantidad de regulación del agua más utilizado de yacimientos subterráneos con durante mucho tiempo, no deben olvi- inversiones de entre 30 y 50 millones darse otras fuentes de suministro, de de euros. En Bangladesh se encuenlas que los yacimientos subterráneos tran capas de agua subterránea próxison la más importante. Las aguas mas a la superficie y en terrenos blansubterráneas forman la mayor reserva dos de tipo aluvial, condiciones que mundial de agua dulce, si se descuenta favorecen el desarrollo y la explotael volumen retenido por los hielos ción de los recursos subterráneos. El polares. En los países áridos, donde agua se recaba mediante simples el volumen de evaporación supera el pozos de bastidor o pozos entubados, de precipitación, el agua subterránea cuya instalación cuesta unos 100 constituye la única fuente local de euros la unidad. Un equipo de tres agua. A veces el agua subterránea, hombres tarda unas tres horas en obtenida por bombeo, puede resultar perforar el pozo y en montar una incluso más económica o mejor que la bomba de mano. El número de pozos superficial que exista. de este tipo es enorme y proporciona En Libia, y merced al proyecto casi la totalidad del agua potable en Sarir, se alcanzó una reserva natural las zonas rurales. de agua subterránea que permite Entre los proyectos más ambiciosos regar 15.000 hectáreas de desierto. de captación de agua está el desvío Se riega por aspersión de los cultivos, del cauce de los dos principales ríos método que consiste en bañar una del Asia septentrional, el Obi y el zona circular a través de un brazo Yenisei, que atraviesan miles de kilógiratorio pivotante en cuyo extremo metros de tierras casi deshabitadas y superior hay un aspersor; el agua la permanentemente heladas antes de suministra una bomba sumergible. llegar al océano Artico. El proyecto Aunque el proyecto tuviese un gran prevé la construcción de grandes coste y exigiera técnicas refinadas, diques y canales que llevarían el agua presenta el rasgo atractivo de que hacia el sudoeste, por tierras más
TEMAS 24
cálidas y campos potencialmente ara- mente para riego. Aunque se puedan bles, desembocando en el mar de Aral. elevar esas cifras, habrá que consideUn proyecto similar prevé el desvío rar si el coste del agua obtenida no del río Mackenzie de su actual cauce resultará superior al beneficio deria través del Artico canadiense. vado de su utiliza ción . Los éxitos mayores se han cosechado regulando n las zonas que padecen una esca- el consumo de modo que se le saque sez grave y prolongada de agua más partido al agua utilizada. y en las que el agua se convierte en el factor limitante del desarrollo as inversiones destinadas al deeconómico habrán de considerarse sarrollo de los recursos hídricos medidas más complejas. Podría modi- no suelen superar el 1 o 2 por ciento ficarse la distribución de la lluvia del producto nacional bruto. La mayomediante procedimientos tales como ría de los países no pueden forzar ese la fumigación de nubes u otras técni- techo sin que se produzcan efectos cas que alteren la meteorología local. negativos en los restantes sectores. Las pérdidas por evaporación a partir El capital es un recurso más limitado de los embalses, que constituyen la que el agua y precisa de métodos principal causa de disminución de las parecidos para su conservación. De reservas en las zonas de clima seco, la misma manera que el agua se podrían reducirse extendiendo una aplica a los usos que proporcionan capa de petróleo sobre la película un mayor beneficio económico, la superficial. Podría pensarse en la inversión técnica debe centrarse en recuperación de las aguas residuales los puntos que rindan una mayor y las reservas subterráneas podrían cantidad y calidad. volverse a cargar a partir de aguas En el sector agrícola se gana mucho superficiales o incluso de las aguas más rehabilitando sistemas de regadío residuales convenientemente trata- ya existentes que extendiendo la das. La desalinización del mar cons- superficie del suelo regable. Muchos tituye una técnica habitual, aunque de los países en vías de desarrollo, de coste elevado, que aún lo será más principalmente en sus zonas rurales, a medida que el precio de los combus- saben que la necesidad más imperiosa tibles vaya aumentando. Una idea que es garantizar agua potable e instalar habrá que considerar seriamente es plantas depuradoras de aguas resiel transporte de agua por buques duales. A pesar de que la demanda supertanques. global prevista continuará siendo Algunos de estos proyectos tienen durante muchos años muy inferior a visos de aplicabilidad, aunque sólo los la cantidad de agua disponible, el países ricos podrían ponerlos en prác- excedente mundial no proporciona tica, y aun así no contribuirían más que ningún alivio a los países y regiones de forma marginal a resolver las nece- que padecen una escasez crónica. Para sidades de agua, pues el crecimiento de estas zonas no hay abiertos más que la demanda durante el tiempo de su dos caminos. Uno es el aumento del construcción pudiera ser muy superior suministro mediante la construcción a la capacidad que aporten. de presas y de otras medidas que conDurante cierto tiempo podrá aten- trolen el ciclo natural del agua. El otro derse a la demanda en los lugares consiste en organizar la demanda de deficitarios agotando las reservas acu- suerte que el agua disponible se aplimuladas (como las aguas sub- que a satisfacer las necesidades más terráneas), pero la sobreexplotación urgentes y de mayor rendimiento. Y de estos recursos no puede continuar lo más probable es que haya que rede modo indefinido. Habrá que adap- currir a ambas soluciones a la vez. tar la demanda a los recursos, de suerte que el bien escaso disponible En 1998 se creó una Comi sión se suministre a quienes más lo nece- Mundial de Represas, que elaboró un siten y a los usos que prometan un informe del resultado de sus trabajos, mayor beneficio económico. publicado en noviembre de 2000. Puede Vale recordar a este propós ito el accederse a su texto com pleto, o a verejemplo de Israel, que ha llegado a la siones resumidas en diversos idiomas, explotación del 95 por ciento de sus entre ellos el es pañol, a través de Internet recursos naturales de agua, sin olvi- en la dirección www.dams.org. dar la desalinización y recarga artifiComo ejemplo de las actividades de cial de los acuíferos. El aprovecha- obtención de agua dulce por desalinización miento de las aguas residuales de agua de mar realizadas en Canarias representa una cifra notable: se recu- pueden visitarse www.cabildo.com / pera el 20 por ciento de las aguas inalsa/inalsa1.htm o www.canariasresiduales, tanto industriales como internet.com/webs/ proexca/castedomésticas, que se utilizan principal- llano/aguas/aguas.htm.
E
L
AGUA
COLABORADORES DE ESTE NUMERO Traducción: Sónia Ambrós: Mapas oceánicos, Los orígenes del agua terrestre y Tsunamis; Agustín Juliá: Agua; José G. Catalán: La salinidad de los ríos ; Montserrat Domingo: Los dedos de sal del océano; Manuel Puigcerver: Gigantescas cataratas oceánicas ; Miquel Gich: La historia del Atlántico ; Esteban Santiago: El agua y las moléculas de la vida
Portada: Woody Woodworth/CreationCaptu re Página
Fuente
2
Centro de Vuelos Espaciales Goddard, NASA William F. Haxby National Centers for Environmental Prediction William F. Haxby Centro de Vuelos Espaciales Goddard, NASA William F. Haxby William F. Haxby (arriba ); U.S. Geological Survey (abajo ) Don Dixon Don Dixon (arriba ); David Schneider (abajo) Edward Bell Laboratorio de Propulsión a Chorro, NASA Tom Moore Earth Satellite Corporation Alan D. Iselin EROS Data Center, NASA Andrew Tomko Ilil Arbel Charlie Siegel, Water and Power Resources Service Barry Ross Princeton University Press (izquierda); Sydney Magazine of Science and Art ( centro); University of Wisconsin Press (derecha ) Johnny Johnson (arriba ); Richard Megna (abajo ) Barry Ross Robert Frazel, Institución Oceanográfica Woods Hole George Retseck Robert Frazel, Institución Oceanográfica Woods Hole Andrew Tomko Albert Miller Andrew Tomko Albert Miller Otis Brown, H. M. Carle y S. Emerson, Universidad de Miami F. Chávez, Miquel Zabala y Jordi Corbera Jana Brenning (ilustración ); Robert Beck y Kathleen Norris Cook ( fotografías) Palani Mohahn Laurie Grace Paolo Bosio Jennifer C. Christiansen Kioto News Service (arriba); NOAA (abajo) Departamento de Geología e Industrias Minerales de Oregón Corbis ( fotografías); Laurie Grace (dibujo) Michele G. Bullock, NOAA Corps Mark Gerstein y Michael Levitt
3 4 5 6 7 8-9 10-11 12 13 14 15 17 18-26 29 30-31 32-34 35-39 42-43 44-45
46 47 49 50-54 55 58-64 65-66 67-69 70 73-74 75-80 82-83
84 85 86 87 88 89 90 91 92-96
27
La salinidad de los ríos
Arthur F. Pillsbury
Los ríos vierten al océano las sales que se disuelven de las rocas. Cuando se aprovecha su curso para el riego, la evapotranspiración concentra las sales en el suelo, creando problemas agrícolas
M
uchas civilizaciones antiguas surgieron a raíz del encauzamiento de los cursos flu viales y del aprovechamiento de sus aguas para el riego de zonas áridas donde cosechar luego. El éxito del proyecto dependía de que los habitantes aprendieran a trabajar mancomunados hacia un mismo fin. El más productivo de los sistemas antiguos se desarrolló en el extremo sudeste del Creciente Fértil, el ancho valle formado por el Tigris y el Eufrates en lo que ahora es Irak. La civilización se propagó desde allí hacia el este, avanzando hacia Irán, Afganistán, Pakistán, India y China, a dondequiera los ríos discurrieran por valles de suelos formados por depósitos aluviales recientes. En la cima de su productividad las regiones de regadío mantuvieron probablemente a más de un millón de habitantes cada una. Todas esas civilizaciones terminaron extinguiéndose y siempre por la misma razón: la tierra se tornó salobre, inadecuada para la siembra. Las sales disueltas, procedentes de la meteorización de las rocas de las alturas, se concentraron en los campos de regadío a medida que el agua desaparecía por evaporación de la superficie y por transpiración de las ho jas de las plantas semb radas. Aunque las inundaciones, las plagas y las guerras también se cobraron su tributo, la razón última de que las civilizaciones basadas en el riego de las tierras desaparecieran yace en la salinización de éstas. De ese destino fatal sólo se libró una notable excepción: el valle del Nilo, en el extremo oeste del Creciente Fértil. ¿Por qué? Pues debido a que hasta tiempos muy recientes no se practicaba allí un riego propiamente dicho. La crecida anual del Nilo inundaba una ancha franja de tierra, extendida a lo largo del valle, que depositaba, año tras año, una nueva capa de suelo fértil. Estas inundaciones impedían la acumulación de sa-
28
les. Al infiltrarse en el suelo, el agua las lixiviaba y las transportaba hacia las aguas subterráneas, que terminaban por drenar el propio lecho del río. Se alcanzaba así, más o menos automáticamente, un balance de sales; iban éstas a parar al Mediterráneo, siglo tras siglo, como ocurría ya milenios antes de los albores de la agricultura. Con la construcción de la presa de Asuán, en la cabecera del Nilo, y la introducción del sistema normal de riego, Egipto se enfrenta ahora con el problema universal de la acumulación de sales en los campos de regadío.
L
os cultivos de regadío presentan muchas ventajas sobre la agricultura de las regiones húmedas, a pesar del elevado coste del agua y de su distribución. Los campesinos obtienen dos o más cosechas por año de ciertas plantas de crecimiento rápido, tales como cereales y legumbres. Cabe esperar además que un clima seco rebaje los costes de siembra, de cultivo, de limpieza, de recolección y de control de las enfermedades e incremente la producción y la calidad. El agua puede suministrarse siempre que sea necesario para recoger una cosecha óptima. Y lo más importante es que ya se dispone de las técnicas suficientes para resolver el problema
de la salinización y para practicar una agricultura de regadío permanente, en el sentido literal del término. Describiré aquí estas técnicas, según se aplican en Estados Unidos, donde se practica el riego intenso desde principios del siglo XX . Todas las aguas naturales, incluidas las llamadas dulces, contienen sales. Un manantial virgen, al manar de una montaña, puede no llevar más que 50 partes por millón (p.p.m.) de “sales” o de sólidos disueltos (sólidos totales disueltos). La media de las aguas oceánicas se cifra en torno a las 35.000 p.p.m., un 3,5 por ciento, de sólidos disueltos. No me refiero sólo, por supuesto, a la sal común de mesa, el cloruro sódico. Esta es la más soluble de todas las sales comunes y constituye cerca de un tercio de todas las contenidas en el agua de mar. Pero hay muchas otras sales en las aguas naturales, predominando los carbonatos, los cloruros y los sulfatos de calcio, de magnesio y de sodio. Si aceptamos la estimación comúnmente citada de que las cuencas oceánicas contienen 1320 millones de kilómetros cúbicos de agua salada, con una concentración promedio de 35.000 p.p.m. de sólidos disueltos, hay alrededor de 3,2 × 10 18 toneladas de sal en todos los océanos del mundo. Hay además grandes cantidades de sal,
1. YUXTAPOSICION FORTUITA del valle Imperial y del mar de Salt on en el sudeste de California, cerca de la frontera entre los Estados Unidos y México. Permite llevar las aguas salobres drenadas desde los campos de regadío hasta una laguna natural de 950 kilómetros cuadrados de superficie, casi tan salada como el océano. Esta fotografía, tomada desde un avión U-2, al servicio de la National Aeronautics and Space Administration, desde una altura de 20.000 metros, recoge sólo la punta del extremo nororiental de las 200.000 hectáreas que posee el valle Imperial, la mayor extensión de regadío del hemisferio occidental. La vegetación, intenso reflector de rayos infrarrojos, aparece en un tono rojo brillante en la película infrarroja Aerochrome usada para la fotografía. El agua destinada al riego se transporta a lo largo de 30 kilómetros desde el río Colorado por medio del canal Panamericano (véase el mapa de la página siguiente). Este canal abastece al canal East Highline (que se aprecia inmediato a los campos de cultivo, a lo largo del mar de Salton) y al canal Coachella, ligeramente al este, que cruza la fotografía, en diagonal, desde la parte superior izquierda hasta la inferior derecha. El canal Coachella transporta agua del río Colorado otros 200 kilómetros hasta la zona de regadío que se encuentra al norte del mar de Salton.
TEMAS 24
fundamentalmente en forma cristalina, en los continentes y rellenando cavidades antiguas. Estos depósitos de sales son un resultado de los diversos procesos geológicos que resume el término meteorización. La meteorización tiene lugar bajo condiciones tales que posibilitan la oxidación de los cristales de los minerales que constituyen la roca. Aunque la meteorización engloba procesos físicos, químicos y biológicos, los físicos son los principales por su generalidad e importancia. La acción mecánica fractura la roca, exponiendo a los agentes de meteorización un área superficial mucho mayor. Así el hielo y el deshielo alternativo del agua introducida en las grietas de las rocas ejerce fuerzas de compresión y expansión que pueden fracturar el más fuerte de los materiales. El agua fluyente, el viento y la acción de molienda de las rocas en el lecho de los arroyos y en el fondo de los glaciares contribuyen
a la meteorización física. La meteorización aporta sales y partículas de roca que se transportan desde las tierras altas hasta las llanuras, donde pasan a formar parte de los principales constituyentes del suelo.
proceso el agua caída brota en arroyos o reaparece en superficie a través de manantiales. Este flujo es el que hace que los arroyos y las fuentes persistan mucho más que lo que podría esperarse de la naturaleza intermitente de las precipitaciones. as fuerzas físicas actúan con maEl agua retenida en el suelo y en la yor energía en los puntos más al- franja capilar suprayacente a la capa tos, donde son máximas. De ello re- freática (la zona donde el agua puede sulta que la meteorización y la ascender por acción capilar) es aproconsecuente producción de sales al- vechada en buena proporción por las canzan sus valores más altos en las raíces de las plantas, que la toman cotas más elevadas. Componente mediante el proceso de ósmosis. La esencial del proceso de meteorización mayor parte de esta agua se transpies el agua de precipitación, que di- ra a través de las hojas de las plansuelve las sales. Por ello las sales tas y pasa a la atmósfera en forma de tienden a estar diluidas en zonas de vapor. El agua se evapora también digran precipitación. rectamente desde la superficie del Cuando llueve o nieva, la mayor suelo. Cuando cambia la presión baparte del agua se infiltra en el suelo. rométrica o el viento induce cambios El exceso que sobrepasa la capacidad transitorios en la presión, el suelo de retención de agua que tenga el sue- “respira”. Puesto que a ras de suelo lo suele formar una capa freática a el aire está casi siempre saturado de cierta profundidad. Al final de este humedad, la respiración representa
L
2. EL CANAL PANAMERICANO nace en un embalse anterior a la presa Imperial, en el curso del río Colorado. Con 130 kilómetros de longitud, acarrea las dos terceras partes de los 6500 millones de metros cúbicos por año de agua que se han extraído últimamente del Colorado con destino a California. Ese estado se habrá de conformar con 5400 millones de metros cúbicos por año. Unos 3650 millones de metros cúbicos por año llegan ahora a los campos del valle Imperial. El rectángulo encierra el área mostrada en la figura 1. El agua que se recaba del río Colorado contiene alrededor de 800 partes por millón (p.p.m.) de sólidos disueltos (“sales”). Unas tres cuartas partes del agua utilizada para riego se evaporan o transpiran a través de las hojas de las plantas; así pues, el agua drenada de los campos de riego llevará alrededor de 3200 p.p.m. de
30
sales. La mayor parte del agua drenada desemboca en el mar Salton a través de río Nuevo y río Alamo. En los últimos milenios el Colorado desembocó aproximadamente la mitad del tiempo en el golfo de California y la otra mitad en el mar de Salton, formando el antiguo lago de Cahuilla. Cuando los exploradores europeos vieron por primera vez el Colorado, moría en el golfo de California. Y así lo hizo hasta 1905, en que una avenida lo desvió de nuevo hacia la hoya de Salton (como se conocía entonces). Aquí vertió sus aguas durante dos años, antes de que pudiera redesviársele a su cauce primero. La superficie del mar de Salton se encuentra ahora a 70 metros por debajo del nivel del mar, alcanzando el agua un máximo de 12 metros de profundidad, y constituye la mayor masa de agua de California.
TEMAS 24
BOMBA DE DESCARGA
TUBERIA DE DESAGÜE
SUMIDERO
VALLA DEL TERRENO
3. SE SUELEN DRENAR LOS CAMPOS DE RIEGO para mantener el equilibrio de sales en torno a las raíces de las plantas. El agua de riego que se infiltra a través del suelo se enriquece en sales, debido a la evapotranspiración, la combinación de la evaporación directa y de la transpiración de las plantas. Para captar esta agua salobre el agricultor instala tuberías, en tendido paralelo, a una profundidad de unos 2 metros y separadas entre sí de 75 a 90 metros. Las tuberías, que están
colocadas sin uniones o perforadas, se solían hacer antes de arcilla o de hormigón, pero ahora acostumbran ser de plástico. Los desagües forman los cauces abiertos, por donde circula el agua subterránea cuando se alcanza un nivel que puede dañar las raíces. El agua salada corre hac ia un desagüe, aunque algunas veces se lleva hasta sumideros, de donde se bombea a grandes canales, los llamados colectores de desagües.
una evaporación adicional. No es Recursos y condiciones climáticas que dependerá del tipo de cultivo y del clipráctico, pues, determinar por un la- se han explotado para abastecer los ma. Unas tres cuartas partes del agua do la cantidad de humedad del suelo mercados interior y exterior con una aplicada se pierde por evapotranspique se pierde por evaporación y por diversificada selección de alimentos ración. El resto, que mantiene todas otro la que se pierde por transpira- y de fibras, complementaria en bue- las sales originalmente disueltas (exción; de ahí que se considere la pérdi- na medida de los productos agrícolas cepto la pequeñísima cantidad que se da total de la superficie del suelo y la de las regiones húmedas. incorpora en la propia planta), percode la vegetación, globalidad que reciLa agricultura de regadío es costo- la hacia abajo y hacia los lados. Así be el nombre compuesto de evapo- sa. Hay que levantar presas donde hundida y embebida en el suelo, el transpiración. embalsar el agua y excavar canales agua llegará a un acuífero subterráHay evaporación directa también que la lleven allí donde se precisa. Si neo o reaparecerá en otro punto, curdel agua superficial de riachuelos, se encuentra en acuíferos subterrá- so abajo, como una surgencia de un ríos, lagos, pantanos, canales y alber- neos, hay que utilizar energía para río o un cauce natural, ya sea direccas. El resultado de todos los proce- bombearla hasta la superficie. Sólo tamente, ya sea por medio de una sos evaporativos es la destilación de en California, las empresas públicas zanja de drenaje. agua pura desde la fase líquida, de- y privadas se han gastado miles de Si, como parece razonable, el pro jando las sales en el agua no evapo- millones de dólares en la potenciación medio anual de agua utilizada en rerada. Si tenemos presente que la ma- de los recursos hídricos, sobre todo en gadío en el oeste de los Estados Uniyoría de las cuencas del oeste de los el sector agrícola. El estado está cru- dos equivale a una capa de 91 Estados Unidos se hallan completa- zado por miles de kilómetros de cana- centímetros sobre el área cultivada, mente cubiertas de una vegetación les y de tuberías de hormigón que su- a lo largo del año se verterán unos densa, comprenderemos que la con- ministran agua a unos 3,6 millones 145.000 millones de metros cúbicos centración natural de las sales en las de hectáreas, un quinto del total de de agua en unos 16 millones de hecaguas dulces sea un proceso general la tierra de regadío de la nación. El táreas de tierra. Aproximadamente y significativo. valor de las cosechas de California se 109.000 millones de metros cúbicos cifró en 9200 millones de dólares en del volumen total se pierden por evano de los principales recursos na- 1980, lo que representó más del 13 potranspiración. Los 36.000 millones turales del oeste norteamerica- por ciento del valor total de la cose- de metros cúbicos restantes contienen no son sus ríos, cuyas aguas pueden cha norteamericana de ese año. Cali- todas las sales originales (con la salrepresarse en pantanos o en acuífe- fornia produce un 40 por ciento de los vedad antedicha), a una concentr aros subterráneos naturales y liberar- alimentos frescos y hortalizas del ción cuádruple. (El agua de buena calas a discreción. Otro recurso impor- país. lidad puede aprovecharse dos veces tante es el suelo aluvial de los valles La cantidad de agua que debe apli- al menos, directa o indirectamente áridos y semiáridos, favorable para la carse anualmente a la tierra de rega- antes de que se torne demasiado saagricultura de regadío, con múltiples dío equivale a una capa de 30 a 150 lobre para nuevos usos.) A causa del climas excelentes para la siembra. centímetros de altura, variación que riego intensivo los estados del oeste
U
AGUA
31
—y California en particular—, que gastan más de 37.000 millones de metros cúbicos de agua para sus cosechas, se enfrentan con un grave problema a la hora de aislar y de desprenderse del agua salobre. A la concentración de sales por evapotranspiración se suma otra clase de concentración, que surge del almacenamiento y del transporte del agua antes de que la misma llegue al punto de aplicación. La evaporación se produce en las presas, a lo largo de los canales de distribución y en los numerosos embalses reguladores. Si los nuevos pantanos se levantan en zonas montañosas, donde la precipitación es grande y donde la tierra estuviese antes cubierta por bosques y praderas, el aumento que registre la evaporación apenas si se notará. Ello obedece a que la evaporación de la preexistente vegetación natural se ha reemplazado en un grado aproximadamente igual por la simple evaporación. Pero la mayoría de las albercas se hallan en zonas desérticas o en ambientes de pobre vegetación, otrora cubiertos de un tapiz ralo en el que predominaban los matorrales, los arbustos y los chaparrales, en cuyo caso la evaporación supera en mucho a la primitiva evapotranspiración. Ejemplos característicos de esta situación son la presa de Hoover, en el
río Colorado, la de Elephant Butte, en el río Grande, y la presa de la Grand Coulee, en el río Columbia.
L
os grandes ríos del oeste norteamericano nacen en montañas donde suele registrarse una precipitación anual elevada. La concentración de sólidos totales disueltos en las montañas, o en su vecindad, es pequeña, comúnmente del orden de 50 p.p.m. en la mayoría de los ríos. Muchos ríos del oeste recorren grandes distancias a través de regiones áridas o semiáridas, particularmente en sus zonas más bajas; ello supone que la concentración de las sales por mor de la evaporación se elevará progresivamente con la distancia aguas abajo. Si se desvía parte del caudal para el riego, la concentración de sales aumentará debido a la evapotranspiración. Cada vez en mayor proporción se utiliza el agua para refrigeración, como en los sistemas de refrigeración de las centrales térmicas de combustible fósil y nucleares, las cuales también “consumen” agua a través de la evaporación, concentrándose de ese modo las sales. Hace algunos años me pareció interesante analizar varios sistemas de grandes ríos y estudiar la relación entre la cantidad de sales transportadas por un río en un determinado
punto y la cantidad de agua que había entrado en el río aguas arriba de ese punto. A tal fin calculé la producción anual de sales de la cuenca por encima del punto dado en toneladas por kilómetro cuadrado y la producción anual en metros cúbicos por kilómetro cuadrado de la propia cuenca. Los registros del contenido en sales y del caudal de los principales ríos los lleva a cabo una red de estaciones adscritas al Servicio Geológico de los Estados Unidos. Tomé diez años como período sobre el que promediar los registros, por ser ésta la duración de tiempo máxima de registro disponible. Para el estudio seleccioné los ríos siguientes: Missouri, Arkansas, Río Grande, Pecos, Colorado, Gila, Salt, Agua Fría, Sevier, Humboldt, San Joaquín, Mokelumne, America n, Colu mbia y Will amette. Estos quince ríos transportan el grueso de la precipitación que cae en los once estados más occidentales de la Unión. Cuando se representa a escala logarítmica la producción de sal en función de la producción de agua, la relación demuestra que es notablemente lineal y refuta la creencia común de que los ríos que discurren a través de las regiones más áridas llevan más sales (véase la figura 6 ). La verdad es que a mayor producción de agua por
EVAPOTRANSPIRACION: 110.000 MILLONES DE METROS CUBICOS
145.000 MILLONES DE METROS CUBICOS DE AGUA DE RIEGO
4. EN EL RIEGO DE LOS CAMPOS se invierte la mayor parte del agua de los Estados Unidos. Se computa por consumida el agua utilizada para las cosecha s porque tres cuartas partes se disipan a la atmósfera a través de la evapotranspiración. Se estima que alrededor de 145.000 millone s de metros cúbicos de agua por año se aplican a unos 16 millones de hectáreas de tierra en los estados del oeste, esto es, alrededor de 200 milímetros de agua por cada metro cuadrado regado en el
32
APLICADOS A 16 MILLONES DE HECTAREAS DE TERRENO
PRODUCEN 35.000 MILLONES DE METROS CUBICOS
período de cultivo. Admitiendo que tres cuartas partes del agua, unos 110.000 millones de metros cúbicos, se pierdan por evapotranspiración, las sales presentes en el volumen original, representadas en la ilustración por el sombreado en color, se concentran en los 35.000 millones de metros cúbicos restantes de agua. Esta agua contiene frecuentemente más de 2000 p.p.m. de sales, que deben eliminarse de los campos de cultivo.
TEMAS 24
kilómetro cuadrado, producción de saSOLIDOS TOTALES CONDUCCION RAZON DE les más elevada. La relación se hace DISUELTOS ELECTRICA RIO Y LOCALIZACION ABSORCION (PARTES (MILISIEMENS POR mucho más patente cuando se toman DE SODIO POR MILLON) CENTIMETRO) en consideración la gran variación en el tipo y edad de las rocas de las cuenCOLUMBIA, EN WENATCHEE, WASH. 78 0,15 0,2 cas de los diversos ríos, la relativa breSACRAMENTO, EN TISDALE, CALIF. 180 0,16 0,6 vedad de los diez años de registro disponible y los efectos de las desviaciones MISSOURI, EN WILLINSTON, N.D. 574 0,84 2,0 a través de las cuencas, que transporCOLORADO, EN YUMA, ARIZ. 740 1,06 2,2 tan volúmenes sustanciales de agua RIO GRANDE, EN EL PASO, TEX. 754 1,16 3,6 con bajo contenido en sales de una cuenca a otra. ARKANSAS, EN LA JUNTA, COLO. 981 1,21 1,5 El río más caudaloso y rico en sales es el Willamette, en Oregón, que 5. LA CALIDAD DE LAS AGUAS DE RIEGO en el oeste de los Estados Unidos varía discurre a través de una región de considerablemente. Su amplia diversidad queda reflejada en estos ejemplos tomados de seis ríos. Al Columbia, en el extremo noroccidental, que se extiende a lo largo de precipitación muy alta. La menor productividad, tanto en sales como en casi 2000 kilómetros y presenta una descarga total de 556.000 millones de metros agua, corresponde al Gila, que fluye cúbicos por año, sólo lo supera en caudal total el Mississippi. El Arkansas, aún más largo que el Columbia (2330 kilómetros), no descarga más que un sexto del agua del por una región desierta, pasada la anterior y ocupa el decimotercer puesto entre los ríos de los Estados Unidos. Las presa de Gillespie, en el sudoeste de descargas de los otros cuatro cursos fluviales quedan muy atrás. La expresión “sóli Arizona. Todavía en nuestros días se dos totales disueltos” se sigue empleando bastante para medir la salinidad, que asegura que Arkansas, Pecos y Colo- suele expresarse en “partes por millón” (p.p.m.); las otras características de la tabla rado son ríos muy salados porque lixi- resultan, empero, más significativas para los agricultores. La conductividad eléctri vian paulatinamente lo s antiguos le- ca tiene una mayor influencia en el crecimiento de las plantas que la salinidad. Son preferibles los valores bajos. La razón de absorción de sodio se calcula a partir de chos de sal enterrados. Pero las los iones sodio, calcio y magnesio, expresados en miliequivalentes por litro de cada pruebas de que disponemos no corroion. La razón expresa el exceso de sodio, o la deficiencia de calcio, que afecta a la boran ese juicio. La salinidad de los permeabilidad del agua en el suelo. Los valores por debajo de 10 son satisfactorios. ríos es simplemente un problema de la cantidad relativa de agua que se transforma en vapor por acción natu- en una zona húmeda es inicialmente da del riego de los campos del Valle ral o por intervención del hombre. pequeña; no habrá así mucho que su- Imperial y de Coachella se canaliza La clave para el mantenimiento de bir por acción capilar durante la es- hacia el mar de Salton, cuya saliniun balance o equilibrio salino en los tación seca. Además los períodos se- dad supera ligeramente la del océacampos de riego está en un drenaje cos no suelen dilatarse. En los climas no. Un 90 por ciento del caudal que adecuado. Sea natural o artificial, el áridos las acequias de drenaje o las desemboca en el mar de Salton es drenaje remite al traslado del agua zanjas de desagüe deben ser más pro- agua residual de los distritos del Vadesde un sitio donde no interesa a fundas que en las regiones húmedas, lle Imperial, de Coachella y de Mexiotro, mediante un conducto o canal a fin de impedir el movimiento de las cali. que puede correr por, sobre o bajo el sales hacia arriba. Se les considera suelo. La expresión drenaje agrícola eficaces cuando los canales de drenaos campos de regadío del Valle Imperial han sido exportadores alude específicamente a las medidas je se han construido a 180 centímeencaminadas a hacer más honda una tros, por lo menos, bajo el nivel del netos de sales desde 1955, desaguancapa freática que está demasiado cer- suelo. El efluente de la red de drena- do alrededor de un 15 por ciento más ca de la superficie para permitir el je debe descargarse de tal forma que de sales de las que transporta el cacrecimiento óptimo de las cosechas. la sal arrastrada por el agua de riego nal Panamericano hasta la región En las regiones húmedas se rebaja la se vierta sin lesionar los intereses de desde el Colorado. El agua vertida al mar de Salton contiene alrededor de capa freática a fin de crear un suelo los usuarios del agua curso abajo. aireado en torno a las raíces de las En el sur de California, junto al Va- 3500 p.p.m. de sales y sirve para replantas e incrementar su consisten- lle Imperial, que constituye la exten- tardar la tasa de incremento del nicia para las faenas de labranza y pa- sión de tierra de labor de regadío ma- vel de salinidad total de dicho mar. ra otras labores agrícolas. Esa es la yor del hemisferio oeste, existe un El Salton, que se encuentra a 70 merazón de que puedan observarse en lugar notable y fortuito para absor- tros por debajo del nivel del mar, era ellas redes de acequias o zanjas de ber el agua salobre drenada. Más de una depresión seca e incrustada de desagüe de hormigón, a una profun- 200.000 hectáreas se cultivan en el sales hasta 1905, cuando una crecida didad de entre 30 y 150 centímetros valle. Para regar tan vasta exte nsión del Colorado rompió los diques natubajo la superficie. se trae agua desde 130 kilómetros de rales. El agua del Colorado se estuvo distancia, desde el río Colorado, a tra- vertiendo en la depresión durante dos n las regiones áridas el drenaje vés del canal Panamerican o. Este ca- años, hasta que se la volvió a encauha de cumplir además otra mi- nal abastece también al canal Coache- zar a su antiguo lecho. Con un área sión, la de mantener un balance de lla, que lleva el agua del río Colorado de 958 kilómetros cuadrados el mar sales satisfactorio en la proximidad otros 196 kilómetros más allá hasta de Salton es el mayor lago de Califorde las raíces de las plantas. En zonas una rica zona agrícola de unas 25.000 nia y una importante zona de rede gran pluviosidad o donde se prac- hectáreas. (El Colorado aporta algo creo. tique el riego el agua y las sales per- más de la mitad del agua consumida Donde no exista un mar de Salton colan hacia abajo. El agua y las sales en el sur de California, incluido el su- o algo parecido que reciba el agua dreascienden por acción capilar en tiem- ministro municipal de las dos mayo- nada de los campos de riego, el propo seco y entre riego y riego. La can- res ciudades del estado: Los Angeles blema relativo al equilibrio salino se tidad de sales que entran en el suelo y San Diego.) El agua salobre drena- hace más espinoso. El vulgo piensa
L
E
AGUA
33
103 ) ) 2 O M A K Y R A O P D A S A R D D A A L U E C N A O L T L I 9 2 5 M , 10 2 R O = P A S D A A R D A D L A E U N C O A T ( L L S I E M L A R S O P E A D D 10 N A O I L E C N C O U T D A O N R P U (
R. WILLAMETTE
(ORE.) R. ARKANSAS
(ARK.)
R. COLUMBIA
(WASH.)
1
R. SALT
(ARIZ.) 3
R. PECOS
2 R. AMERICAN
(CALIF.)
(N.M.) 4 R. SEVIER
R. MOKELUMNE
(UTAH) R. MISSOURI
(NEB.)
R. SAN JOAQUIN
(CALIF.)
(CALIF.)
R. GILA
(ARIZ.)
R. AGUA FRIA R. HUMBOLDT
(ARIZ.)
(NEV.) 1, 2, 3, 4
R. COLORADO R. GRANDE
1
1 10 102 103 PRODUCCION DE AGUA (ACRES-PIE POR MILLA CUADRADA Y AÑO) (UN ACRE-PIE POR MILLA CUADRADA = 3194,7 M 3 POR KM2)
104
6. LIXIVIACION DE LAS SALES DEL SUELO. Es función directa de la precipitación: cuanto mayor es la escorrentía por unidad de área de la cuenca, mayor es la cantidad de sal que transporta el río que drena la cuenca. Para cuantificar la relación el autor analizó registros del Servicio Geológico de los Estados Unidos, referidos a un período de diez años, sobre el contenido de sales y el caudal del río en los puntos de muestreo seleccionados, en quince cursos del oeste de los Estados Unidos. El contenido en sales y el caudal se relacionaron con la superficie de la cuenca situada por encima de los puntos de muestreo, a fin de calcular los valores de la producción de sal en toneladas y producción de agua en acres-pie por milla cuadrada y año. Una representación logarítmica de los dos valores se aproxima claramente a una línea recta. El río Willamette, que drena la cuenca que goza de la mayor precipitación por unidad de superficie de los considerados, también produce más sales por milla cuadrada de cuenca. El río menos productivo, tanto en agua como en sales, es el Gila, que atraviesa la región extremadamente árida de Arizona.
que el agua de un río, además de ser modo u otro, las sales se retienen en dulce, tiene que seguir siéndolo aguas las cuencas de los ríos. abajo, hasta su desembocadura o su No sólo sedimentan las sales en dientrada en un estuario. La realidad versos lugares del sistema, sino que, raramente se aparta de ese desiderá- por si fuera poco, se toman medidas tum en las regiones húmedas del que impiden deliberadamente su mundo, pero no así en las más áridas, arrastre hasta el mar. La legislación donde los ríos hayan sido explotados norteamericana recoge las demandas para fines agrícolas. Antes de que el de los ecologistas y las de los usuarios hombre empezara a regular los cau- del agua, que defienden el mantenices, las avenidas estacionales cum- miento indefinido de los ríos, si no plían bien la misión de arrastre de sa- “wild and scenic” (silvestres y pictól e s h a s t a e l o c é a n o y l a d e ricos), sí al menos con agua dulce a lo mantenimiento del equilibrio salino largo de todo su curso. La reglamenen la cuenca fluvial. Actualmente, con tación y la aplicación de medidas palos caudales regulados por sistemas ra llevar a la práctica tal propósito rede represa y con elevadas tasas de sultan peligrosas para el futuro. El consumo del agua que liberan, no que- hilo conductor de esos proyectos es el da ya flujo residual que permita ob- desvío de los flujos salinos desde dontener un buen balance. Y así, de un de se encuentran hasta las charcas de
34
evaporación. Allí se evaporará el agua superficial dejando tras de sí, capa sobre capa, las sales cristalinas. Se pretende que las charcas de evaporación se localicen allí donde el suelo subyacente sea ya salino o donde sea relativamente poco poroso. Cuando no se dé ninguna de esas condiciones, se forrarían las charcas con un material impermeable. Estos proyectos, concebidos para retener las sales en la propia cuenca fluvial, pueden resultar eficaces durante algunos años o decenios a lo más, pero terminarán siendo desastrosos a largo plazo. ¿Por qué? Son varios los motivos del fracaso. Aunque nada haya contra el hecho de que las aguas subterráneas que se encuentran debajo de las charcas de evaporación sean salobres o salinas, las cuencas subterráneas dotadas de gradiente de flujo habrán de desaguar en algún punto próximo a su extremo más bajo. El agua salina de la cuenca de evaporación ayudará a incrementar la “diferencia de nivel”, o presión hidráulica, sobre las aguas salinas subyacentes y por tanto aumentará la tasa de descarga en la salida natural, causando daños en las aguas subterráneas y en las tierras curso abajo. Si la charca de evaporación se construye en un suelo impermeable al agua dulce, hallaremos que el terreno en cuestión se irá haciendo más permeable con la salinidad del agua. Este hecho se ha comprobado reiteradamente. Son muchos los tipos de materiales que se han propuesto para impermeabilizar las charcas de evaporación: encofrado de caucho y de plástico, mezclas asfálticas y tipos especiales de hormigón. Es probable que algunos encofrados tengan una vida eficaz de hasta unos 50 años, pero cabe esperar que no duren más. Sin duda su vida será mucho más breve cuando estén expuestos al agua salina que cuando lo estén al agua dulce, que suele ser su destino normal. Otro de los principales empeños puestos hoy en el mantenimiento de las aguas dulces en las zonas bajas del sistema de dársenas del río es la construcción de “canales salinos”. Se trata de canales o tuberías impermeabilizados a través de los cuales lleguen al océano o a algún sumidero las aguas salobres. Los conductos deben estar a un nivel superior al de los ríos o sistemas adyacentes destinados a la distribución del agua de riego, al objeto de asegurar que el agua salada de los sumideros no vuelva a contaminar el agua limpia. Ello significa que el efluente del sistema de drenaje, junto con la posible agua sa-
TEMAS 24
lina o salobre de las fuentes, habrán menor. El suelo de sedimentación de mayor inclinación. El nuevo canal de bombearse hasta los canales sali- valle posee, pues, una textura media, englobará al viejo a medida que la nos, lo que comportará un considera- abundando las margas. corriente lo vaya erosionando. Con ble costo de energía. Aun cuando se Donde la velocidad de la corriente el tiempo, inundación tras inundaaceptara el coste energético, los cana- se reduce hasta casi ser nula, en las ción, los sedimentos crecerán, tapoles de agua salina no podrían por sí zonas situadas en las partes más nando la red de canales enterrados. solos establecer un equilibrio salino, b a j a s d e l r í o , d o n d e e l c a u c e Tanto las aguas superficiales como ya que quedará todavía un flujo de aumenta de anchura, se sedimen- las subterráneas tenderán a seguir aguas subterráneas bajo las líneas de tan barros de textura fina. El pro- estos canales entrelazados: las drenaje o encima de los acuíferos sa- pio canal tiende gradualmente a aguas más profundas aparecerán en linos, que podría bombearse. elevarse sobre las tierras que lo ro- lo que ha dado en llamarse dedos dean, fenómeno al que no son aje- acuíferos. Particularmente en las l Servicio de Recursos y Energía nos los diques naturales. Más tar- riberas, las aguas subterráneas poHidráulica de los Estados Uni- de, cuando ocurran inundaciones co profundas se filtrarán normaldos (antigua Oficina de Recuperación) excepcionales, el río se desbordará mente en el canal del río. Esa realizó un canal abierto salino de 132 de nuevo creando un nuevo canal de corriente difusa es más profunda kilómetros, que corre más o menos paralelo al río San Joaquín, en California. Está proyectado para drenar 12.000 hectáreas de campos de primera clase en el valle de San Joaquín. Se trata, a buen seguro, del canal salino más largo construido hasta el momento; desagua en el embalse de Kesterson, al sur de Modesto. Desde allí las aguas salinas se filtran gradualmente en el río San Joaquín, a medida que éste se va aproximando al “Delta”, en el estuario del cabo de la bahía de San Francisco, formado por la confluencia de los ríos San Joaquín y Sacramento. El ramal que llevará el caudal salino directamente al “Delta” no se ha construido aún. El canal ya existente es el primer trozo del “Gran Canal”, de una longitud proyectada de 467 kilómetros, que se financiará con fondos federales y del estado. El costo estimado supera los 1200 millones de dólares. Para el año 2005, este canal abastecerá 200.000 hectáreas y tendrá una capacidad de arrastre anual de tres millones de toneladas de sales. La dificultad de alcanzar el balance salino en las cuencas fluviales con elevado consumo de agua se apreciará mejor si atendemos al contexto general de la historia hidrológica del complejo de la cuenca. Las tierras del vall e y de la cuen ca son suelos que han sido depositados primordialmente por las inundaciones. El canal del 7. ESTACION DESALINIZADORA. Es una de las dos de Yuma (Arizona). Supone el río que rodea el valle y la cuenca tie- primer paso de un programa para tratar aguas salobres procedentes del Welltonne hoy un engañoso aspecto de perpe- Mohawk Irrigation and Drainage District, q ue son demasiado salobres para vertertuidad. Los sedimentos se esparcie- las al río Colorado. El agua salobre se envía, mediante una derivación de desagüe de 81 kilómetros, al golfo de California. Esta estación de ensayo de prueba, consron a lo largo de la parte más truida por la Fluid Systems Division de la UOP, está proyectada para recabar unos profunda del canal y el río se desbor- 1.280.000 litros por día de agua de baja salinidad (250 p.p.m. de sólidos) de una dó en el curso de una fuerte inunda- corriente de alimentación de agua salobre de 1.780.000 litros por día, con salinidación. A medida que el agua se expan- des de alrededor de 2800 p.p.m. La desalinización se efectúa mediante un proceso de, se produce una notable disminución de ósmosis inversa. Se le obliga al agua salina a pasar a través de una membrana a una presión de 21 a 28 kilogramos por centímetro cuadrado. Al atravesar las memde su velocidad y de la profundidad de su cauce. De la sedimentación de branas, la sal queda retenida. La planta definitiva, que empleará dos procesos diferentes aunque similares, tendrá una capacidad estimada en 272 millones de litros arena y de otras pequeñas partículas de agua desalinizada por día. Este caudal se mezclará con agua de drenaje, no han surgido diques naturales. Las tratada, para producir 113,5 millones de metros cúbicos de agua por año (con una partículas de tierra más finas sedi- calidad superior a la acordada) que podrán agregarse a las aguas que el Colorado mentan a una distancia considerable lleva a México. Se procesará un volumen de agua equivalente para aprovecharla del canal central y a un ritmo mucho en regadíos estadounidenses, aguas arriba.
E
AGUA
35
8. LA CUENCA DEL RIO COLORADO drena una superficie de 619.000 kilómetros cuadrados, que se extiende por siete estados. Nueve grandes embalses dan una capacidad total de almacenamiento de alrededor de 79.500 millones de metros cúbicos, aproximadamente 4,5 veces el caudal anual de 17.000 millones de metros cúbicos medidos en Lee Ferry. El mayor embalse, cuya capacidad es de 31.800 millones de metros cúbicos, es el lago Mead, alimentado por la presa de Hoover. De acuerdo con el Colorado River Compact, de 1922, los cuatro estados de la parte alta de la cuenca, más arriba de Lee Ferry, se adjudicaron 7950 millones de metros cúbicos anuales y los tres estados situados en la parte baja del embalse (Arizona,
36
Nevada y California) se asignaron 9175 millones de metros cúbicos. Los cuatro puntos de muestreo, seleccionados por el autor en su estudio de producción de sal y agua en la cuenca del Colorado, que se muestran en la figura 6, son Glenwood Springs (1), Lee Ferry ( 2), Grand Canyon ( 3) y un punto por debajo de la presa de Hoover ( 4). Las cuencas correspondientes a esas zonas se identifican por la línea a trazos en color. Mientras que la cuenca de Glenwood Springs aporta 168.600 metros cúbicos de agua y 53 t oneladas de sal por kilómetro cuadrado y año, la cuenca de la presa de Hoover aporta sólo 28.700 metros cúbicos de agua y 19,5 t oneladas de sal por kilómetro cuadrado y año.
TEMAS 24
que las zanjas y las tuberías construidas para el drenaje agrícola. Las tuberías de drenaje muestran normalmente una eficacia mayor en las cuencas, en las tierras ribereñas y en ciertos suelos estratificados donde el agua freática “semiestancada” asciende hasta unos 180 o 210 centímetros de la superficie. Se dice que el agua freática está semiestancada cuando la capa variable de las arenas depositadas por el río tiende a aislar el agua próxima a la superficie del grueso de la capa de agua subterránea, que se encuentra a niveles más profundos. En estas condiciones es poco probable que el agua de riego, enriquecida en sales, se infiltre y degrade el agua subterránea más profunda, que podrá utilizarse para el riego y para otros usos. Río arriba, en las tierras del valle, val le, la estruc est ructura tura sub terr áne a es tal que el agua próxima a la superficie no puede aislarse de la profunda, por cuya razón las zanjas de desagüe allí construidas resultan ineficaces en lo concerniente al man9. PROYECTO para desviar agua desde las abundantes fuentes de Alaska y Canadá hasta las regiones que tienen poca, que presentó la Ralph M. Parsons Company, de Pasadena, California, en 1964. Aparece sólo la sección occidental del proyecto conocido por North American WAPA ). Water and Power Alliance (NA WAPA ). La extensión oriental del plan desviaría aguas desde la Columbia Británica hasta el río Mississippi, los Grandes Lagos y este de Canadá. Se estima que la inversión necesaria para sufragar los costes superaría los 200.000 millones de dólares; las obras durarían unos 30 años. El NAWAPA transportaría alrededor de 196.000 millones de metros cúbicos de agua por año para uso industrial, municipal y agrícola. Aproximadamente la mitad se destinaría a los Estados Unidos y el resto a Canadá y México. Una red de centrales hidroeléctricas generaría toda la energía precisa para bombear el agua y suministraría un excedente de 70.000 megawatt, por lo menos. La recogida de las aguas, que comenzaría en la cabecera de los ríos Yukon y Tanana en Alaska (1), podría completarse con una serie de corrientes que se extienden 2). Las aguas encauhasta el río Peace ( 2 zadas se llevarían a un embalse descomunal de 800 kilómetros, el Rocky Mountain Trench, formado mediante la construcción de presas en las cabeceras de los ríos Columbia, Fraser y Kootenay. El sistema recibiría agua también del Clark, del Snake y de otros ríos del noroeste de los Estados Unidos ( 3). El agua para riego y otros servicios se enviaría a los estados del sudoeste y al noroeste de México ( 4). Un ramal abastecería los estados de Nuevo México, Texas, Colorado, Kansas, Nebraska, Oklahoma y otras partes de México (5).
AGUA
37
tenimiento de la calidad del agua tar la recarga en la parte superior de 2320 kilómetros, es, de entre los ríos subterránea. las cuencas. (De no tomarse esas me- norteamericanos, el principal abaste Antes de conocerse el riego intensi- didas, habría que ir pensando en el cedor de agua para consumo. La pre vo, las aguas subterráneas de los va- día en que el acuífero quede inservi- sa de Hoover creó en su curso el lago lles del oeste y de sus cuencas gozaban ble debido a su salinidad.) Mead, un depósito de almacenamiende una gran calidad en casi todos los La tradición seguida en los Estados to y zona de recreo de unos 640 kilópuntos. Los acuíferos subterráneos re- Unidos en lo relativo al desarrollo de metros cuadrados. Alimenta una cencibían una carga abundante en las los recursos hidráulicos ha sido espe- tral hidroeléctrica que genera 1345 partes altas de los valles, en el naci- rar que el propio río abastezca de megawatt; más abajo encontramos miento de los ríos. Las aguas subte- agua dulce a los puntos de almacena- siete pantanos más, dos de los cuales rráneas descargaban luego en la cuen- miento dispuestos cerca de la desem- producen también energía eléctrica. ca del valle y, en su mayor parte, en bocadura. Esta solución, la más bara- El último embalse es el de Morelos, los propios ríos, en forma de corriente ta en términos generales, tiene la levantado para represar agua para difusa. Cuando los agricultores comen- ventaja de captar las la s avenidas y cre- regar el valle de Mexicali, en México. zaron a bombear agua de los acuíferos cidas, cosa que los embalses levanta- Las regiones de regadío próximas al para regar, se produjo un descenso del dos en las zonas altas del recorrido río devuelven el agua de drenaje, ennivel de la capa freática, rebajándose del río no podrían hacer. Esta solu- riquecida ahora cuatro veces en su el flujo de descarga en los ríos. Con el ción ignora el principio básico, esen- contenido salino. Alrededor del 70 por tiempo la capa freática bajó tanto que cial a largo plazo, de ir aguas arriba ciento del caudal total, curso abajo de ya no descargaba nada. Los acuíferos para realizar el abastecimiento y per- la presa de Hoover, que contiene 700 se transformaron así en depósitos mitir que los tramos inferiores de los p.p.m. de sales, llega a California, a cerrados. Al no poder evacuarse, las ríos se carguen de sal. Permítaseme través del acueducto del río Colorasales se fueron acumulando. dar tres ejemplos ilustrativos. Se tra- do, que abastece Los Angeles y San ta de los sistemas de los ríos Grande, Diego, y del canal Panamericano, que on muchísimas las zonas en las Colorado y el del este del Delta de la abastece el valle Imperial y los camque el bombeo del agua desde los bahía de San Francisco. pos de Coachella. acuíferos subterráneos abastece las Río Grande nace en el sudoeste de necesidades del riego y de la pobla- Colorado y desemboca en el golfo de ebido principalmente a la gran ción urbana. Los residuos urbanos re- México; tiene una longitud de casi extracción de agua (y de sal), las colectados en forma de aguas residua- 3000 kilómetros. Es el tercer río más regiones más bajas del Colorado disles suelen experimentar un aumento largo de los Estados Unidos, aunque, frutan de un razonable equilibrio satotal en sólidos disueltos de 300 a 350 como el Colorado, no está cualificado lino. El problema es el alto contenido p.p.m. Donde tales residuos no des- para incluirlo en la lista del Servicio en sales del curso inferior del río: más cargan directamente directamente en el océano, to- Geológico de los 33 cursos fluviales de 800 p.p.m. En 1974, por orden de das las sales que llegan a la cuenca con la descarga mayor. Sus últimos la Environmental Protection Agency, quedan atrapadas y sedimentan en 1280 kilómetros de recorrido confor- los siete estados que baña el río Coella. man la principal frontera entre los Es- lorado prepararon un programa conCuando los acuíferos que se apro- tados Unidos y México; la distribución junto para mantener ma ntener la salinidad sa linidad en vechan para usos agrícolas y urbanos de su caudal ha sido durante mucho la cuenca más baja al mismo nivel o se localizan cerca de la costa, la capa tiempo materia contenciosa entre los por debajo de lo medido en 1972: 723 freática a bombear se halla por deba- dos países. A grandes rasgos, el flujo p.p.m. curso abajo de la presa de Ho jo del nivel del mar, con la consecuen- total de la parte más alta de su curso, over, 747 p.p.m. en el embalse de Parte intrusión de agua de mar en el le- salvo en caso de inundación, se acu- ker y 879 p.p.m. en el embalse Impecho subterráneo. Para frenar la mula y se utiliza aguas arriba desde rial. intrusión de agua marina suelen per- El Paso hasta el confín occidental de El mismo año, y en cumplimiento forarse una serie de pozos de inyec- la frontera mexicano-estadounidense. parcial del Tratado Mexicano de ción paralelos a la costa. El agua bom- Apen Ap enas as ha y resi re sidu duos os que qu e pued pu edan an aguas, los Estados Unidos acordaron beada de dichos pozos puede ser algo aproximar siquiera sus aguas al equi- que la salinidad de las aguas del río salina y en algunos casos se han de- librio salino. Al sur de Nuevo México Colorado vertidas en México por el tectado trazas de agua residual. Ca- y al oeste de Texas se van presentan- embalse de Morelos no rebasaría la be reconocer como un éxito de la téc- do graves problemas salinos. A lo lar- salinidad promedia del agua que llenica la creación de “montículos” de go del curso inferior, entre El Paso y ga al embalse Imperial en más de 115 agua que repelen el agua marina. la desembocadura en el golfo de Méxi- (± 30) p.p.m. El tratado con México Aunque Aunqu e pueda objetárse obje társeles les que blo- co, hay tres grandes presas interna- dictamina que los Estados Unidos dequean totalmente el transporte de las cionales: Amestad, para almacena- berán entregar a México 1677 millosales al mar, hasta donde las arras- miento; Falcon, para almacenamiento nes de metros cúbicos de agua del río trarían las aguas subterráneas. Ni y producción de energía hidroeléctri- Colorado y otros 173 millones de meque decir tiene que podrán tomarse ca, y Anzalduas, para derivación, con tros cúbicos de fuentes adyacentes al medidas correctivas. fines agrícolas sobre todo. (En Méxi- Colorado en la frontera mexicano-esEl único procedimiento eficaz para co se denomina Río Bravo del Norte a tadounidense, esto es, un total de mantener dulces las aguas subterrá- la parte más baja del río, desde El Pa- 1850 millones de metros cúbicos. Con neas de una cuenca consiste en bom- so hasta el golfo; la mayor parte del objeto de asegurar el caudal del río bear agua de las fuentes, próximas a agua que allí se vierte baja de mont a- requerido para mantener la salinidad los extremos inferiores de las cuen- ñas mexicanas.) El actual plan de de- acordada, el Servicio Hidrográfico e cas, donde la salinidad es más alta, y sarrollo elimina cualquier posibilidad Hidroeléctrico de los Estados Unidos acelerar la expulsión del efluente ha- de llegar a un equilibrio salino, ni an- acordaron construir una planta de cia el océano u otro sumidero. Será tes ni después de El Paso. desalinización en Yuma (Arizona), imperioso, al propio tiempo, aumenEl Colorado, con un recorrido de que procesaría un gran volumen de
S
D
38
TEMAS 24
10. PARA CONSERVAR EL AGUA que se perdía por filtración se reconstruyeron y se guarnecieron con hormigón 78 de los 197 kilómetros de que consta el canal Coachella, con un ahorro
AGUA
estimado de 161,5 millones de metros cúbicos de agua por año, reduciendo la cantidad extraída del Colorado, vía canal Panamericano, de 609 a 448 millones de metros cúbicos.
39
agua salina de drenaje del WelltonMohawk Irrigation and Drainage District, de Arizona. Antes el agua salobre se vertía al río Colorado, curso abajo de la presa de Morelos; hoy se lleva hasta el golfo de California, a través de un ramal de drenaje de 81 kilómetros de longitud, la mayoría de éstos en territorio mexicano, que se terminó en 1977 con un coste de 27 millones de dólares, desembolsados por los Estados Unidos. La planta desalinizadora es la mayor de su categoría. Recibe unos 132 millones de metros cúbicos al año, con una salinidad media de 2800 p.p.m. y libera, por un lado, 90 millones de metros cúbicos (266 millones de litros al día) con una salinidad de sólo 225 p.p.m. y, por otro, 42 millones de metros cúbicos con una salinidad de 8200 p.p.m. La corriente salobre irá a parar al golfo de California. Si el agua de baja salinidad se necesita para satisfacer las cláusulas del tratado, se podrá devolver la corriente, sin diluir, al Colorado en Yuma. Pero lo normal será que la corriente desalinizada se mezcle con agua de drena je, no tratada, resultando más de 113 millones de metros cúbicos de agua con una salinidad inferior a las 800 p.p.m. Esta agua de buena calidad es unas treinta veces más cara que el agua de riego del valle Imperial. De la desalinización se encargan membranas de plástico que eliminan las sales por un tratamiento de ósmosis inversa.
mado por la confluencia de los ríos Sa- hídricos. Habría que empezar por pocramento, San Joaquín y otros meno- tenciar las posibilidades locales y res, cerca del centro de la rica región prestar mayor atención a sus fuerzas. agrícola del valle Central, era una zo- Habría que pensar luego en derivana pantanosa cubierta de espadaña, ciones a gran escala, por la sencilla situada a nivel del mar o poco más. A razón de que vastas extensiones del partir de la aprobación del California oeste, incluidos los altiplanos de Swamp and Overflow Act, de 1850, de Texas y de Nuevo México, hasta Neuna manera tímida y con gradual de- braska, al norte, no tienen bastante cisión tras la gran inundación de agua. Todas aquellas zonas del norte 1861-62, la tierra comenzó a recupe- de México, de Estados Unidos y de rarse con un sistema de diques cons- Canadá que tienen potencial de regatruidos alrededor de las múltiples is- dío deberían tener un adecuado sumilitas bordeadas por ríos y ciénagas. nistro de agua; lo que implica un cauCuando a finales del siglo XIX pudie- dal suficiente para arrastrar todas las ron emplearse bombas mejores, el sales al océano y a otros sumideros proceso cobró un impulso extraordi- naturales. Debiera reconocerse tamnario. Esta recuperación continuó bién que pueden hacerse grandes hasta 1930. El material para los di- ahorros si se aumenta la escala; así, ques procedía del dragado de los ríos al doblar el caudal de agua que debe y cenagales. Como con los pólders ho- aportar un proyecto, no se multiplica landeses, la recuperación requiere el el coste por dos, sino que se incremenbombeo continuo hacia canales adya- ta en un factor menor de 1,5. centes del agua de drenaje y de la de lluvia. El agua de riego se obtiene silo largo de los años se han ido fonando agua sobre los diques. Hay avanzando múltiples proyectos unas 225.000 hectáreas de superficie visionarios para derivar agua desde cultivable en el complejo del Delta; el los ríos del húmedo noroeste de los laberinto formado por los canales de Estados Unidos hasta las regiones agua se explota intensamente como más áridas del sur. De acuerdo con el zona de recreo. proyecto del ingeniero William G. La tierra era originalmente turba, Dunn se trasvasarían 2960 millones a menudo hasta profundidades de de metros cúbicos al año del río Snake, más de 10 metros. Como ocurre siem- en Idaho, a un punto más abajo de la pre que se drena suelo de turba, se ha presa de Hoover, en el curso del Coregistrado un hundimiento general lorado, un ramal de unos 960 kilómedel nivel de la arena, cifrado en unos tros. El río Snake, que vierte alrede7,5 centímetros anuales. Algunas dor de 37.000 millones de metros tierras están ahora a 6 metros por de- cúbicos por año al río Columbia, es el bajo del nivel medio del mar. No es duodécimo río más grande de los Esara asegurar el caudal que va a pues de extrañar que los diques ha- tados Unidos. El caudal actual del CoMéxico y reducir el volumen de yan cedido en más de una ocasión. Or- lorado, por debajo de la presa de Hoagua dirigido a California se recons- ganismos federales y estatales traba- over, ronda los 17.250 millones de truyeron y se forraron de hormigón jan para reparar y reforzar los diques metros cúbicos por año, de los que 78 kilómetros del canal Coachella, en cuestión con fondos públicos. Por 5430 irían a California. Otro plan, con un importe total de 45 millones lo que cabe preguntarse si este gasto más ambicioso, es el de Frank Z. Pirde dólares en un esfuerzo por ahorrar está justificado, habida cuenta de que key, experimentado ingeniero, que 163 millones de metros cúbicos de el hundimiento constituye un eviden- propone transferir 18.500 millones de agua al año, que antes se perdía por te problema a largo plazo. metros cúbicos por año del río Columfiltración en el desierto circundante. El agua transportada al sur y al bia al lago Mead, detrás de la presa Se espera que la cantidad total extraí- oeste debe atravesar el Delta y sus de Hoover. Según el plan de Pirkey el da del río Colorado, vía canal Pana- ciénagas antes de llegar a las bombas agua se bombearía primero a 1500 mericano, pueda reducirse de 614 a que la envían a sus últimos usuarios. metros, sobre las montañas, hasta el 451 millones de metros cúbicos por Periódicamente, agua dulce que flu- lago Goose, en la frontera de Oregón año. El recubrimiento de dicho con- ye aguas abajo a través del Delta in- y California y de allí hasta el lago ducto ayudará también a la perviven- vierte su sentido y permite que agua Shasta, tras la presa de Shasta, en cia de California con la asignación de- salina de la bahía de San Francisco California septentrional, para finalifinitiva de 5427 millones de metros remonte curso arriba, hacia las bom- zar su viaje en el lago Mead. En su cúbicos de agua del Colorado. Aunque bas. Con lo que la calidad de las aguas trayecto iría cediendo cantidades imestas costosas medidas permitirán destinadas al riego y las del propio portantes para el riego. que los Estados Unidos cumplan sus Delta queda seriamente degradada. El más audaz de los planes es, con obligaciones acordadas con México, Resulta evidente que, para mante- diferencia, el propuesto en 1964 por queda patente que el Colorado no ner y asegurar la viabilidad del riego la compañía Ralph M. Parsons, de puede aportar más agua para la ex- agrícola a largo plazo, y en orden a Pasadena, California, una de las pansión de la agricultura. proveerse de bastante agua para constructoras de la presa de Hoover El delta es una zona de estuario arrastrar las sales al océano o a otros a principios de 1930. Conocido por que se extiende por una superficie de sumideros naturales, debiera inten- North American Water and Power unos 3000 kilómetros cuadrados. For- sificarse el desarrollo de los recursos Al li an ce ( N A W A P A ) , este proyecto
A
P
40
TEMAS 24
traería agua de Alaska y del Canadá septentrional hasta muchas regiones de Canadá, de Estados Unidos y de México. Las centrales hidroeléctricas que se instalarían a lo largo del recorrido generarían mucha más potencia que la necesaria para el bombeo. El área de drenaje total considerada en el proyecto cubre unos 3,3 millones de kilómetros cuadrados de zonas de abundante pluviosidad. Con una escorrentía total superior a los 985.000 millones de metros cúbicos por año, NAWAPA desviaría 200.000 millones de metros cúbicos al sur, para consumo y regulación hidráulica. El sistema total, cuyo importe se estima en más de 200.000 millones de dólares, supondría 30 años de obras y, una vez terminado, suministraría un excedente de energía hidroeléctrica de alrededor de 70.000 megawatt, es decir, igual al 25 por ciento de la producción media actual de los Estados Unidos. Aunque se trata de un proye cto de magnitudes formidables, con enormes barreras de tipo político a superar antes de aprobarse, NAWAPA constituye, en mi opinión, la única idea que podría permitir que los ríos pequeños del oeste alcanzasen el equilibrio salino necesario para garantizar a largo plazo la salud de la agricultura occidental del país, de la que depende en buena parte Norteamérica. Si no se procura que los ríos pequeños prosigan en su función natural de vaciar sal al mar, los campos de hoy acabarán siendo terreno yermo y salino.
BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIA REPORT ON WATERLOGGING IN RELATION TO IRRIGATION AND SALINITY PROBLEMS, LAHORE, PAKISTAN , 16-28 NOVEMBER, 1964: REPORT NO. 1932. Dirigido por
Gasp van’t Leven. Expanded Program of Technical Assistance, FAO, 1965. SALINITY PROBLEMS AND MANAGEMENT IN RIVER SYSTEMS. Arthur F. Pillsbury y Harry F. Blaney en Journal of the Irrigation and Drainage Division American Society of Civil Engineers. n.o IR 1. Pro-
ceedings Paper 4733. 1966. WATER QUALITY CRITERIA: REPORT OF THE NATIONAL TECHNICAL A DVISORY COMMITTEE TO THE SECRETARY OF THE INTERIOR.
Federal Water Pollution Control Administration. 1968. En http://www.sd83.bc.ca/stu/9906/ vanj-hist.html puede obtenerse in formación adicional sobre el proyec to NAWAPA.
AGUA
41
Los dedos de sal del océano
Raymond W. Schmitt, Jr.
Cierta singularidad, que se desarrolla a pequeña escala y se refiere al modo en que se mezcla el agua del mar, tiene consecuencias mucho más vastas
H
enry M. Stommel y Arnold Aron s trat aban a medi ados del siglo XX de dar con un modo de medir la presión reinante en el fondo del mar. En su desesperación pensaron incluso en la construcción de una manguera de cinco kilómetros de largo, que, lanzada desde la superficie, extrajera el agua más profunda del océano. El agua es menos salada en el fondo que en la superficie; por
tanto, la columna de agua del interior del tubo, tras alcanzar el equilibrio térmico, sería más ligera y alcanzaría así una altura mayor que el agua de la superficie oceánica. Mediante este tosco instrumento imaginaron que podrían medir fácilmente los cambios de presión del fondo, observando las subidas y bajadas de nivel del agua en el tubo. Mirando la pizarra en que habían bosquejado
el esquema, a Arons se le ocurrió de repente una extraña idea y añadió un grifo en la boca superior del tubo: “Si abrimos la espita manará incesantemente”, dijo. Stommel llamó a ese experimento mental “la fuente de sal perpetua”. Para corroborar la viabilidad de la idea crearon un modelo de fuente de sal en el laboratorio. Se aprestaron luego a fabricar una fuente de sal
1. LOS DEDOS DE SAL deben su origen a la conducción de calor ( flechas horizontales ) a través del agua, mucho más rápida que la difusión de sales. En los puntos del océano donde el agua más cálida y más salada yace sobre agua más fría y dulce se crea inestabilidad. Finos ríos de agua más salada que se enfrían y se hunden alternan con delgados filamentos de agu a menos salada que se calientan y suben. Este proceso desencadena un patrón de estratificación en el que gruesas capas dotadas de propiedades uniformes están separadas por otras delgadas que experimentan una vigorosa digitación.
42
TEMAS 24
real en el mar, pero sus esfuerzos por lograr una demostración a gran escala del modelo dieron resultados ambiguos. La fuente de sal de Stommel y Aron s hubi era qued ado arru mbada entre las curiosidades oceanográficas de no haber mediado Melvin E. Stern, quien se percató algunos años más tarde de que el océano e ra muy capaz de producir fuentes de sal por sí mismo. La conducción de calor del mar centuplica la velocidad de difusión de las sales disueltas, lo que significa que una parte de agua del océano puede conseguir el equilibrio térmico con sus vecinas mucho antes de que se logre el equilibrio químico resultante de compartir las sales disueltas. Esto hace que la salinidad de volúmenes de agua adyacentes pueda diferir significativamente, aun cuando no se interponga ninguna barrera física (co-
mo sería la pared de una tubería), diferencias que pueden desencadenar el movimiento del fluido. Este fenómeno acontece a una escala de pocos centímetros (el alcance de la conducción efectiva de calor); de ahí que los oceanógrafos denominen dedos de sal a los cursos alargados resultantes de tal proceso.
E
xiste el convencimiento de que la comprensión de los dedos de sal y del alcance de su influencia planetaria constituye una premisa necesaria para elaborar con precisión un modelo de la temperatura y de la salinidad del océano. Tales avances ayudarán a determinar muchos parámetros críticos aún mal conocidos; por ejemplo, el ritmo con que la mezcla oceánica redistribuye el dióxido de carbono, los contaminantes y el calor.
El Sol calienta más la Tierra cerca del ecuador que en los polos, pero el océano trabaja vigorosamente para corregir esta desigual distribución. Las aguas cálidas fluyen hacia los polos desde los trópicos por la superficie oceánica, al tiempo que las aguas frías de las latitudes superiores se hunden y regresan al ecuador por las grandes profundidades. Este inmenso sistema convectivo funciona porque el agua fría es más densa que la cálida. Pero en el océano hay un factor de complicación: la presencia de sal disuelta, que puede producir cambios de densidad no menos importantes. La salinidad del agua varía de un sitio a otro en virtud de dos fenómenos estrechamente relacionados. La evaporación extrae agua dulce de la superficie del océano y deja una concentración mayor de sales, lo que incrementa la densidad
2. LA CIRCULACION A MODO DE CINTA transportadora acarrea hacia los polos las aguas calentadas en las latitudes bajas. En las latitudes polares se enfrían y vuelven a hundirse, regresando por el fondo hacia el ecuador. Este ciclo de convección a gran escala está impulsado por cambios en la fuerza de Arquímedes del agua causados por el calentamiento y el enfriamiento. La gran evaporación tropical tiende a incrementar la salinidad y con ella la densidad de sus aguas superficiales, efecto opuesto al del calentamiento. El antagonismo resultante puede generar un flujo a pequeña escala de digitación de sal (recuadro de la página opuesta) e inducir la formación de una serie de capas. En una campaña de investigación para estudiar esas capas en el Atlántico tropical se utilizaron instrumentos oceanográficos arrastrados por barcos y aviones o fondeados en el mar.
AGUA
43
Descubrimiento frustrado en el siglo
M
e han llamado la atención dos investigadores que estuvieron a punto de desentrañar los principios físicos de los dedos de sal mucho antes que Melvin E. Stern. El primero que se ocupó del problema fue W. Stanley Jevons. Este economista británico pasó cinco años en Australia en su juventud y allí se interesó por distintas ramas del saber, incluida la meteorología. Su curiosidad por la formación de nubes le movió a realizar cierto experimento, consistente en colocar una capa de agua caliente azucarada encima de otra de agua fría pura. En un artículo que en 1857 le publicó Philosophical Magazine afirmaba que había obser vado una “infiltración de ríos minúsculos como hebras”. Jevons había creado dedos de azúcar y rozó la explicaW. STANLEY JEVONS en ción de su formación. “Pero Australia a los 22 años. las partes de esos estratos que se hallan inmediatamente en contacto pronto intercambian calor y tienden a adquirir una temperatura media; y es evidente que, donde eso
XIX
ocurre, las porciones de líquido que contienen azúcar deben siempre ser ligeramente más densas que las puras, y por consiguiente han de hundirse bajo ellas y desplazarlas.” Esta
APARATO DE VIDRIO para observar secciones construido por Jevons para simular la formación de nubes en el laboratorio.
afirmación, con su comprensión implícita de que el calor se difunde más deprisa que las sustancias disueltas, constituye una explicación razonable de los dedos de sal. Pero se desvió luego del camino recto al
del agua restante. Por contra, la pre- y experimentos de laboratorio mues- timétrica en la transición entre el cipitación diluye el agua marin a y re- tran que tales flujos forman una suer- agua mediterránea y la atlántica. Las baja su densidad. te de cascada regular de filamentos fuentes de sal, aunque minúsculas, Los cambios de densidad local que verticales largos y finos cuando alcan- existían en la naturaleza. resultan de la evaporación y de la pre- zan pleno desarrollo, cuya sección hoEl éxito de e stos trabajos iniciales cipitación tienden a oponerse al pa- rizontal tiene la forma de celdillas impulsó otros estudios sobre dedos de trón planetario de calentamiento y cuadradas. sal. Thomas R. Osborn observó desde enfriamiento. Es decir, la mayor evaCon esa base teórica se empezaron un submarino que podía producirse poración que se produce en las latitu- a buscar pruebas directas de dedos de cierta forma asimétrica de digitación des bajas aumenta la salinidad y la sal en el mar. Se escogió el Atlántico de sal. Halló estrechas plumas desdensidad subsuperficiales, mientras nororiental, donde puede detectarse cendentes de agua cálida y salada roque la mayor precipitación de las al- agua mediterránea a profundidades deadas de anchas plumas ascendentas las reduce. de más de un kilómetro. (Se trata de tes. Aunque la teoría avala tales deaguas muy saladas, ya que en el Me- dos, nadie ha localizado todavía el ste patrón desencadena cierto diterráneo la evaporación excede en mecanismo responsable de la geomeantagonismo entre los efectos de mucho a la precipitación.) El agua tría asimétrica. la temperatura y los de la salinidad que sale por el estrecho de Gibraltar Mi familiaridad con los dedos de en la superficie oceánica. En la ma- avanza hacia el oeste, se hunde y se sal se basa en ensayos de laboratoyoría de los sitios el océano es gravi- desparrama por el Atlántico. rio, en reflexiones teóricas y en camtatoriamente estable, con el agua más Bruce A. Magnell arrastró un ins- pañas oceanográficas. La más ambiligera y cálida situada encima de la trumento especial por el nivel de agua ciosa de éstas se desarrolló a miles más pesada y fría. Pero el gradiente mediterránea del Atlántico hacia de millas de Gibraltar, junto al mar de sal del océano (considerado al mar- 1970 para detectar dedos de sal. El Caribe. El gradiente vertical de sagen de su gradiente térmico) va deci- aparato contenía sensores únicos de linidad de la región es especialmendidamente de arriba abajo (mayor respuesta rápida que podían revelar te favorable a la formación de digidensidad arriba). La precaria distri- los pequeños cambios térmicos y de taciones y aquí, al igual que en el cabución salina sobrevive en la mayo- salinidad que se producen a través so del derrame mediterráneo en el ría de los lugares en virtud de la in- de las digitaciones de sal. Albert J. Atl ántico, el océa no pre senta una fluencia estabilizadora de la tempe- Williams desplegó desde el mismo muy curiosa estructura de saltos térratura. barco un aparato óptico de caída libre micos y de salinidad que se observan Pero allí donde la diferencia de sa- que permitía contemplar la variación conforme descendemos por la columlinidad entre capas someras y capas de índices de refracción causada por na de agua. El océano superior muesprofundas adquiera cierto valor debe- las digitaciones. Ambos métodos apor- tra generalmente una variación conría iniciarse un flujo a modo de fuen- taron pruebas de la existencia de las tinua de temperatura, desde la capa te entre niveles adyacentes. Cálculos esperadas fluctuaciones a escala cen- superficial, cálida y soleada, a la fría
E
44
TEMAS 24
simplificar demasiado los principios físicos involucrados y del trabajo de Rayleigh, he examinado recientemente sus suponer que toda convección ocurriría en “minúsculos ria- manuscritos originales, archivados en la base aérea de Hanscom, en Massachusetts. Un cuaderno de notas de labochuelos”. ratorio redactado por la ayudante de Rayleigh, Jevons regresó a Gran Bretaña, donde su cuñada Eleanor Sidgwick, revela que adquirió gran prestigio por sus conocimientos ambos realizaron un experimento de dedos de economía y de lógica. Su carrera quedó de azúcar en el laboratorio Cavendish de truncada al morir prematuramente, ahogado, Cambridge en abril de 1880. Sidgwick escribió: a los 47 años. Se presentó una nueva oportunidad de des“Repetimos varias veces el experimento de W. S. Jevons (véase Phil. Mag., julio 1857) cubrir las bases físicas de los dedos de sal en sobre la formació n de nubes cirros... Los efec1883, cuando Lord Rayleigh (John William tos obtenidos se parecieron a los que él desStrutt) publicó un análisis teórico de los experimentos de Jevons en un artículo titulado cribió... En todos los casos las extremidades de los filamentos se expandieron además en “Investigación del carácter del equilibrio de un forma de seta”. Es curioso que el artículo de fluido pesado incompresible de densidad variaRayleigh de 1883 no mencionase ninguno de ble”. Allí el eximio físico británico aportaba un esos experimentos. tratamiento matemático del movimiento de Rayleigh, quien más tarde recibiría el prefluidos estratificados. Pero Rayleigh no consimio Nobel por el descubrimiento del argón, deró el papel de la difusión, con lo que perdió la oportunidad de comprender cómo funcionan fue un teórico perspicaz y un hábil experimentador. Pero, a pesar de haber leído las hipólos dedos de sal. Lo que sí formuló fueron las JOHNW. STRUTT a los 28 años, tesis de Jevons y de haber repetido sus expecondiciones para la inestabilidad más simple tres años antes de que sucediede Rayleigh-Taylor, hoy conocida por su impor- ra a su padre como tercer ba- rimentos, no logró comprender el papel de la tancia en la dinámica de plasmas y de explo- rón de Rayleigh. conducción del cal or en la formación de dedos de sal. Tal vez hubiera llegado a entenderlo siones de supernovas. discutiéndolo con Jevons (pues ambos eran La única alusión de Rayleigh al trabajo precursor de Jevons es una breve nota a pie de página en su miembros de la Regia Sociedad) si éste no hubiera muerto artículo de 1883, en la que afirma que él ya había llegado a prematuramente. El descubrimiento de la física de los dedos la teoría en 1880. Intrigado por la cronología y la motivación de sal tuvo que esperar casi un siglo más.
y oscura de las profundidades abisa- te se propaga además lateralmente les. Los oceanógrafos denominan ter- hacia las inmediaciones. El movimoclina principal a esta transición miento reduce el gradiente térmico gradual de temperatura. vertical normal y el de salinidad. Lo Pero según todas las mediciones re- llamativo del caso se refiere a la dencabadas aquí desde que se las ha po- sidad global del agua: se ve afectada dido obtener (las de los últimos 25 de manera opuesta, es decir, el océaaños), la termoclina dista mucho de no desarrolla mayores diferencias de ajustarse a una curva suave. La dis- densidad cuando forma digitaciones. minución de la temperatura con la Ello se debe a que los dedos transporprofundidad se produce a través de tan más sal que calor, acción que reuna serie de peldaños, cada uno de baja todavía más la densidad del agua entre 5 y 40 metros de grosor. Estas superior (ya de por sí ligera) e increescalinatas termohalinas, como se las menta la densidad del agua inferior, llama, muestran los cambios escalo- más pesada. El resultado parece panados de temperatura y de sales. Co- radójico, pues la mezcla ordinaria mo si se tratara de vastos estratos causada por la turbulencia reduciría geológicos, pueden seguirse las diver- el gradiente de densidad, no lo incresas capas de temperatura y de salini- mentaría. dad uniforme durante centenares de El peculiar flujo de densidad de la kilómetros. Es difícil imaginar cómo digitación comporta una consecuenunos accidentes tan regulares puedan cia que explica con nitidez la estrucsobrevivir en un océano en incesante tura escalonada observada en el Atagitación. ¿Por qué los remolinos y las lántico tropical y en otros lugares. ondas internas (el turbulento “tiem- Contrariamente a lo que cabe esperar po” del océano) no destruyen ensegui- de la mezcla ordinaria mediante turda ese patrón escalonado? ¿Qué ex- bulencia al azar que tiende a suavitraño proceso sostiene tal ziggurat zar las irregularidades iniciales del submarino? perfil de densidad, la mezcla medianLa respuesta de ese misterio ocea- te dedos de sal las refuerza. En zonas nográfico la tienen los dedos de sal. donde el gradiente de densidad camEl movimiento del agua que se pro- bia de forma brusca, el cambio puede duce en ellos transporta la sal hacia hacerse más drástico todavía. Estos abajo. Junto con los filamentos de sal lugares experimentan el máximo fludesciende también el calor, si bien és- jo de densidad, que adquiere magni-
AGUA
tud suficiente para reducir la variación de densidad de las regiones adyacentes. El resultado es que el océano superior se organiza en capas de temperatura y salinidad bastante uniformes, que están separadas por láminas, o niveles de tránsito, de gradientes importantes. Las capas contienen flujos convectivos de gran escala; los niveles de tránsito están entrelazados por dedos de sal. Las escalinatas termohalinas las observaron Stern y J. Steward Turner hacia 1970, al tiempo que otros investigadores empezaron a detectar escalinatas en el océano con instrumentos electrónicos preparados para registrar la temperatura y la salinidad durante su descenso por la columna de agua. Pero hasta hace muy poco no se consiguió articular un guión coherente del funcionamiento interno de esas estructuras. En 1985 mis colegas y yo tuvimos la oportunidad de estudiar una vasta extensión de escalinatas en el Caribe. Dimos al proyecto el acrónimo CSALT (de “Caribbean Sheets and Layers Transects”, es decir, “Transectos de láminas y capas del Caribe”). Antes de comenza r la cam pañ a, Janice D. Boyd había establecido, gracias a los datos oceanográficos disponibles, la presencia habitual de estructuras escalonadas de tempera-
45
tura y de salinidad en una vasta ext ens ión al est e de Barbados. Para explorar la región organizamos una flota de observación integrada por aviones y barcos, amén de instrumentos estacionarios fondeados. La primera sorpresa agradable con que nos encontramos fue la enorme extensión del sistema. Un área de más de un millón de kilómetros cuadrados nos dio perfiles escalonados en nuestras mediciones. Podían distinguirse diez capas características. No esperábamos que unos accidentes tan pequeños (cada uno de ellos tiene unos 3. PERFILES OCEANOGRAFICOS que ponen de manifiesto el cambio gradual característico 30 metros de grosor) pudie- entre la capa superficial, más cálida y salada, y las aguas frías subyacentes, menos saladas ran seguirse durante cente- (izquierda). En la zona de transición los dedos de sal pueden crear cambios escalonados de nares de kilómetros. temperatura y de salinidad que muestran una notoria regularidad (derecha). Otro descubrimiento que también concernía al sistema escalonado fue el del modo de va- tan la resultante entre el flujo hori- comportamiento del mezclado a periación de la temperatura y de la sa- zontal en el seno de cada capa y las queña escala se ratificaba en la eslinidad en las distintas capas. Los es- diferencias en los flujos verticales a tructura térmica y salina a gran estratos submarinos en cuestión eran través de los niveles de separación del cala del océano. más fríos y densos en el sur y más cá- techo y del piso. lidos y salados en el norte. Este paLa documentación que recogimos urante los estadios finales de trón encaja con lo que puede obser- sobre la variación de tales propiedaC-SALT nos dedicamos a medir varse en el laboratorio cuando se de- des, muy coherente con la zona de tasas de mezcla desde dos buques. ja que las capas se desvanezcan con ubicación, proporcionó una impor- Michael C. Gregg y Thomas B. Sanel tiempo. Apoyados en nuestras me- tante clave que señalaba a los dedos ford, junto con Williams y el autor, diciones dedujimos que los cambios de sal como los responsables del desplegamos desde uno de ellos insde las propiedades físicas represen- mantenimiento de las escalinatas. trumentos que podían registrar perObservamos, pues, files de temperatura y de salinidad que en cualquier ca- en su caída libre. Rolf G. Lueck pa considerada los arrastró con la corriente un aparato cambios de salinidad que medía la turbulencia. George O. eran mayores que los Marmorino y sus colaboradores exde temperatura. Nin- tendieron desde el otro barco una risgún otro proceso de tra de sensores preparados para carmezcla, fuera de las tografiar la estructura térmica de la digitaciones, podría escalinata y también para detectar haber generado tal los efectos a pequeña escala de los desequilibrio. De he- dedos de sal. cho, la tasa medida Encontramos un patrón parecido de entre variaciones de variaciones térmicas bastante regusalinidad y tempera- lares en los niveles de contacto entre tura se aproximó capas, patrón completamente distinmucho a la esperada, to de la puntiaguda rúbrica de la tura tenor de experi- bulencia. La escala de las ondulaciomentos de laborato- nes observadas correspondió a una rio y predicciones celda de tres centímetros, tamaño teóricas. Nuestro es- concorde con la teoría de los dedos de tudio de estructuras sal. Los datos obtenidos de los sensoescalonadas en la res de temperatura arrastrados por termoclina había la marina revelaron además la exisconfirmado que los tencia de plumas convectivas que opededos de sal consti- raban en las capas mezcladas. El tuían el mecanismo océano parecía seguir en su compordominante de mez- tamiento los patrones observados en cla en la región y es- el laboratorio. 4. DEDOS PURPURA resultan cuando agua cálida salada tábamos muy ilusioDe todos modos, la intensidad del que tiene disuelto permanganato potásico (que actúa a la nados con el descu- proceso de mezclado mediante dedos vez como sal y como marcador de color intenso) flota sobre brimiento de que el de sal que encontramos durante Cagua dulce fría.
D
46
TEMAS 24
5. LAS ESCALINATAS TERMOHALINAS producidas por dedos de sal (arriba) han persistido durante más de 25 años a través de una vasta extensión del Atlántico tropical occidental (izquierda). La magnitud de esta estructura demuestra que las digitaciones contribuyen en gran medida a la mezcla vertical de masas de agua, proceso que en la mayoría de las demás regiones de alta mar funciona sólo débilmente.
SALT resultó algo inferior a la esperada. También nos sorprendió que el aparato óptico de Williams mostrara que los dedos estaban inclinados a causa de los cambios de velocidad (cizalla) entre capas. Este mezclado más débil parece deberse al grosor de los niveles comprendidos entre las capas, grosor que alcanzó algunos metros y no las decenas de centímetros, como habíamos imaginado a la luz de los experimentos de laboratorio. Modelos físicos más refinados desarrollados recientemente por Eric Kunze explican las variaciones de grosor y los efectos de la cizalla vertical en los dedos de sal del océano. Las mediciones efectuadas durante C-SALT también arrojaron luz sobre una importante diferencia termodinámica entre los dedos de sal y la turbulencia oceánica. Cuando lo que produce mezcla en el océano superior es la turbulencia resultante del olea je y los remolinos, ésta distorsiona la distribución normal de temperatura, por cuanto convierte parte de la energía cinética de los movimientos superficiales en energía potencial de la estructura térmica (elevación de los brazos de agua densos y hundimiento de los ligeros), si bien parte de esta energía cinética se disipa en forma de calor. Los dedos de sal también mezclan volúmenes de agua ascendentes y descendentes, pero el de-
AGUA
sarrollo de digitaciones apenas disipa calor, por lo que la mezcla vertical que permite supera entre cinco y veinte veces la de la turbulencia, para una pérdida energética equivalente.
L
as escalinatas encontradas durante las expediciones de CSALT ocupan una extensión enorme (el 25 % del área del Atlántico entre 10 y 15 grados norte de latitud). Nuestros cálculos nos inducen a pensar que el mezclado de sales en esta región se realiza a una tasa unas diez veces mayor que fuera de ella, donde sólo ocurre una mezcla débil. Puede que estas escalinatas sean entonces una vía crítica para la transferencia vertical por el océano de sales, de oxígeno, de nutrientes e incluso de contaminantes de reciente introducción. Las aplicaciones vinculadas a los avances del conocimiento de los dedos de sal no se limitan al cálculo de la respuesta del océano a las modificaciones ambientales. Se ha indicado que las estructuras largas y estrechas halladas en coladas basálticas (llamadas diaclasado columnar) pudieran ser el resultado de un tipo de digitación de basalto producida en el interior del magma que se enfría. De acuerdo con los experimentos que han realizado Yan Liang, Frank M. Richter y E. Bruce Watson con vidrios
fundidos, se confirma la posibilidad de que se desarrollen dedos en tales fluidos viscosos. También se forman dedos en las aleaciones metálicas, lo que provoca defectos de moteado y de falta de resistencia en los moldes enfriados desde abajo. La mezcla por digitación también pudiera suceder en las estrellas y en las atmósferas de planetas gaseosos. ¿Descubrirán las sondas espaciales estructuras comparables a las escalinatas C-SALT cuando exploren las atmósferas de Júpiter y de Saturno? Mientras llega la respuesta, podemos ahondar en este fascinante fenómeno físico a través de los estudios continuados en el magnífico laboratorio de fluidos que proporciona la Tierra con sus océanos.
BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIA OCEAN C IRCULATION P HYSICS.
Melvin E. Stern. Academic Press, 1975. BUOYANCY EFFECTS IN FLUIDS. J. S. Turner. Cambridge University Press, 1975. DOUBLE DIFFUSION IN OCEANOGRAPHY. R. W. Schmitt en Annu al Revi ew of Fluid Mechanics , volumen 26, páginas 255-285; 1994.
47
Gigantescas cataratas oceánicas
John A. Whitehead
Las cataratas submarinas, cuyo caudal supera el de cualquier río y sus saltos a los de las mayores cascadas, desempeñan un importante papel en las condiciones reinantes en las profundidades oceánicas
L
os aficionados a las curiosidades dicen que las cataratas de Angel, en Venezuela, cuya altura es de poco menos de un kilómetro, constituyen el salto de agua más alto del mundo y que las cataratas de Guaira, a lo largo de la frontera entre Brasil y Paraguay, llevan el mayor caudal medio, unos 13.000 metros cúbicos por segundo. Pero estos aficionados no se han sumergido bajo el estrecho de Dinamarca. Allí una inmensa cascada de agua —una catarata oceánica gigante— transporta cinco millones de metros cúbicos de agua por segundo a lo largo de una caída de 3,5 kilómetros, dejando enanas a las cataratas de Angel en altura y a las de Guaira en caudal. El mismo río Amazonas, que vierte 200.000 metros cúbicos de agua por segundo en el Atlántico, palidece ante la catarata del estrecho de Dinamarca. Y mientras que las mayores cataratas continentales constituyen un componente sin importancia en el balance climático terrestre, las cataratas gigantes desempeñan un papel vital para determinar la temperatura y la salinidad de las profundidades oceánicas. Los oceanógrafos comenzaron a investigar con seriedad las cataratas oceánicas en el último cuarto del siglo XX . Las cataratas son un resultado directo del proceso de convección, que es el transporte de calor por el movimiento de masas considerables de fluido. Podemos comparar el océano a una artesa de agua de escasa profundidad que estuviese expuesta al sol por un extremo (los trópicos), pero no por el otro (las latitudes extremas) (véase la figura 2 ). El agua fría cercana a los polos es la más densa, por lo que tiende a descender en forma de corriente convectiva hacia el fondo de la artesa. Desde allí se extiende hacia las latitudes templadas, desplazando
48
hacia arriba el agua más caliente. Esta asciende así en un suave afloramiento, que ocurre, tal se cree, en casi todas partes del océano. Como las capas más calientes impiden el movimiento hacia arriba de las más frías del fondo —de igual manera que la inversión térmica de una gran ciudad aprisiona el aire frío bajo el aire cálido—, el afloramiento se caracteriza por una extrema lentitud. Entre tanto el agua fría se va calentando por contacto con las capas que tiene encima. El océano se encuentra en equilibrio térmico. Por consiguiente el calor que fluye hacia arriba en este proceso tiene que ser igual al que fluye hacia abajo. Por ser la convección un mecanismo de transporte de calor de suma eficacia, las corrientes convectivas hacia abajo no necesitan tener una sección muy grande para compensar el calor intercambiado por el calentamiento de las aguas profundas, que afecta a todo el océano. Las estrechas corrientes de agua fría que se sumergen anuncian las cataratas oceánicas reales. Es fácil estimar el tiempo que dura el afloramiento. Si la artesa oceánica presenta un volumen de aproximadamente 3 × 1017 metros cúbicos y se está alimentando por una corriente de agua fría de cinco millones de metros cúbicos por segundo, harían falta 2000 años para llenarla. Si tu viera cinco kilómetros de profundidad y no hubiera intercambio de calor entre las capas cálidas superiores y las capas frías inferiores, el nivel del agua fría ascendería a razón de dos a tres metros por año. Aunque esto no sea más que una primera estimación, corresponde aproximadamente a la tasa de afloramiento que se cree tiene lugar en el océano real. Naturalmente el océano real no es tan simple como la artesa de agua;
posee accidentes topográficos que lo dividen en un conjunto de grandes cuencas. Supongamos que la artesa oceánica estuviera dividida por una colina o por una cresta, de forma que determinase una cuenca polar y otra ecuatorial. El agua fría que se hunde en el polo no podría caer ahora más que dentro de la cuenca polar. Para alcanzar latitudes más bajas tendría primero que ascender por encima de la cresta, cosa que hace mediante el afloramiento gradual antes explicado. Durante el proceso se calienta por contacto con las capas más cálidas de arriba, pero, al ser muy baja la conductividad térmica del agua, el intercambio de calor es mínimo y el cambio de temperatura no es grande. La consecuencia es que la temperatura del agua a la profundidad de la cresta en la cuenca polar es más baja que la reinante a la misma profundidad en la cuenca ecuatorial. El agua polar es, por tanto, más densa que la ecuatorial, de modo que cae a lo largo de la cresta, desplazando al agua más caliente. Me referiré a la corriente resultante que fluye por encima de la cresta como catarata oceánica. Al dirigirse desde la cuenca polar hacia la ecuatorial, la catarata arrastra el agua cálida que encuentra y la transporta consigo hacia abajo, hasta el fondo de la segunda cuenca. Como además fluye hacia abajo, la catarata 1. CATARATA DE LABORATORIO, creada introduciendo un chorro de agua salada en un tanque giratorio de agua dulce. El agua salada, más densa, coloreada aquí en azul, se va hacia el fondo. A medida que desciende por el suelo inclinado del tanque forma olas y se mezcla, por turbulencia, con el agua circundante. La fuerza de Coriolis, debida a la rotación del tanque, hace que la catarat a vire a su derecha. La diferencia de salinidad impulsa también a la catarata que sale de Gibraltar hacia el Atlántico Norte.
TEMAS 24
AGUA
49
FRIO
CALIENTE
FRIO
CALIENTE
CRESTA
2. LA CONVECCION impulsa la mayoría de las cataratas oceánicas; así se demuestra en un recipiente de agua cuando se calienta por un extremo y se enfría por el otro (arriba ). El agua fría del “polo” se va rápidamente al fondo del recipiente ( flechas ) y se extiende hacia el “ecuador”. Allí encuentra capas de agua más caliente encima. Esta inversión de temperatura impide que el agua fría ascienda rápidamente; antes bien, se calienta por contacto con las capas más calientes y asciende a razón de un metro por año en el océano. La catarata se forma cuando se introduce una cresta en el fondo del recipiente (abajo ). El agua de la cuenca polar está más fría a la altura de la cresta que el agua de la cuenca ecuatorial y por tanto es más densa; el efecto se manifiesta por la subida de las isotermas, o líneas de igual temperatura (trazo continuo), en la parte izquierda. El agua polar se derrama por encima de la cresta hasta el fondo de la cuenca ecuatorial. Este rápido descenso, acompañado a veces de intercambio turbulento, constituye un modelo de catarata oceánica.
suele experimentar una mezcla tur- en zonas restringidas; no son fáciles bulenta con el agua circundante, de estudiar. Aunque los oceanógrafos corriente abajo. El resultado neto del aludieron a su presencia ya hacia arrastre y de la mezcla es que la tem- 1870, hubo que esperar casi un siglo peratura del agua del fondo de la para que se hiciera posible la invescuenca ecuatorial iguala —o incluso tigación a fondo del fenómeno. El supera— a la temperatura del agua avance decisivo se produjo cuando los que se encuentra a la profundidad de transistores sustituyeron a los tubos la cresta en la cuenca polar. de vacío, permitiendo la fabricación El estudio de las cataratas en el de equipos electrónicos capaces de mundo real debe tener en conside- soportar tratamientos como el de ser ración las numerosas cuencas del lanzados por la borda. océano. Ciertos factores que complican la cuestión, y que abordaremos luego na forma de estudiar las catara(fuerza de Coriolis y rozamiento), tas consiste en examinar una tira intervienen también en la descripción; oceánica, extendida de norte a sur, resulta de ello que las trayectorias de que incluya la región sospechosa de algunas cataratas no están orientadas formación de aguas frías: la región de norte a sur, ni terminan en el ecua- donde el agua fría desciende ( véase la dor. Pese a lo cual este sencillo modelo figura 4 ). Se traza luego un conjunto explica la mayor parte de los hechos de isotermas o curvas de igual valor observados: las cataratas de agua fría de la temperatura. La catarata transy densa fluyen desde las cuencas pola- porta agua fría hacia abajo de una res hacia las ecuatoriales. En cada cresta; si hubiera, pues, una catarata, fase del proceso el agua se calienta la isoterma que corresponde justapor arrastre y mezcla. Con ello la tem - mente a encima mismo de la profunperatura del fondo de las cuencas didad de la cresta estará a nivel en el oceánicas aumenta hacia el ecuador. lado que mira corriente arriba de la Las cataratas oceánicas gigantes se cresta, pero descenderá bruscamente producen a grandes profundidades y en el lado que mira corriente abajo.
U
50
El agua más fría que se halle por debajo mismo de la profundidad de la cresta no fluirá sobre ésta. En consecuencia las isotermas que representen su temperatura aparecerán en la cuenca corriente arriba, pero no en la cuenca corriente abajo. La catarata de Río Grande, que comienza a unos 20 grados de latitud sur en el océano Atlántico y fluye hacia el norte, proporciona un buen ejemplo. El propio Alto de Río Grande constituye la cresta para esta catarata: se halla a 4000 metros de profundidad bajo el nivel del mar. La isoterma de la temperatura potencial de cero grados Celsius está a una profundidad algo mayor. (La temperatura potencial es la temperatura real corregida del efecto de la presión en la profundidad oceánica.) Por tanto la cresta bloquea ese curso, que se origina en el Antártico, impidiéndole derramarse por la Cuenca Brasileña, situada más al norte. Allende la cima de la cresta, hay agua ligeramente más caliente, a 0,2 grados Celsius, y más densa que el agua del norte; ésta fluye sobre la cresta y la isoterma de 0,2 grados desciende aproximadamente un kilómetro, hasta el fondo de la Cuenca Brasileña. Las isotermas de 1,0 y 1,4 grados revelan una segunda catarata, más hacia el norte, donde la Meseta Abisal de Ceará separa la Cuenca Brasileña de la Cuenca del Atlántico Norte. Esta meseta, situada cerca del ecuador, impide que el agua a 1,0 oC de la Cuenca Brasileña se derrame hacia la Cuenca del Atlántico Norte. Por otra parte, el agua a 1,4 oC se encuentra encima de la cresta, que se supone situada a unos 4 grados de latitud norte. Hacia el sur la isoterma de 1,4 oC está relativamente a nivel, pero hacia el norte de la cresta desciende más de 2000 metros y, al parecer, acaba en el suelo de la parte más profunda de la Cuenca del Atlántico Norte. Forma allí el agua antártica de fondo, así llamada por su origen meridional, del Atlántico Norte. Que la isoterma de 1,4 oC termine bruscamente refleja quizás el fenómeno siguiente: durante su descenso, el agua que cae se mezcla con agua circundante más caliente, su temperatura se eleva y la isoterma desaparece. La delineación de la isoterma de dos grados revela la tercera gran catarata del Atlántico, el derrame del estrecho de Dinamarca. La corriente que fluye a través del e strecho de Dinamarca (situado en realidad entre Groenlandia e Islandia) circula de norte a sur, en sentido
TEMAS 24
opuesto a la corriente de agua antártica de fondo en las cataratas que hemos explicado antes. Una vez que la corriente cruza la cresta, llamada Alto de Groenlandia-Islandia, desciende por una catarata de 200 metros de profundidad y 200 kilómetros de anchura. A los mil kilómetros corriente abajo alcanza una profundidad de unos 3500 metros y forma las aguas profundas del Atlántico Norte. Durante su de scenso de 3,5 kilómetros el agua que cae puede mezclarse con otra más cálida, aumentando su temperatura por encima de la del agua antártica de fondo. En cualquier caso, el agua profunda del Atlántico Norte no es tan densa como la antártica de fondo y forma una capa bien diferenciada por encima de ella.
aparezca en el agua antártica de fondo de la plataforma de hielo de Filchner, del Atlántico Norte. que se encuentra en el mar de Weddell, El tritio es generalmente difícil de al sur del océano Atlántico y frente a detectar en el hemisferio sur, puesto las costas de la Antártida. El agua que la mayoría de las pruebas de bom- fría y densa se vierte desde la platabas se produjeron en el hemisferio forma de hielo de Filchner al profundo norte. En cambio los halocarburos mar de Weddell. El hecho de que se —freones y otros gases que, según se midiesen elevadas concentraciones de cree, erosionan la capa de ozono— freón 11 a una profundidad de 1500 producen una mayor marca en el metros en el Antártico constituye una hemisferio sur. Las concentraciones prueba palmaria de que los compuesde esos gases antropogénicos en la tos de fabricación humana están atmósfera han ido creciendo rápida- empezando a penetrar en el agua mente en los últimos tiempos. Se antártica de fondo. disuelven en el agua superficial del océano y se van difundiendo lentaa manifestación más espectacular mente hacia abajo. John L. Bullister de las cataratas oceánicas gigandescubrió una forma de freón, llamado tes estriba en su enorme caudal. La freón 11, en una fuente primaria del catarata del estrecho de Dinamarca agua antártica de fondo: la catarata vuelve a convertirse en paradigma. L.
L
L
os termómetros no son el único medio con el que pueden investigarse las cataratas. Los isótopos radiactivos disueltos en agua de ma r constituyen otro medio eficaz para seguir las trayectorias de esas corrientes submarinas. El tritio, isótopo radiactivo del hidrógeno, cuya vida media es de 12,5 años, se produjo en cantidades muy superiores a los niveles naturales del fondo durante las pruebas de bombas nucleares en la atmósfera, a mediados del siglo XX . La mayor parte del tritio se desprendió en el hemisferio norte y penetró en el océano en forma de agua tritiada, o pesada. Al finalizar en 1963 las pruebas superficiales, esa fuente de tritio desapareció. Los niveles atmosféricos de este isótopo han disminuido sin cesar desde entonces, pero un gran volumen de agua que estuvo en la superficie durante los años de pruebas atmosféricas quedó marcado con tritio. El Grupo de Operaciones del Estudio Geoquímico de Secciones Oceánicas (GEOSECS) midió los niveles de tritio a varias profundidades en 1972 a lo largo de una tira meridiana de Atlántico. Los datos mostraron que el tritio de las pruebas atmosféricas lo había transportado la catarata del estrecho de Dinamarca hasta una profundidad aproximada de 3500 metros, penetrando en la base del agua profunda del Atlántico Norte. Pero no se halló tritio en la capa más profunda de agua antártica de fondo. Esto indica que el tritio depositado en el hemisferio sur no había tenido tiempo de llegar al hemisferio norte por el camino de las corrientes profundas. A la velocidad de intercambio oceánico antes estimada habrán de transcurrir varios cientos de años antes de que el tritio
AGUA
3. PRINCIPALES CATARATAS OCEANICAS, representadas en este mapa del Atlántico. El estrecho de Dinamarca, entre Groenlandia e Islandia, produce la que es quizá la mayor catarata del mundo, con un caudal de unos cinco millones de metros cúbicos por segundo. La catarata de Islandia-Faroes aporta agua fría y densa al Atlántico Norte. La catarata de la meseta abisal de Ceará, que corre de sur a norte, provee al Atlántico Norte de su agua más fría y profunda: el agua antártica de fondo. A través del Desfiladero del Descubrimiento el agua fluye a razón de 210.000 metros cúbicos por segundo, de la parte oriental del Atlántico Ecuatorial al este del Atlántico Norte. La catarata de la plataforma de hielo de Filchner produce parte del agua de fondo más densa del mundo. La catarata de las islas Shetland del Sur desempeña un papel destacado en el mantenimiento de las regiones de alimentación del krill. Esas cataratas se deben a diferencias de temperatura; la de Gibraltar recibe, por contra, su impulso de diferencias de salinidad. La línea roja señala la parte de la expedición GEOSECS de 1972-73 que dio por resultado el corte vertical de la figura 4.
51
Val Worthington trató de medir su la flota de arrastre de altura para los Biscay midieron el caudal de la caudal en 1967 disponiendo un con- correntímetros anclados en el estrecho catarata de Río Grande hacia la junto de 30 correntímetros a varias de Dinamarca puede impedir cual- misma época. Tras dos años de obse rprofundidades en la región de la quier investigación futura. vaciones estima ron que el cauda l de cresta. Las corrientes eran tan intenesta catarata es de cuatro millones sas que se perdieron 20 de los correnorthington y yo acometimos en de metros cúbicos por segundo, comtímetros. Los que se recuperaron 1978 mediciones de caudal en parable al de la catarata del estrecho habían registrado corrientes de hasta la catarata de Ceará, que proporciona de Dinamarca. 1,4 metros por segundo, cifra consi- agua antártica de fondo a la cuenca Esos enormes flujos suelen ir impulderable si se compara con las veloci- del Atlántico Norte. Los correntíme- sados por diferencias de temperatura dades habituales de flujo de las tros, dispuestos sobre la cresta, a entre las dos cuencas, pero no siempre corrientes superficiales, que son de cuatro grados de latitud norte, sumi- acontece así. Debido a la evaporación, 0,1 a 0,5 metros por segundo. Sobre nistraron una estima del caudal de el agua del Mediterráneo es mucho esta base se estimó el caudal de la uno a dos millones de metros cúbicos más salina, y por tanto más densa, catarata en cinco millones de metros por segundo, lo que representa de que el agua más profunda del cúbicos por segundo, que es la cifra cinco a diez veces el caudal del río Atlán tico, a pesar de hallarse más que dimos arriba. Amazonas. Merced al progreso de la caliente que ésta. El agua que sale del Por desgracia apenas si se realiza- técnica de las boyas pudimos mante- Mediterráneo a través de Gibraltar ron mediciones de caudal tras los ner en posición los instrumentos un tiende a hundirse en el Atlántico, proestudios iniciales de Worthington. año entero, sin pérdida alguna. Esto vocando una catarata. In vestigadores del Instituto Bedford nos permitió medir el caudal entre Durante su descenso, el agua salina o de Oceanografía de Darmouth, Nueva 1,0 y 1,9 C a intervalos de una décima mediterránea se mezcla con el agua Escocia, llegaron a una estima de 2,5 de grado Celsius. atlántica. Esta mezcla reduce la denmillones de metros cúbicos por segundo Nelson G. Hogg, William J. Schmitz sidad del agua mediterránea hasta en 1973. La amenaza que representa Jr., Wilford D. Gardner y Pierre E. que se iguala a la del agua atlántica
W
4. ESTE CORTE VERTICAL DEL ATLANTICO abarca desde Groenlandia hasta la Antártida y permite apreciar varias cataratas. El Alto de Río Grande, a unos 30 grados de latitud sur, impide el paso hacia el norte del agua antártica de fondo,
52
con temperaturas por debajo de cero grados. A pesar de ello se derrama agua a 0,2 grados sobre la dorsal de la Cuenca Brasileña, formando la catarata de Río Grande. La meseta abisal de Ceará, cerca del ecuador, impide que el agua a tem-
TEMAS 24
circundante a una profundidad de mil metros. Allí detiene su descenso y se expande en forma de penacho sobre una considerable porción del Atlántico nororiental, donde ocasiona un pronunciado máximo de la salinidad oceánica. La mezcla turbulenta de la catarata de Gibraltar con las aguas atlánticas explica la profundidad del penacho, pero es de suyo un rompecabezas. Nadie sabe todavía por qué la catarata de Gibraltar se mezcla con su entorno de manera más intensa que la catarata del estrecho de Dinamarca. Cuatro explicaciones posibles se han aducido: 1) la abrupta pendiente de la plataforma continental cercana a España; 2) accidentes geográficos más ásperos que en el estrecho de Dinamarca; 3) el hecho de que la catarata mediterránea esté impulsada por una diferencia de salinidad, mientras que la del estrecho de Dinamarca es una catarata térmica; y 4) el fuerte
oleaje de la corriente a través del estrecho de Gibraltar, como resultado de mareas y borrascas. Para determinar cuál de esas explicaciones sea la correcta, de serlo alguna, se requerirán estudios fundamentales en dinámica de fluidos geofísica, además de muchas otras observaciones. A pe sa r de la impr ec isió n qu e rodea a los factores que determinan el grado de mezcla, los investigadores están de acuerdo en la importancia máxima de la mezcla para establecer el balance calorífico de las cataratas y de sus alrededores. La catarata Ceará penetra en el Atlántico Norte como una lengua de agua fría. Como se ha observado que esta lengua permanece estacionaria durante muchos años, el agua que fluye hacia el norte tiene que estar calentándose y, por tanto, ascendiendo entre las isotermas. Esto sólo es posible si el agua más caliente de arriba se mezcla con la de la catarata
peratura inferior a un grado fluya más hacia el norte. El agua a 1,4 grados se derrama sobre la cresta de la cuenca del Atlántico Norte, formando la catarata de Ceará, que proporciona a esa parte oceánica agua antártica de fondo. La catarata del
AGUA
y la calienta, proceso al que se denomina intercambio turbulento.
L
os límites escarpados de las cataratas convierten a éstas en un buen lugar para estudiar el intercambio turbulento oceánico. El grado de mezcla y, por tanto, los balances de energía calorífica (el grado en que la catarata puede ceder o tomar calor) son relativamente fáciles de obtener. Los estudios de balance calorífico en las cataratas realizados por Hogg, Schmitz, Gardner, Biscay, Peter Saunders, Worthington y por mí mismo indican que la eficacia de la mezcla turbulenta para intercambiar calor multiplica por mil la alcanzada por la conducción molecular ordinaria. Con el tiempo esperamos poder establecer los balances de energía calorífica de otras cataratas y finalmente los del océano entero. Hasta cierto punto la catarata puede considerarse como un sistema
estrecho de Dinamarca arrastra agua a dos grados desde el mar de Noruega hasta una profundidad de 3500 metros; forma las aguas profundas del Atlántico Norte, por encima del agua antártica de fondo.
53
aislado del resto del océano; de ahí que se preste al estudio de laboratorio. Thomas H. Ellison y J. Stewart Turner realizaron un sencillo experimento en 1959, consistente en dejar que fluyera agua salada por la parte superior de una pendiente que estaba en el fondo de un tanque lleno de agua dulce. El agua salada, más densa, se deslizó hasta el fondo del tanque, donde se midió el cambio de salinidad en función de la pendiente y del caudal. Estas dos variables determinan el número de Froude, que, en esencia, calcula el cociente entre fuerzas inerciales y fuerzas de empuje hidrostático (cociente entre la velocidad real de un objeto y la velocidad que adqui-
riría si no estuviera sometido más las fuerzas de Coriolis y las de rozaque a la aceleración de la gravedad). miento. La fuerza de Coriolis se debe Ellison y Turner hallaron que, cuando a la rotación terrestre y tiende a desel número de Froude de tal catarata viar un objeto en movimiento perpende laboratorio era mucho mayor que dicularmente a su trayectoria. Si un la unidad, la corriente se tornaba objeto avanza hacia el sur, dicha turbulenta; la mezcla resultante fuerza lo desviará hacia la derecha en empujaba a su vez el número de el hemisferio norte y hacia la izquierda Froude hacia la unidad. Esto sugiere en el hemisferio sur. En la catarata que la corriente de la catarata tien de del estrecho de Dinamarca las fuerzas a equilibrar las fuerzas de inercia y de Coriolis hacen que el agua ascienda de empuje hidrostático. aproximadamente un kilómetro más El experimento de Ellison y Turner por la pared derecha del canal qu e por fue un burdo modelo de una catarata la izquierda. La corriente medioceánica e ignoraba cierto número de terránea salada se curva hacia la factores, que complican las cosas y derecha después de salir del estrecho que deben incluirse en una represen- de Gibraltar en virtud también de las tación verosímil. Los principales son fuerzas de Coriolis; la catarata for-
5. CATARATA DEL ESTRECHO DE DINAMARCA, representada en perspectiva. La cresta de esta catarata es el Alto de Groenlandia-lslandia, que yace a 650 metros de profundidad. El agua del mar de Noruega fluye sobre la cresta a razón, según se ha estimado, de 25 veces el caudal del Amazonas. La fuerza de Coriolis hace que el agua ascienda en la pared derecha (miran-
54
do corriente abajo) aproximadamente un kilómetro más arriba que en la pared izquierda. La parte en azul oscuro es agua a un grado Celsius, que se extiende en forma de abanico alrededor de la punta meridional de Groenlandia. Por encima de ella hay agua a 1,8 grados, que penetra en el Atlántico Norte en forma de lengua y se extiende hacia el sur hasta Terranova.
TEMAS 24
mada corre en realidad paralela a la costa española.
P
eter C. Smith pretendió identificar los factores que complicaban el análisis de la dinámica de las cataratas oceánicas en 1973, para lo que construyó un modelo de laboratorio que producía la fuerza de Coriolis por medio de una mesa giratoria y que incluía también el rozamiento entre el agua y el fondo del canal. Luego añadió en los cálculos teóricos el rozamiento entre el agua de la catarata y la de las capas situadas por encima de ella, que se tuvo en cuenta en forma de incorporación o entremezcla de diferentes capas fluidas. Del estudio teórico obtuvo la conclusión siguiente: las tasas de mezcla obtenidas en el estrecho de Dinamarca resultan del rozamiento con el fondo más que de la mezcla con capas de agua vecinas. También llegó a la conclusión de que el rozamiento con el fondo es el factor predominante en la vecindad de la cima de la catarata, mientras que la 6. TORBELLINOS DE LABORATORIO, creados introduciendo una burbuja de mezcla adquiere una importancia cre- agua salada y densa, teñida aquí de rojo, en un recipiente giratorio de agua dulce, ciente corriente abajo. parte de la cual está teñida de azul. El agua densa desciende para sufrir una mezJames F. Price y Martha T. O’Neil cla turbulenta con el agua circundante, al tiempo que absorbe hacia abajo el agua refinaron luego el modelo de Smith. menos densa de arriba. La fuerza de Coriolis hace que el movimiento de descenso Su fórmula para la entremezcla se adquiera giro ciclónico y desencadene remolinos. Aquí pueden verse tres torbebasa en estudios de alta resolución de llinos; cada uno consta de una lente de fluido rojo sobre la cual descansa el agua azul superficial. El mismo proceso, instado por el descenso del agua densa en las la mezcla en las capas oceánicas supe- cataratas, podría generar también remolinos oceánicos de varios kilómetros de riores. En colaboración con Thomas diámetro. B. Sanford y Rolf G. Lueck midieron la velocidad, la temperatura y la salinidad de la catarata del estrecho de verdad es que apenas se ha podido se propagan hacia arriba y, según Gibraltar. La comparación de las comenzar a medir ambas magnitudes Griffiths, rompen y producen intensos observaciones con el modelo indica en el fondo oceánico. No está, pues, ciclones encima de la catarata. Tal que éste da una descripción realista todavía claro si el valor del rozamiento proceso se ha observado realmente en de la variación de densidad a lo largo admitido por los investigadores es experimentos en los que una reja agide una catarata oceánica. Sus conclu- apropiado para el océano real; los nue- tadora produce ondas inerciales en un siones apuntan también a que el freno vos datos ayudarán a decidir si las fluido en rotación. se debe principalmente al rozamiento hipótesis introducidas en los modelos Stern, Flierl, Klinger y yo mismo con el fondo (confirmando los resulta- son o no razonables. proponemos un mecanismo diferente. Pese a la escasez de datos fiables, Creemos que la circulación ciclónica dos de Smith), a menos que se supere cierta velocidad crítica, punto a partir los investigadores continúan aumen- es un efecto directo de la mezcla verdel cual el agua se mezcla activamente tando la complicación de los modelos. tical, debida a la turbulencia en con la de su alrededor. Pero, en con- Experimentos de laboratorio poste- pequeña escala de un fluido en rotatraste con los resultados de Smith, riores resolvieron con detalle los efec- ción cuando agua densa reposa bajo estos investigadores hallaron que la tos provocados por la fuerza de Corio- agua menos densa. Según este modelo, entremezcla es importante cerca de lis. Los ensayos realizados en mesas la turbulencia mezcla el agua menos la cima de la catarata, mientras que giratorias por Ross W. Griffiths, densa de arriba con la más densa de el rozamiento con el fondo cobra inte- Melvin E. Stern, Glenn R. Flierl, abajo. La densidad de la primera Barry A. Klinger y el autor muestran aumenta así, se hunde y aspira la rés corriente abajo. que la fuerza de Coriolis genera situada directamente encima, arrasueda pendiente una cuestión, a pe queños remolinos solitarios, trándola hacia abajo. La fuerza de saber, la de si los resultados de encima mismo de la catarata, cerca Coriolis reorienta la corriente en el los modelos teóricos y de los experi- del fondo oceánico. plano horizontal, haciéndola girar en mentos de laboratorio —que están Se han propuesto dos mecanismos vórtice entre la catarata y la superficie limitados por el tamaño de las mesas discrepantes para la generación de los del agua. Tales vórtices podrían ser la giratorias— representan fielmente el remolinos. Griffiths sugiere que la contrapartida de los grandes vórtices océano real, donde la turbulencia es catarata produce una onda “inercial” oceánicos, de varios centenares de probablemente mucho mayor y donde en el océano, es decir, una ola de vor- kilómetros de diámetro, capaces de la topografía del fondo introduce can- ticidad que gira primero en una direc- persistir durante varios años [ véase tidades de rozamiento y de entremez- ción y después en la otra, como el agua “Anillos de la Corriente del Golfo”, por cla en gran parte desconocidas. La en una lavadora doméstica. Las olas Peter H. Wiebe; INVESTIGACIÓN Y
Q
AGUA
55
CIENCIA , mayo de 1982]. Pero los vórtices menores no se han observado hasta ahora fuera del laboratorio.
pues, cómo las larvas, que no saben nadar, pueden regresar a las zonas de procreación cuando son adultas. Curiosamente, se ha observado que las zonas de “jardín de infancia”, donde se encuentran las larvas, están situadas a cientos de kilómetros hacia el oeste, aun cuando la corriente circumpolar antártica avance hacia el este. Nowlin y Zenk sugieren que las cataratas de las profundidades transportan el krill hacia el oeste. Si esta suposición fuese correcta, las larvas ascenderían tras salir del huevo y serían transportadas nuevamente hacia el este, hacia la zona de procreación, por la corriente antártica. Las cataratas oceánicas podrían proporcionar el mecanismo para cerrar el circuito entre la zona de procreación, el jardín de infancia y las zonas de alimentación.
A
demás de sus efectos sobre el clima y la salinidad de las profundidades oceánicas, las cataratas podrían ejercer una influencia poderosa sobre la biología marina. Se aprecia ello en la catarata de las islas Shetland del Sur. Tras salir del mar de Weddell, que está al sur del océano Atlá ntic o, la cata rata de las islas Shetland del Sur termina por descender hacia el oeste, hasta el mar de Escocia, al sur del océano Pacífico. Worth D. Nowlin Jr. y Walter Zenk han propuesto que el ciclo de vida de los minúsculos camarones (“krill”) del mar de Escocia está condicionado por la profunda catarata. Los biólogos saben que el krill adulto se reúne para procrear cerca de las Shetland del Sur, formando extensos “prados” donde acuden las ballenas para alimentarse. Estas zonas caen cerca de la inmensa corriente circumpolar antártica, que circula superficialmente hacia el este. Las huevas del krill se ponen hacia 50 metros de profundidad, pero se hunden hasta unos 1000 metros antes de que las larvas salgan; no se podía explicar,
A
unque se haya avanzado mucho en el conocimiento de la extensión de las cataratas y en el de su caudal, temperatura y composición química, queda amplio campo por investigar, de modo que puedan establecerse las tasas de mezcla con el agua circundante y el efecto de frenado en el fondo del océano. De ese estudio saldrá un mejor conocimiento de las grandes
INVESTIGACION Y CIENCIA
DISTRIBUCION
DIRECTOR GENERAL Francisco
para España:
Gracia Guillén EDICIONES José María Valderas, director ADMINISTRACIÓN Pilar Bronchal, directora PRODUCCIÓN M. a Cruz Iglesias Capón Bernat Peso Infante SECRETARÍA Purificación Mayoral Martínez EDITA Prensa Científica, S. A. Muntaner, 339 pral. 1. a 08021 Barcelona (España) Teléfono 93 414 33 44 - Telefax 93 414 54 13 SCIENTIFIC AMERICAN EDITOR IN CHIEF John
Rennie BOARD OF EDITORS Michelle Press, Managing Editor ; Ricki L. Rusting, Assistant Managing Editor ; Philip M. Yam, News Editor ; Gary Stix, Special Projects Editor ; Kristin Leutwyler, On-line Editor ; W. Wayt Gibbs, Senior Writer ; Mark Alpert, Steven Ashley, Graham P. Collins, Carol Ezzell, Steve Mirsky, George Musser y Sarah Simpson, Editors;
Mark Fischetti, Marguerite Holloway, Madhusree Mukerjee y Paul Wallich, Contributing Editors. PRODUCTION William Sherman VICE PRESIDENT AND MANAGING DIRECTOR, INTERNATIONAL
Charles McCullagh PRESIDENT AND CHIEF EXECUTIVE OFFICER
Gretchen G. Teichgraeber Rolf Grisebach
CHAIRMAN
56
cascadas de agua del planeta, cuya influencia sobre la salinidad, la temperatura y la biología del océano repercute en el clima y en la ecología global de la Tierra.
LOGISTA, S.A.
Aragoneses, 18. (Pol. Ind. Alcobendas) 28108 Alcobendas (Madrid) Tel. 91 484 39 00 para los restantes países:
Prensa Científica, S. A. Muntaner, 339 pral. 1.a 08021 Barcelona Teléfono 93 414 33 44
BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIA AN A TTEMPT TO MEASURE THE V OLUME TRANSPORT OF NORWEGIAN SEA OVERFLOW WATER THROUGH THE DENMARK STRAIT. L. V Worthington en Deep-Sea
Research ,
vol. 16, suplemento, págs. 421-432; 1 de agosto de 1969.
A S TREAMTUBE M ODEL FOR B OTTOM BOUNDARY CURRENTS IN THE OCEAN.
Peter C. Smith en Deep-Sea Research, vol. 22, n.o 12, págs. 853-873; diciembre de 1975.
THE FLUX AND MIXING RATES OF ANTARCTIC B OTTOM WATER WITHIN THE N ORTH ATLANTIC . J. A. Whitehead, Jr., y L. V.
Worthington en Journal of Geophysical vol. 87, n.o C10, págs. 79037924; 20 de septiembre de 1982.
Research,
GEOSECS ATLANTIC, PACIFIC, AND INDIAN OCEAN EXPEDITIONS , VOL. 7: SHOREBASED DATA AND GRAPHICS. GEOSE-
CS Comité Ejecutivo. H. Gote Ostlund, Harmon Craig, Wallace S. Brocker y Derek W. Spencer. National Science Foundation, U. S. Government Printing Office, 1987.
PUBLICIDAD
GM Publicidad Francisca Martínez Soriano Menorca, 8, semisótano, centro, izda. 28009 Madrid Tel. 91 409 70 45 Fax 91 409 70 46 Cataluña y Baleares: Miguel Munill Muntaner, 339 pral. 1.a 08021 Barcelona Tel. 93 321 21 14 Fax 93 414 54 13
Copyright © 2001 Prensa Científica S. A. Muntaner, 339 pral. 1.a, 08021 Barcelona (España) Reservados todos los derechos. Prohibida la reproducción en todo o en parte por ningún medio mecánico, fotográfico o electrónico, así como cualquier clase de copia, reproducción, registro o transmisión para uso público o privado, sin la previa autorización escrita del editor del libro. ISSN: 1135-5662 Dep. Legal: B-32.350-1995 Filmación y fotocromos reproducidos por Dos Digital, Zamora, 46-48, 6. a planta, 3.a puerta, 08005 Barcelona Imprime Rotocayfo-Quebecor, S.A. Ctra. de Caldes, km 3, Santa Perpètua de Mogoda (Barcelona) Printed in Spain - Impreso en España
TEMAS 24
La historia del Atlántico
John G. Sclater y Christopher Tapscott
El océano tiene unos 165 millones de años. Su evolución y la topografía de su fondo se explican gracias a los testigos de sondeo, las mediciones del flujo de calor y del magnetismo y al desarrollo de la teoría de la tectónica de placas
H
ace 165 millones de años no Atlántico y, a excepción de determiexistía el océano Atlántico. nadas zonas aisladas, cerca de IslanLos continentes que en la ac- dia y cerca de las Azores, el fondo tualidad lo bordean se encontraban oceánico en esa zona de la cresta tieentonces unidos, cual piezas de un ne una profundidad media de 2500 rompecabezas, formando una inmen- metros. La profundidad del fondo sa extensión de tierra. Por esa época aumenta gradual y simétricamente el magma fundido que ascendía des- con la distancia a la cresta, alcanzande el interior del planeta formó los do una profundidad máxima comcontinentes al producir la separación prendida entre 5000 y 6000 metros de las tierras emergidas. Como con- antes de levantarse abruptamente en secuencia de ello los continentes em- las plataformas continentales. pezaron a separarse a una velocidad Esta simetría norte-sur, tan simde varios centímetros por año y así ple, del fondo del Atlántico queda innació el Atlántico. Los geofísicos han terrumpida por dorsales transversacartografiado la topografía del fondo les aisladas y por zonas de fractura, del Atlántico, para lo cual ha sido li- es decir, por cicatrices profundas del teralmente bombardeado con ondas fondo oceánico, que cortan a la cressonoras de las que se han estudiado ta de la dorsal central y siguen una sus ecos. La estructura vertical del dirección aproximadamente perpenfondo oceánico se ha determinado a dicular a ella. Las dorsales este-oespartir de muestras cilíndricas de se- te se levantan unos 2000 metros por dimentos, recogidas por buques espe- encima del fondo oceánico circundancializados en sondeos en mares pro- te. A diferencia de la dorsal central, fundos, habiéndose medido también donde se localizan los epicentros de las anomalías de la magnitud y de la la mayoría de los terremotos superfidirección del campo magnético terres- ciales que se producen en el Atlántitre existente en esos mismos fondos. co, las dorsales este-oeste son sísmiLa tectónica de placas y los modelos camente inactivas. Las más importeóricos actuales sobre el flujo de ca- tantes de entre ellas son las dorsales lor en el fondo oceánico pueden expli- de Walvis y de Río Grande, abarcancar los rasgos topográficos, las prin- do entre ambas la parte central del cipales características de la sedimen- Atlán tico sur. Los cañon es producitación y las anomalías magnéticas. La dos por las zonas de fractura (que teoría y los datos obtenidos han per- pueden llegar a tener hasta 500 kilómitido reconstruir su historia. metros de longitud, 25 kilómetros de El rasgo topográfico más sobresa- anchura y 3 kilómetros de profundiliente del Atlántico es la dorsal cen- dad) desplazan el eje de la dorsal centrooceánica, enorme cordillera mon- trooceánica de forma intermitente dutañosa sumergida, cuya escala sobre- rante toda su longitud. pasa a los Alpes y al Himalaya juntos, En la cresta de la dorsal centroque recorre la parte central del océa- oceánica el fondo está constituido funno desde Islandia, al norte, hasta la damentalmente por rocas volcánicas isla de Bouvet (a 1800 kilómetros de duras y resistentes. Al aumentar la distancia de la costa antártica), al distancia a la cresta, estas rocas apasur. La cresta de la dorsal marca recen recubiertas por un espesor creaproximadamente la parte media del ciente de sedimento blando, una com-
AGUA
binación de arcilla roja (material detrítico ligero procedente de los continentes) y barro calcáreo (carbonato cálcico procedente de restos esqueléticos de microorganismos). Cerca de la cresta de la dorsal predomina el barro calcáreo. Entre 4,5 y 5 kilómetros por debajo de la superficie oceánica se encuentra el nivel de compensación del carbonato cálcico que es la profundidad por debajo de la cual la lluvia continua de organismos pelágicos, en forma de sedimentos calcáreos, queda disuelta en vez de acumularse, debido a que el agua no está saturada de carbonato cálcico. Esto significa que en las aguas profundas alejadas de la cresta de la dorsal centrooceánica los sedimentos de carbonato cálcico se disuelven, de modo que la arcilla roja pasa a constituir el material predominante sobre el fondo.
E
n la vecindad de los continentes los sedimentos se recubren de capas de material detrítico procedente de las plataformas continentales. En esas zonas el fondo oceánico es extremadamente uniforme, formado por espesas capas de sedimentos que conforman las suaves llanuras abisales. La acumulación máxima de sedimentos se encuentra al pie de los continentes. Los sedimentos son depositados por los ríos y están constituidos principalmente por finas partículas de arcilla y de arena mezcladas con barro calcáreo y con materiales de origen orgánico. El buque oceanográfico Glomar Challenger, equipado para realizar sondeos en mar profundo y construido por un consorcio de instituciones oceanográficas americanas, obtuvo columnas de sedimentos del fondo oceánico procedentes de centenares
57
1. MAPA BATIMETRICO DEL ATLANTICO donde se observa que el fondo oceánico aumenta de profundidad simétricamente al crecer la distancia a la dorsal centrooceánica, la gran cordillera sumergida que desciende por la parte media del océano y que va desde Islandia, al norte, hasta la isla de Bouvet, al sur, situada a 1800 kilómetros de la costa antártica. El fondo oceánico, que tiene una profundidad media de 2500 metros en la cresta de la dorsal, alcanza una profundidad máxima entre 5000 y 6000 m antes de levantarse abruptamente en las plataformas. La simetría norte-sur del fondo queda interrumpida por dorsales asísmicas y zonas de fractura estrechas que, a modo de profundas cicatrices, las accidentan. La dorsal de Walvis y la de Río Grande son las asísmicas más prominentes.
58
TEMAS 24
2. MOSAICO DE PLACAS RIGIDAS que constituye la litosfera terrestre, o envoltura más externa del planeta. Las placas, que están en continuo movimiento, se distinguen por su tamaño. Así tenemos desde las seis principales, como la que abarca virtualmente todo el Pacífico, hasta otras varias menores, como la que viene a coincidir con la actual Turquía. Las flechas in dican los movimientos relativos de las placas cuando se considera estacionaria la placa africana. Las placas pueden interferirse de tres maneras distintas: por mutua separación a ambos lados de las dorsales centrooceánicas; por colisión en los bordes de los continentes, en cuyo caso una placa sufre subducción, es decir, se hunde bajo la otra; y por presentar movimientos laterales recíprocos (en cuyo caso la fricción generada entre ellas da lugar a las fallas transformantes, que indican la dirección del movimiento entre dos placas.) La mayoría de los terremotos se producen en las zonas de contacto entre placas y en las de subducción.
de sitios. Uno de los resultados más sorprendentes fue descubrir la existencia de sedimentos formados por carbonato cálcico en muestras obtenidas cerca de la plataforma continental. Delgadas capas de sedimentos de este tipo, encontradas directamente encima de rocas volcánicas duras, fueron cubiertas, a su vez, por hasta un kilómetro de espesor de arcilla roja y de otros materiales sedimentarios resultantes de la erosión continental. El carbonato cálcico se encontraba entre seis y siete kilómetros por debajo de la superficie oceánica. Puesto que el nivel de compensación queda muy por encima, la presencia de carbonato cálcico resultaba desconcertante. El enigma se resolvió cuando pudo reconstruirse la historia batimétrica del Atlántico. Muchos de los fenómenos geofísicos a gran escala que se producen en el fondo oceánico pueden explicarse gracias a la teoría de la tectónica de placas, de acuerdo con la cual se considera la superficie de la Tierra formada por un conjunto de placas rígidas
AGUA
que forman la litosfera. Las placas va- se lateralmente unas respecto de rían de tamaño y así tenemos desde otras. En la dorsal centro-atlántica las seis principales, una de las cuales asciende continuamente magma funes la que constituye prácticamente to- dido por la discontinuidad existente do el Pacífico, hasta otras más peque- entre las placas divergentes, relleñas, como la que coincide casi con la nándose así este vacío y creándose actual Turquía. La litosfera mide nuevo fondo oceánico. A medida que unos 100 kilómetros de espesor y com- se enfría el magma saliente, aumenta prende la corteza y el manto superior en densidad y se hunde formando de la Tierra. Flota sobre la astenosfe- nueva litosfera que se agrega a la amra, que es una capa móvil e íntegra- plia protuberancia en expansión que mente fluida del manto con un espe- constituye la dorsal. Allí donde dos sor de varios centenares de kilóme- placas chocan entre sí una puede sutros. Las placas litosféricas flotan frir subducción, es decir, hundirse basobre la astenosfera de forma pareci- jo la otr a, y ser rea bso rbi da en el da a como la cera sólida se sostiene manto. A lo largo de la línea que maren un recipiente con cera fundida. Las ca el descenso de la placa hacia el placas tienen siempre movimientos manto se forma en el fondo oceánico relativos entre sí, por lo que se inter- una fosa profunda. La fusión de la fieren mutuamente en sus zonas de placa en subducción genera una incontacto. tensa actividad volcánica en el borde Las placas pueden interferirse de de la placa suprayacente, que se locatres maneras: por divergencia, es de- liza a unos 100 kilómetros de la fosa. cir, separándose (tal como ocurre en Este tipo de actividad volcánica, junlos lados opuestos de la dorsal cen- to con la colisión de los continentes, troatlántica); por convergencia, es de- ha sido la responsable de la formación cir, chocando unas con otras; y, por de la mayoría de las cordilleras de último, por deslizamiento, moviéndo- montañas. Al hundimiento de las pla-
59
cas que sufren subducción se debe también la mayoría de los movimientos sísmicos que se producen en el mundo, convirtiéndose en puntos de
referencia que marcan los bordes de las placas. Se ha comparado el fondo del Atlántico con una gigantesca cinta
transportadora que mueve la litosfera a una velocidad de varios centímetros por año, trasladándola desde los lugares donde se origina, en la dorsal
3. MAPA DE LOS CONTINENTES hace 165 millones de años (izquierda). América del Norte, América del Sur, Groenlan dia, Europa y Af rica, que habían formad o un a en orme extensi ón de tierra, empezaron a separarse a medida que se fue produciendo entre ellas la ascensión de magma fundido, procedente de las zonas profundas. La creación de nueva corteza, gracias al flujo de magma hacia el exterior, separó lo s continentes septentrionales de Africa y de América del Sur, abriendo el naciente Atlántico septentrional y el Caribe. Hace 125 millones de años (derecha) el Atlántico Norte había alcanzado profundidades de 4000 metros. El agua no podía
60
TEMAS 24
centro-oceánica, hasta las fosas profundas donde desaparece. Esto hace que prestemos atención al hecho de que el fondo oceánico aumente de
edad a medida que crece la distancia ponsable del movimiento del fondo a la cresta de la dorsal centrooceáni- oceánico. Este movimiento proporcioca. La convección térmica existente na la mitad visible de un bucle de conen el manto constituye el motor res- vección; la otra mitad se encuentra en
fluir hacia el norte, ya que las tierras existentes al norte de Gibraltar no habían empezado a separarse y la zona que comunicaba España con Africa carecía de la suficiente profundidad. Es probable que tampoco pudiera fluir el agua hacia el sur, porque los arrecifes coralinos que se habían formado sobre la plataforma de las Bahamas impidieran la circulación entre el Atlántico y el Caribe. (El agua tampoco podía pasar
AGUA
desde el Caribe al Pacífico, porque zonas de lo que hoy es América Central se encontraban por encima del nivel del mar. Hace 125 millones de años América del Sur empezó a separarse de Africa y América del Norte continuó alejándose de Africa y de España. La placa situada al norte de Venezuela sufrió subducción bajo la sudamericana a medida que el movimiento de América del Sur comprimía el Caribe.)
61
zonas profundas del interior de la Tierra, donde la masa de las placas que han sufrido subducción debe conservarse gracias a algún tipo de flujo
de retorno de materia que vaya desde las fosas hacia la dorsal centrooceánica. No se conocen todos los pormenores del flujo de retorno; ello ex-
plica que se hallen sujetos a una intensa investigación. La litosfera puede considerarse como una capa que constituye el límite
4. MAPA DEL ATLANTICO hace 80 millones de años ( izquierda). Como puede apreciarse, el Atlántico Norte era ya todo un océano con profundidades inferiores a l os 5000 metros. Su agua podía pasar a otros océanos a través del Caribe y del amplio Estrecho de Gibraltar. Groenlandia y América del Norte habían empezado a separarse, con lo cual se formaron en esta etapa inicial una serie de mares alargados y someros que se ramificaban a partir del cuerpo principal del Atlántico Norte. El Atlántico Su r no se había desarrollado aún comple-
62
TEMAS 24
térmico superior del sistema convectivo del manto. Este modelo nos lleva a predicciones de gran alcance sobre el flujo de calor procedente del fondo
oceánico y sobre la profundidad del mismo. Las predicciones realizadas han resultado ser en gran parte verdaderas. Considérese la litosfera del
tamente. Con una profundidad máxima de sólo unos 4000 metros, estaba formado por la cuenca meridional y la septentrional, separadas entre sí por las dorsales de Río Grande y de Walvis. Las dorsales oponían rigurosa resistencia a la circulación entre ambas cuencas. Hace 36 millones de años (derecha) la mayoría de los rasgos topográficos más importantes
AGUA
Atlántico en un corte vertical. Originada a temperaturas elevadas en el centro de la dorsal centro-atlántica, la placa se enfría primero en su su-
del Atlántico se habían formado ya. El agua profunda podía circular en el Atlántico Sur gracias a que las dorsales de Río Grande y de Walvis habían sufrido una subsidencia suficiente. La diferencia principal que debemos reseñar entre entonces y ahora estriba en que España se encontraba bastante más alejada de Africa.
63
perficie superior, en donde está en contacto con el agua del mar que se encuentra a una temperatura de unos cero grados centígrados. A medida
térmica nos proporciona una ecuación simple que predice el flujo de calor que atraviesa la placa. De esa ecuación se obtiene la expresión, – q =11,3/ √ t, la cual nos indica que el flujo de calor ( q) que pasa desde la placa al océano es una función de la NIVEL edad ( t) del fondo oceánico. Las diDEL MAR ESTRATOS mensiones de q son las de la unidad SEDIMENTARIOS de flujo de calor (10–6 calorías por centímetro cuadrado y por segundo) y las de t, un millón de años. LITOSFERA La validez de la expresión del flujo ASTENOSFERA de calor puede ser comprobada miCONTINENTE CONTINENTE diendo q en distintos sitios del fondo oceánico y comparando los valores 5. CORTE A TRAVES DE LA DORSAL CENTROATLANTICA, que muestra cómo el medidos con los predichos. Pero son fondo oceánico aumenta de profundidad simétricamente al crecer la distancia a la difíciles de llevar a cabo las mediciocresta. En las proximidades de los continentes los sedimentos aumentan de espesor. nes del flujo de calor debido a los efecLos estratos sedimentarios están constituidos por arcilla, terrígenos ( gris claro) y tos térmicos producidos por otros fecarbonato cálcico (color claro). La litosfera flota sobre la astenosfera. nómenos. Las grietas verticales y las fallas existentes en el eje de la dorsal 0 centroatlántica fracturan el magma DORSAL CENTROOCEANICA que se enfría con rapidez, de suerte que la nueva litosfera se hace muy permeable al agua. Por eso la energía térmica puede transportarse a través 5 de la corteza del fondo oceánico por LITOSFERA advección, es decir, por un flujo de agua movido térmicamente. Cerca del ) eje de la dorsal se pierde más calor S O50 por advección que por conducción. A R T considerable distancia del centro de E M la dorsal la advección es despreciable. O L I En esas zonas la capa permeable de T S T S K ( litosfera se ha recubierto de sedimen R 100 A tos impermeables al agua; por tanto, M ASTENOSFERA L el flujo de calor procedente del fondo E D oceánico se debe principalmente a L E 0 conducción. Las mediciones realiza V I das en esas zonas concuerdan bien N DORSAL CENTROOCEANICA L con los valores predichos por el mo E D delo y demuestran que la expresión q O – J = 11,3/ √ t predice correctamente el A B 5 flujo de calor que presenta la litosfe E D ra de edad inferior a 120 millones de R O años. El calor adicional originado en P D el manto hace que el flujo de calor A D real en la litosfera más antigua sea I D50 mayor que el predicho por el modelo N T S U F del límite térmico. O R A medida que se enfría, la litosfe P LITOSFERA ra sufre una contracción térmica. La velocidad de la contracción vertical 100 puede calcularse a partir del flujo de calor. Junto con el efecto de carga graT S T S vita toria producido por el agua del ASTENOSFERA mar, esta contracción es responsable de la profundidad del fondo oceánico. La teoría nos proporciona una expre6. DOS MODELOS ESQUEMATICOS de la litosfera y de la astenosfera que muestran el flujo de materia (líneas discontinuas) y las isotermas, o superficies de igual temsión matemática muy sencilla: peratura (líneas de trazo continuo). La temperatura del solidus (T s) es la isoterma D =2500+350√ – t, donde D simboliza que marca la transición desde el material sólido de la litosfera hasta el material la profundidad en metros y t, la edad parcialmente fundido que constituye la astenosfera. El modelo del límite térmico del fondo en millones de años. Los da(arriba) considera la litosfera como el límite térmico superior del sistema convectos empíricos indican que esta expretivo del manto. El modelo de placa (abajo) introduce el supuesto adicional de que el calor fluye desde el manto hasta la litosfera para mantener una temperatura del sión, al igual que la correspondiente al flujo de calor, da valores correctos solidus de 1400 oC a una profundidad de unos 125 kilómetros. Las otras isotermas resultan casi idénticas en el modelo del límite térmico y en el de placa. para las zonas litosféricas cuya anti-
64
que el calor fluye a través de esta superficie y pasa al océano, la placa se enfría y aumenta de espesor. La descripción teórica de esta conducción
TEMAS 24
güedad no sea superior a 60 millones de años. Tal como hemos dicho anteriormente, el eje de la dorsal centroatlántica se encuentra 2500 metros por debajo del nivel del mar. La isobara (o curva de nivel que une los puntos de igual profundidad) de 3000 metros se halla sobre corteza oceánica cuya edad es de dos millones de años; la isobara de 4000 metros sobre la corteza cuya edad es de 20 millones de años y la isobara de 5000 metros sobre corteza cuya edad ya es de 50 millones de años.
L
as expresiones del flujo de calor y de la profundidad se desarrollaron a partir de un modelo que considera la litosfera como el límite térmico superior del sistema convectivo del manto. Un modelo distinto introduce la hipótesis adicional de que el calor fluye desde el manto hacia la litosfera para mantener una isoterma (superficie de igual temperatura) de 1400 grados centígrados a una profundidad de unos 125 kilómetros. El material del manto es menos sólido por debajo de esta profundidad y, en consecuencia, el modelo es compatible con la teoría de la tectónica de placas, que considera la litosfera como un material sólido (placas) que flota sobre un material que lo es menos. Este modelo de placas predice correctamente el flujo de calor y la profundidad de los fondos oceánicos, cualquiera que sea su edad. El modelo de la tectónica de placas postula un fuerte calentamiento procedente de las zonas sublitosféricas para explicar la menor velocidad de contracción del fondo oceánico de edad superior a los 60 millones de años. Una fuente de calor en el manto haría disminuir la velocidad de enfriamiento de la litosfera oceánica más antigua, motivando la disminución de la velocidad de contracción litosférica, y siendo la responsable de que el fondo oceánico se encuentre a mayor profundidad. La velocidad de separación de las placas a ambos lados de la dorsal centrooceánica puede determinarse a partir de las características magnéticas del fondo. A medida que el magma asciende hacia la dorsal y se enfría formando fondo oceánico nuevo se magnetiza según la dirección que el campo magnético terrestre tiene entonces. El campo geomagnético in vierte su polaridad a intervalos irregulares de aproximadamente un millón de años; así, conforme el fondo oceánico va alejándose lentamente de la dorsal, se magnetiza, originando una serie de largas bandas lineales de polaridad alternante que discurren
AGUA
8
6
R O L A C E D O J U L F
4
2
PROMEDIO DEL PACIFICO CENTRAL 0
0
20
40
60
80 100 120 140 EDAD (MILLONES DE AÑOS)
160
180
200
10
5
R O L A C E D O J U L F
2
1 PROMEDIO DEL PACIFICO CENTRAL
0,5
1
2
5
10 20 EDAD (MILLONES DE AÑOS)
50
100
200
7. REPRESENTACION DEL FLUJO DE CALOR ( arriba) que de la litosfera pasa al océano y su relación con la edad del fondo oceánico. Los datos fueron tomados en distintos sitios donde el fondo oceánico estaba cubierto por espesas capas de sedimentos. Estos eran impermeables al agua, por lo que el flujo de calor se transmitía sobre todo por conducción (enfriamiento de la lit osfera) y no por advección (transporte de energía térmica debido al movimiento del agua). Las zonas oscuras indican el intervalo de los datos medidos. La línea de trazos señala la relación existente entre flujo de calor y la edad deducida a partir del modelo del límite térmico. El – modelo predice que q =11,3/√ t, donde q simboliza el flujo de calor, en 10–6 calorías por centímetro cuadrado y por segundo, y t, la edad de fondo oceánico, en millones de años. Aparte del promedio anómalo correspondiente al Pacífico central, la ecuación puede aplicarse a toda la litosfera de edad inferior a los 120 millones de años. El modelo de placa que predice que q =0,9+ 1,6 e(–t/62,8) (línea de color ) se cumple para cualquier edad. La representación según una recta (abajo) del logaritmo de flujo de calor en función del logaritmo de la edad del fondo oceánico muestra la relación – 1/√ t para los últimos 120 millones de años de historia.
65
3000
) S O R T E M ( D A D I D N U F O R P
4000
5000
6000
7000 0
20
40
60
80 100 120 140 EDAD (MILLONES DE AÑOS)
160
180
200
2000
paralelas al eje de la dorsal. Estas bandas de polaridad alterna producen anomalías magnéticas que perturban el campo local en un uno por ciento aproximadamente. Se ha calculado la perturbación midiendo el campo alterado y restando de la medición el valor que el campo tendría en ausencia de las masas magnéticas locales. A partir de estos cálculos se ha determinado la anchura de las bandas polarizadas. Las in versiones del campo durante los últimos cinco millones de años han sido datadas a partir de las “firmas” que han quedado registradas en las coladas de lava emitidas en tierra firme. Estas dataciones señalan las edades de las bandas recientes del fondo oceánico; la velocidad de separación de dos placas puede calcularse directamente a partir de las edades y anchura de esas bandas. Ha sido posible además datar las inversiones del campo durante los últimos 150 millones de años, comparando las anomalías magnéticas de diferentes zonas del fondo oceánico. De este modo se han determinado las edades de todas sus bandas.
L
3000
) S O R T E M ( D A D I D N U F O R P
4000
5000
6000
7000 0
2
5
10
25 50 100 EDAD (MILLONES DE AÑOS)
200
8. REPRESENTACION DE LA PROFUNDIDAD ( arriba) del fondo oceánico en función de su edad realizada para el Atlántico Norte (cuadrados de color ) y para el Pacífico septentrional (círculos negros). La zona coloreada representa la dispersión estimada para los datos de profundidad. El modelo del límite térmico predice que D = 2500– – 350√ t (línea de trazos), en donde D es la profundidad en metros y t la edad del fondo en millones de años. El modelo de placa predice que D =6400– 3200 e(–t/62,8) (línea de color ). La línea recta (abajo) que relaciona la profundidad con la raíz cuadrada de la – edad pone de manifiesto la relación de √ t con el fondo oceánico de edad inferior a 60 millones de años. El modelo del límite térmico funciona con dificultad para todo fondo oceánico más antiguo. El modelo de placa proporciona valores correctos para la profundidad de un océano, igual que ocurría con el flujo de calor.
66
os movimientos realizados en el pasado por el fondo oceánico pueden conocerse también gracias a las fallas transformantes producidas cuando dos placas contiguas se mue ven una respecto de la otra. La fricción generada entre las placas origina intensas fuerzas de cizalladura que fracturan el fondo oceánico y dan lugar a los cañones. Las fallas transformantes son sísmicamente activas porque los esfuerzos producidos en las placas a lo largo de estos accidentes generan fuertes terremotos. Cuando se libera a las placas de esas tensiones, la cicatriz producida en la corteza oceánica permanece, pero ya no se comportará en adelante como zona sísmicamente activa. Este tipo de cicatrices son las zonas de fractura que rompen la simetría norte-sur del Atlántico. Así pues, mientras una talla transformante indica la dirección actual del movimiento entre dos placas, una zona de fractura indica la dirección del movimiento relativo que tu vo lugar en determinados momentos del pasado. Estudiando las anomalías magnéticas y las zonas de fractura se pueden reconstruir las posiciones relati vas de las distintas placas (y por tanto las de los continentes que las integran) en casi cualquier momento del pasado. Pero, en la práctica, los geofísicos deben limitarse a los últimos 200 millones de años. A medida
TEMAS 24
SEPARACION DE LOS CONTINENTES
AMERICA DEL NORTE
AFRICA
DORSAL CENTROOCEANICA INCIPIENTE
FORMACION DE LA DORSAL CENTROOCEANICA DORSAL CENTROOCEANICA
AMERICA DEL NORTE
AFRICA
LITOSFERA ASTENOSFERA
FORMACION DE SEDIMENTOS DE PLATAFORMA SEDIMENTOS DE PLATAFORMA
DORSAL CENTROOCEANICA
AFRICA
AMERICA DEL NORTE
NIVEL DEL MAR
LITOSFERA
ASTENOSFERA
9. LA SEPARACION DE LOS CONTINENTES empieza en la incipiente dorsal centrooceánica donde el magma fundido, procedente de las zonas profundas de la Tierra, asciende y divide una extensión de tierra firme en continentes (arriba). El magma fluye continuamente por la dorsal, haciendo alejarse a los continentes
AGUA
(centro). A medida que va enfriándose, aumenta de densidad y se hunde formando litosfera nueva, que se suma a la amplia protuberancia en expansión que constituye la dorsal centrooceánica. Los productos resultantes de la erosión continental empiezan a acumularse sobre las plataformas continentales (abajo).
67
NIVEL DEL MAR
LITOSFERA
ASTENOSFERA
10. DORSALES ASISMICAS, creadas lentamente en zonas de magmatismo muy activo situadas sobre el eje de la dorsal centrooceánica o cerca de él. El magma saliente forma un apilamiento volcánico (región gris oscura) que se levanta hasta el nivel del mar. A medida que la expansión del fondo oceánico mueve el apilamiento (regiones en gris claro ), alejándolo de las zonas activas, éste se convierte en una especie de pasajero pasivo y asísmico colocado sobre el fondo. El apilamiento, o dorsal asísmica, se hunde a la misma velocidad que el fondo oceánico subyacente. Estas dorsales son barreras antisedimentarias.
Falkland, encajaría muy bien con el margen africano. A mediados del Jurásico el magma fundido empezó a separar las tierras formando los continentes y originando una corteza oceánica entre América del Norte y Africa, separando los continentes septentrionales de Africa y América del Sur y creando los embriones del Atlántico Norte y del Caribe. Hace 125 millones de años el Atlántico Norte había desarrollado ya una dorsal centrooceánica activa alcanzando profundidades elevadas, del orden de los 4000 metros. El agua de este nuevo océano apenas podía fluir hacia el norte, ya que las tierras situadas al norte de Gibraltar no habían empezado a separarse aún y el paso entre España y Africa era muy estrecho; puede incluso que se encontrase por encima del nivel del mar. En esta época había partes de Centroamérica que se encontraban bajo el nivel del mar, pero hay pruebas de que el agua del Atlántico no podía pasar al Pacífico a través del Caribe. La antigua corriente marina entre el Atlántico y el Caribe dependió del desarrollo de la plataforma de las Bahamas que, saliendo de Florida, se dirige hacia el sudeste. Si los arrecifes coralinos crecieron sobre la plataforma a la misma velocidad que ésta se hundió, el Atlántico Norte pudo haber permanecido separado del Pacífico durante un considerable período de tiempo. De cualquier modo, la circulación entre el Atlántico y el Caribe debió de ser casi tan limitada y lenta como la circulación existente en una masa de agua estancada. Este estancamiento pudo haber sido responsable de la deposición de niveles salinos en las zonas marginales de Africa y de América del Norte y de la preser vación de enormes cantidades de materia orgánica en los sedimentos.
que se forma una porción de fondo apilamientos volcánicos que se levanoceánico nuevo entre placas divergen- tan hasta el nivel del mar. A medida tes en la dorsal centrooceánica a 2500 que la expansión del fondo oceánico metros de profundidad se produce un va alejando uno de estos apilamienenvejecimiento, un enfriamiento y tos de las zonas activas, éste se conuna contracción del mismo, que se vierte en un mero pasajero pasivo y hunde a zonas más profundas. Algu- asísmico colocado sobre el fondo. Así nos millones de años después de que pues, la dorsal asísmica, que no es los continentes empezaran a separar- otra cosa que una sucesión de apilase el fondo oceánico de sus bordes se mientos de este tipo, se hunde a la encontraba solamente a unos 3000 misma velocidad que el fondo oceánimetros de profundidad. 50 millones co que la sostiene, manteniéndose de años más tarde el fondo de estas siempre su cresta a unos 2500 metro s zonas marginales se había hundido por encima del fondo subsidente. hasta una profundidad de 5000 meLa historia del Atlántico se ha retros como mínimo. La erosión de los construido a partir de modelos tércontinentes iba acumulando sedimen- micos, de la teoría de la tectónica de tos terrígenos en las plataformas con- placas y de las mediciones realizadas tinentales y en los espacios adyacen- en las zonas oceánicas profundas. A tes dejados por el fondo oceánico en mediados del Jurásico, hace 165 micontinua depresión. El enorme peso llones de años, América del Norte, de estos sedimentos hundió todavía Amé ric a de l Sur , Gr o enl and ia, más la corteza oceánica. Europa y Africa estaban unidas forace unos 125 millones de años mando una gran extensión de tierra ntes de proseguir con la recons- firme. En nuestra reconstrucción he América del Sur empezó a sepatrucción de la historia batimétri- mos realizado el encaje de los conti- rarse de Africa, y España, junto con ca del Atlántico es necesario introdu- nentes utilizando como límite de los Africa, comenzó a alejarse de Américir un último concepto: la formación mismos las actuales plataformas con- ca del Norte. El desplazamiento de de las dorsales asísmicas (como la de tinentales que están mucho más cer- América del Sur respecto de América Río Grande y la de Walvis) que cons- ca de sus bordes antiguos que las ac- del Norte comprimió la región del Catituyen zonas del océano anómalas tuales líneas costeras. Cabe destacar ribe provocando la subducción de la por su poca profundidad. La veloci- lo bien que los continentes han con- placa existente al norte de Venezuedad de subsidencia de las dorsales servado su forma original. Si pudié- la. El Atlántico Norte era ya un verasísmicas revela si actuaron o no al- ramos reunirlos ahora de nuevo, dadero océano hace 80 millones de guna vez como barreras importantes Groenlandia encajaría perfectamen- años. Algunas de sus partes se enconrespecto a la sedimentación y a la cir- te con la línea de costa de Europa traban a más de 5000 metros de proculación de agua. Las dorsales asís- septentrional y América del Norte ro- fundidad y su agua podía circular hamicas se van formando lentamente en dearía la protuberancia africana y cia otros océanos a través del Caribe zonas de magmatismo excepcional- las tierras que constituyen lo que hoy y del amplio estrecho de Gibraltar. mente activo, que están situadas so- en día son España y Francia. Améri- América del Norte y Groenlandia habre o cerca del eje de la dorsal centro- ca del Sur, junto con la extensión bían empezado a separarse formando oceánica. El magma saliente forma correspondiente a la plataforma de en esta etapa inicial mares estrechos
A
68
H
TEMAS 24
y de poca profundidad que eran apéndices de la masa principal del Atlántico Norte. El Atlántico Sur es más reciente que el Atlántico Norte, habiendo empezado a desarrollarse hace tan sólo 80 millones de años. Dividido en las cuencas septentrional y meridional por las dorsales de Río Grande y de Walvis, el Atlántico Sur alcanzó una profundidad máxima de sólo unos 4000 metros. Las dorsales restringieron fuertemente la circulación entre las cuencas. La cuenca meridional estaba unida a otros océanos en su terminación sur, pero la cuenca septentrional se mantenía aislada debido a las protuberancias formadas por Africa y América del Sur. Estas protuberancias y las dorsales de Río Grande y de Walvis cercaron la cuenca septentrional durante los primeros 20 o 30 millones de años de su historia. Durante este período el llenado intermitente y la subsiguiente evaporación condujeron a la deposición de sales en toda la zona. Estas sales se encuentran hoy sobre las plataformas continentales de Africa y de América del Sur situadas al norte de estas dorsales. Hace unos 65 millones de años que Groenlandia empezó a separarse de Europa. Hasta hace unos 20 millones de años una dorsal asísmica cercana a Islandia había impedido el flujo de agua fría desde el Artico al Atlántico. En esta época, sin embargo, la dorsal había experimentado una subsidencia lo suficientemente importante como para permitir el paso de agua fría marina desde el norte hacia el Atlántico, produciendo la vigorosa circulación que el océano presenta en la actualidad. La mayor parte de los rasgos topográficos del Atlántico se habían formado ya hace 36 millones de años. Tanto el Atlántico Norte como el Atlántico Sur eran anchos y profundos, aunque más aquél que éste. Las dorsales de Walvis y Río Grande se habían hundido lo suficiente como para no obstruir demasiado el flujo de agua profunda hacia el Atlántico Sur. El Caribe casi había adquirido su forma actual. La principal diferencia entre esta época y la actual es que España se encontraba más lejos de Africa. Durante los últimos 36 millones de años Afri ca y Euro pa se han ido apro ximando lentamente, cerrando casi por completo la comunicación entre el Atlántico y el Mediterráneo. Se esperaba poder utilizar la anterior historia batimétrica del Atlántico para reconstruir el modo en que la morfología del fondo oceánico gober-
AGUA
nó las corrientes de agua profundas y superficiales. Se esperaba poder relacionar directamente los cambios de la morfología del fondo con la distribución de los sedimentos. Estas esperanzas, demasiado optimistas, quizá no lleguen nunca a realizarse, en razón de la existencia de efectos locales de pequeña escala, como el flujo de agua a través de las zonas de fractura, que desempeñan un papel suma-
mente importante en la orientación de la circulación del agua oceánica. Con todo, la historia batimétrica puede servir de base para examinar el registro sedimentario de las zonas oceánicas profundas. A partir de la historia batimétrica se puede determinar la distribución superficial a través del tiempo de los sedimentos del mar profundo. A medida que el magma asciende entre los continentes y éstos
0 SEDIMENTOS TERRIGENOS 1 2
AMERICA DEL NORTE
AFRICA
3 4 ) S O R T 0 E M O L 1 I K ( R2 A M L E 3 D L E 4 V I N L E 5 D O J A 6 B E D7 R O P D A D I 0 D N U F 1 O R P
NIVEL DEL MAR SEDIMENTOS TERRIGENOS SEDIMENTOS (ARCILLA Y CARBONATOS) AMERICA DEL NORTE
AFRICA
NIVEL DEL MAR SEDIMENTOS TERRIGENOS
SEDIMENTOS TERRIGENOS
SEDIMENTOS (ARCILLA Y CARBONATOS)
2 3
CCD 4
ARCILLA
ARCILLA
5 6 7
AMERICA DEL NORTE
AFRICA
11. MODELO DE SEDIMENTACION en tres etapas que ilustra el desarrollo del Atlántico Norte. Hace unos 165 millones de años (arriba) empezaron a acumularse sedimentos terrígenos, procedentes de los continentes, sobre las plataformas continentales en curso de formación. Hace 125 millones de años ( parte central ) el fondo oceánico se cubrió de arcilla roja (un material detrítico ligero procedente de los continentes) y de un barro calcáreo (carbonato cálcico derivado de la descomposición de partes esqueléticas de microorganismos). En las proximidades de la cresta de la dorsal centrooceánica predomina el barro calcáreo. El denominado nivel de compensación del carbonato cálcico (CCD, del inglés “calcium carbonates compensation depth”) se sitúa entre unos 4,5 y 5 kilómetros y es el nivel bajo el cual los sedimentos calcáreos se disuelven porque el agua del mar no está saturada de carbonato cálcico. Ello significa que, a medida que el fondo oceánico se hunde por debajo de la profundidad de compensación, dejan de depositarse sedimentos de carbonato cálcico (abajo). Sobre el fondo oceánico existente bajo el nivel de compensación sólo se sedimenta arcilla. La historia batimétrica informa sobre las plataformas.
69
se separan, se depositan sedimentos terrígenos en la plataforma continental, mientras que los sedimentos arcillosos y carbonatados se depositan en las zonas oceánicas. Las dorsales asísmicas actúan a modo de barreras respecto a la llegada de sedimentos procedentes de las plataformas continentales. Cuando las dorsales presentan subsidencia aún controlan los tipos de sedimento depositados en la zona de mar profundo. Como ya se ha dicho, el nivel de compensación del carbonato cálcico marca el nivel bajo el cual el agua marina está subsaturada de esta sustancia. El nivel de compensación difiere en cada cuenca, variando incluso dentro de una misma en función de su situación. Si se conocen el nivel de compensación y su variación con respecto a su situación dentro de la cuenca, se puede reconstruir la distribución de los sedimentos de carbonato y de arcilla a través del tiempo. Sobre una corteza oceánica que se encuentre por encima del nivel de compensación predomina el carbonato cálcico, mientras que sobre la corteza existente por debajo del citado límite se formarán sedimentos constituidos sólo por arcillas de grano fino, barros silíceos y sedimentos hemipelágicos ligeros procedentes del continente.
6
4
R O L A C E D O J U L F
2
0 0 0o 1
2
3
70o
) S O R 4 T E M (
130o
D A 5 D I D N U F 6 O R P
L 200o
7
8
100o
ZOCALO CONTINENTAL
9
10 150
100 50 EDAD (MILLONES DE AÑOS)
0
12. FLUJO DE CALOR predicho a partir de los sedimentos de la plataforma continental en función la edad (arriba). Se realizó suponiendo que el proceso térmico producido en las plataformas se parece al que tiene lugar en la dorsal. El flujo de calor disminuye rápidamente hasta el valor de equilibrio mantenido durante los últimos 50 millones de años. A partir de las predicciones de flujo de calor y del conocimiento de la velocidad de subsidencia del fondo oceánico existente bajo los sedimentos se puede reconstruir la historia completa de la evolución de la temperatura y de la profundidad de los sedimentos existentes en cualquier punto de las plataformas continentales. El diagrama de la parte inferior muestra las isotermas (líneas continuas) y las características de la sedimentación (líneas discretas) en una zona hipotética situada sobre la plataforma continental externa de la parte oriental de Estados Unidos. Este tipo de reconstrucciones pueden tener serias repercusiones económicas. Uno de los principales factores considerados por los geólogos del petróleo, al determinar si los sedimentos de la plat aforma continental contienen petróleo o gas, es su grado de madurez, es decir, el lapso de tiempo que los sedimentos han permanecido dentro de un intervalo óptimo de temperaturas (desde 70 hasta 130 grados C). Los sedimentos que se encuentran en este intervalo de temperaturas se representan aquí en color.
70
a historia batimétrica del Atlántico explica el paradójico descubrimiento de sedimentos de carbonato cálcico por debajo del nivel de compensación, en la base de columnas de sondeo extraídas de los sedimentos próximos a las plataformas continentales por barcos equipados para realizar perforaciones en zonas de mar profundo. Cuando se forma la corteza oceánica, ésta se localiza por encima del nivel de compensación, depositándose sobre ella los sedimentos de carbonato cálcico. Con el tiempo el fondo se aleja del centro de expansión, hundiéndose finalmente hasta un nivel situado por debajo del nivel de compensación. Entretanto los sedimentos de carbonato han sido recubiertos por barros arcillosos y silíceos que, si se encuentran lo bastante cerca de la costa, son recubiertos a su vez por los sedimentos terrígenos procedentes de la plataforma. Los terrígenos, la arcilla y los sedimentos silíceos protegen los depósitos de carbonato cálcico del agua del mar que los disolvería si estuvieran en contacto directo con ella a esas profundidades. La historia batimétrica del Atlántico proporciona no sólo información sobre el fondo oceánico, sino también
TEMAS 24
sobre las plataformas continentales. Los datos proporcionados por las columnas de sedimentos obtenidas en las plataformas han llevado a la conclusión de que estas últimas presentan una subsidencia que se produce aproximadamente a la misma velocidad que la correspondiente a la dorsal centrooceánica. El parecido entre las velocidades de subsidencia se ha atribuido a un proceso térmico que se produce en la plataforma y que recuerda el proceso térmico presente en la dorsal. Si esto fuese así, la plataforma debería perder calor al mismo ritmo que el fondo oceánico circundante. Puesto que la mayor parte de los sedimentos depositados en las plataformas son impermeables al agua, el calor allí existente se disipará sólo por conducción y no por advección. En consecuencia, la ecuación que describe el flujo de calor en función de la edad de la dorsal centrooceánica sir ve para las plataformas continentales introduciendo sólo ligeras modificaciones. La temperatura del sedimento, a una profundidad cualquiera, es directamente proporcional al flujo de calor multiplicado por la profundidad y dividido por la conductividad. Así pues, si se conoce el espesor de los sedimentos y su velocidad de sedimentación, se puede reconstruir toda la historia de la evolución de la temperatura y de la profundidad de cualquier lugar de la plataforma.
E
stas historias pueden tener consecuencias económicas importantes. Uno de los factores principales que determinan si los sedimentos contienen o no petróleo o gas es su grado de madurez, es decir, el lapso de tiempo durante el cual los sedimentos han estado sometidos a temperaturas situadas dentro de un determinado intervalo óptimo.
BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIA AN ANALYSIS OF THE VARIATION OF OCEAN FLOOR BATHYMETRY
AND
HEAT FLOW
. Barry Parsons y John G. Sclater en Journal of Geophysical Research , vol. 82, n. o 5, págs. 803-827; 10 de febrero de 1977. WITH AGE
THE PALEOBATHYMETRY OCEAN
OF THE
ATLANTIC
FROM THE JURASSIC TO THE PRE-
. John G. Sclater, Steven Hellinger y Christopher Tapscott en The Journal of Geology , vol. 85, n. o 5, págs. 509-552; septiembre, 1977. SENT
AGUA
71
El Niño y la Oscilación del Sur
Francisco Chávez
Son perturbaciones océano-atmosféricas de carácter recurrente que originan anomalías térmicas en el Pacífico tropical. Influyen en el clima general y en la organización de los ecosistemas marinos
E
n la naturaleza hay una serie de factores que regulan la abundancia de las poblaciones y la o rganización de las comunidades de seres vivos. Estos factores pueden ser bióticos, como la competencia y la depredación, o físicos, como la variabilidad ambiental. Un caso extremo de variabilidad ambiental se produjo entre julio de 1982 y julio de 1983. Se caracterizó por temperaturas anormalmente altas en la superficie del Pacífico oriental tropical, por valores extremadamente bajos en el índice de la Oscilación del Sur y por vientos alisios sumamente débiles sobre las zonas central y occidental del Pacífico ecuatorial. Observáronse cambios de gran magnitud en los sistemas de convergencia y de precipitación, que trajeron como consecuencia duras sequías en Australia e Indonesia y fuertes llu vias sobre el Pacífico central y oriental y sobre las costas de Ecuador y de Perú. Simultáneamente hubo una drástica caída de la productividad del ecosistema marino del Pacífico oriental tropical. Todos estos acontecimientos fueron resultado de uno de los más intensos episodios de un fenómeno océano-atmosférico que forma parte de los ciclos de El Niño y de la Oscilación del Sur . Estos sucesos se presentan con frecuencias de entre tres y ocho años y con variable intensidad. El norte del Perú conoció también grandes trastornos climáticos en 1891. Los científicos peruanos de la época, en especial Víctor Eguiguren, los atribuyeron a la intensificación de una corriente cálida que provenía del norte, del golfo de Guayaquil posiblemente. El fenómeno resultaba familiar para los marineros del puerto de Paita, que lo habían bautizado con el nombre de El Niño , por presentarse allí por Navidades. Tratábase de una con-
72
clusión lógica, dados los conocimien- bre la mayor región de agua cálida del globo y presenta una amplia variatos de la época. El alemán Schott habló luego de la ción estacional a través de migraciocorriente de El Niño para designar nes meridionales. La circulación atmovimientos de masas de agua en mosférica del hemisferio norte está mayor escala. Observó un avance de dominada por acontecimientos estaaguas de la región de Galápagos ha- cionales, mientras que en el hemisfecia la costa de Perú en 1925. Actual- rio meridional predominan las flucmente se sabe que cuando ocurren es- tuaciones interanuales. La Oscilación tos fenómenos climáticos las anoma- del Sur, al unir estos dos regímenes, lías térmicas positivas del Pacífico constituye una expresión global de ecuatorial se extienden desde la cos- variabilidad atmosférica. ta del Perú hasta la línea de cambio En condiciones normales, cuando de fecha. (Por la línea de cambio de la diferencia de presión es alta, del fecha se entiende el meridiano situa- anticiclón del Sur soplan vientos sudo a 180 grados de longitud.) La perficiales, en este caso los alisios, hacorriente del Niño, pequeña e inofen- cia la Baja Indonesia y crean la siva, dio así nombre a un fenómeno Corriente Ecuatorial Sur, que transde gran escala que comporta graves porta agua de este a oeste. Las aguas de esa corriente se hallan expuestas consecuencias. a la incidencia continua del sol tropil meteorólogo Jacob Bjerknes se cal; se produce así acumulación de debe, por último, el descubri- agua y calor en el Pacífico occidental. miento de la relación existente entre En su curso extrae calor del Pacífico las anomalías térmicas del océano Pa- oriental, por lo que las aguas de éste cífico y la variación en la Oscilación se mantienen templadas. Bjerknes del Sur. Ocurría ello hacia 1960. Con observó que la relación entre el océaanterioridad, en 1925, sir Gilbert no y la atmósfera recordaba la relaWalker se refirió al fenómeno, que de- ción entre el huevo y la gallina: para nominó Oscilación del Sur , con estas que se desencadenaran los vientos palabras: “Cuando hay alta presión alisios se precisaba la diferencia de sobre el océano Pacífico, tiende a ha- presión generada por las aguas tember baja presión sobre el océano Indi- pladas del Pacífico oriental y por las co”. La Oscilación del Sur tiene por aguas cálidas del Pacífico occidental; índice la diferencia entre la presión para que hubiera aguas templadas en atmosférica de la isla de Pascua, en el Pacífico oriental y cálidas en el ocChile, y la ciudad australiana de cidental se necesitaban los vientos Darwin. Comprende dos de los cuatro alisios. sistemas atmosféricos principales del globo: el anticiclón del Sur y la zona ero la situación de desequilibrio de baja presión de la Baja Indonesia. entre ambos lados del Pacífico no El anticiclón del Sur, el mayor de los se limita a la superficie del océano. sistemas subtropicales de altas pre- La acumulación de agua caliente elesiones del hemisferio meridional, es- va el nivel del mar en la parte occitá centrado sobre la isla de Pascua y dental, donde la zona superficial, o se caracteriza por una fluctuación es- capa de mezcla, y la termoclina son tacional irrelevante y por grandes va- profundas. El Pacífico oriental tiene riaciones interanuales. Por su parte, más bajo el nivel y su capa de mezcla la Baja Indonesia queda situada so- y su termoclina son poco profundas.
A
P
TEMAS 24
(Llámase termoclina al gradiente térmico entre las aguas superficiales más cálidas y las aguas frías situadas a mayores profundidades.) Ambos factores, la profundidad de la capa de mezcla y la de la termoclina, tienen consecuencias biológicas. La fotosíntesis está limitada en los océanos a la zona superficial por la disponibilidad de luz. Si la capa de mezcla e s profunda y sobrepasa los niveles hasta donde penetra verticalmente la luz solar,
se frena el crecimiento del fitoplancton, primer eslabón de los ecosistemas marinos. Además de luz, el fitoplancton necesita nutrientes para su desarrollo. La termoclina es una región que registra cambios rápidos en la temperatura, así como en las concentraciones de elementos nutritivos para el reino vegetal (nitratos, fosfatos y silicatos). La concentración es mayor por debajo de la termoclina y menor
1. TEMPERATURA SUPERFICIAL DEL MAR durante el mes de junio de 1983, en que se desarrolló un episodio de El Niño. (Compárese con la situación del mismo mes del año siguiente, que fue normal y que aparece ilustrada en la figura 2.) La
AGUA
por encima de la misma. La cercanía de los elementos nutritivos a la superficie y las óptimas condiciones de luz convierten al Pacífico oriental tropical en una de las zonas oceánicas más productivas. Los vientos meridionales que soplan hacia la zona ecuatorial, bordeando las costas peruanas, crean el afloramiento costero; los vientos alisios son, por su parte, responsables del afloramiento ecuatorial. El proce-
zona ecuatorial del Pacífico queda cubierta de aguas cálidas. En las zonas litorales de California, Chile y especialmente Perú, y también en la zona ártica del Pacífico, la temperatura superficial del mar es más elevada durante El Niño.
73
so de afloramiento consiste en la ascensión a la superficie de aguas que se hallaban a entre 50 y 100 metros de profundidad. Puesto que en el Pacífico oriental tropical la nutriclina y la termoclina se encuentran cerca de la superficie, las aguas emergidas presentan una gran concentración de nutrientes y bajas temperaturas, por lo que se las ha descrito como “... una
lengua de aguas frías que se extiende desde la costa del Perú a la línea de cambio de fecha...”. Los fenómenos de afloramiento costero y ecuatorial difieren en sus características físicas, químicas y biológicas. Desde el punto de vista biológico podemos dividir el Pacífico oriental tropical en tres zonas: la región de afloramiento costero cuya pro-
2. EN EL PACIFICO se distingue claramente una len gua fría, producto del afloramiento, que se extiende desde la costa de Sudamérica hacia la línea de cambio de fecha a lo largo de la zona ecuatorial; rasgo que no se aprecia, sin embargo, en el episodio de El Niño. En condiciones normales la Zona de Interconvergencia Tropical se encuentra sobre la zona de aguas
74
ductividad primaria es de 1000 gramos de carbono por metro cuadrado y año, en promedio; la región entre la costa de Sudamérica y las islas Galápagos, éstas incluidas, cuya productividad media es de 365 gramos de carbono por metro cuadrado y año, y, por último, la región ecuatorial al oeste de las islas Galápagos, cuya productividad media es de 175 gramos
cálidas al norte de la zona ecuatorial del Atlántico y del Pacífico. Esta zona de convergencia varía estacionalmente en su posición meridional y quizás intervenga en el desencadenamiento de El Niño. Durante éste ocupa una posición mucho más sureña de lo normal, lo que provoca lluvias sobre Ecuador y Perú y sequías sobre Centroamérica.
TEMAS 24
de carbono por metro cuadrado y año. Aun cuando la intensidad de producción del afloramiento costero casi quintuplique la registrada en el afloramiento ecuatorial por unidad de área, la zona ecuatorial abarca una extensión cien veces superior a la costera, por lo que la productividad total de la ecuatorial resulta mayor. La intensidad de producción incide en la productividad de los niveles tróficos superiores. John Ryther propuso que las regiones de afloramiento costero, que ocupan el uno por ciento del área del océano, producirían el 50 por ciento de la proteína de origen marino. Ramón Margalef sostiene que la riqueza biológica de una zona oceánica depende de la cantidad de energía externa —por ejemplo, el viento y el sol— que recibe, así como el rendimiento de un campo cultivado depende de la energía invertida en las faenas de fertilización, riego y laboreo realizadas por el agricultor. Apoyados en esto, parece lógico que la región del Pacífico oriental tropical sea tan productiva: posee el mayor sistema de vientos del globo y, por hallarse cerca de la zona ecuatorial, abunda allí la luz solar. Los vientos alisios, responsables de la gran productividad del Pacífico oriental, lo hacen también vulnerable a sus variaciones. La mayoría de las teorías sobre el origen de El Niño indican que su desencadenamiento es el resultado de vientos anómalos del Pacífico occidental tropical. Uno de los modelos propuestos estipula la ampliación paulatina de la zona de aguas cálidas del Pacífico occidental, lo que engendraría una migración de las de la Baja Indonesia hacia el este. Los vientos anómalos que soplarían al oeste del sistema de baja s presiones crearían ondas que modificarían la estructura térmica del océano Pacífico, hundiendo la termoclina (y también la nutriclina) en el Pacífico oriental tropical, al tiempo que instarían la redistribución de masa y de calor que forman parte integral de El Niño. Una vez acumulado cierto volumen de agua y de calor en el Pacífico occidental tropical, El Niño representaría la válvula de escape de esta energía hacia el este y hacia los polos. Con el calentamiento del Pacífico oriental tropical se fomentaría la migración de los sistemas de convergencia y se agudizarían las condiciones anormales del océano.
E
n el pasado se creía que el afloramiento costero desaparecía durante el desarrollo del Niño. La verdad es que los vientos responsa -
AGUA
3. MAPA DEL PACIFICO donde se han cartografiado algunos cambios oceanográficos y meteorológicos durante El Niño. Los vientos que soplan del Anticiclón del Sur hacia la Baja Indonesia mantienen la Corriente Ecuatorial Sur que transporta agua y calor al Pacífico occidental en condiciones normales. Estos procesos crean una termoclina poco profunda en el Pacífi co oriental y otra profunda en el occidental. El Niño constituye la válvula de escape de la energía potencial acumulada en el Pacífico occidental. Parte de la redistribución de agua y de calor durante un episodio del Niño ocurre a través de la Contracorriente Ecuatorial Norte. Durante El Niño, la zona rica en sustancias nutritivas, creada por el afloramiento junto a las costas del Perú, se reduce a una pequeña franja, lo que resulta en menor producción de fitoplancton. El comienzo del Niño parece ser el resultado de vientos anómalos generados por la migración de la Baja Indonesia.
bles del afloramiento costero no sólo persisten, sino que incluso se intensifican. Aun cuando prosigue el afloramiento durante esos episodios, la acumulación en el Pacífico oriental tropical de aguas calientes y po-
bres en nutrientes por encima de una termoclina y una nutriclina profundas determina que el agua emergida resulte menos ventajosa para el ecosistema. En consecuencia, la producción fitoplanctónica o prima-
75
nográficos en dos estaciones fijas, instalada una en Puerto Ayora (islas Galápagos, Ecuador) y la otra en Paita (Perú). Las muestras recogidas en esos dos puntos clave y el estudio de las mismas permiten describir el desarrollo del fenómeno. Los vientos anómalos que desencadenaron ese episodio soplaron durante el mes de junio de 1982 en el Pacífico occidental. Las ondas que transmiten la señal de oeste a este en la zona ecuatorial son las ondas Kelvin; presentan una velocidad aproximada de tres metros por segundo, tardando así un par de meses en cruzar el Pacífico. Las ondas comenzaron el drenaje de agua caliente del Pacífico occidental y el ni vel del mar empezó a subir en agosto de 1982 en las islas Galápagos; un mes después ocurría lo propio en la estación de Paita. Al elevarse el nivel del mar y ahondarse la nutriclina, las aguas emergidas en la vecindad de la costa y a lo largo de la zona ecuatorial son más pobres en nutrientes. La primera fase de un episodio de El Niño se caracteriza por la profundización de la capa de la nutriclina, manteniendo nutrientes en la superficie en concentraciones que no limitan todavía el desarrollo del fitoplancton. Es posible que algunos episodios no avancen más allá de esta fase. El efecto biológico de la misma sobre el plancton vegetal de la zona costera estriba en la caída de la productividad primaria por la limitación de luz a través de una capa de mezcla profunda. Las zonas ecuatoriales del Atlántico y del Pacífico nunca alcanzan abundantes concentraciones de fitoplancton, aun cuando las condiciones de luz y de nutrientes sean óptimas; ello explica que la incidencia de El Ni4. RELACION ENTRE EL NIVEL DEL MAR Y LA CONCENTRACION DE NITRATOS ño en el fitoplancton de la zona ecuaa 60 metros en Paita durante los años 1982, 1983 y 1984. Los dos picos del episotorial sea menos drástica que en la dio coinciden con la subida del nivel del mar y la profundización de la nutriclizona litoral. na, cuyos máximos se producen en enero y mayo de 1983. El afloramiento lleva a la superficie agua de 50 o 100 metros más abajo; la concentración de nutrientes en esas aguas define la magnitud de producció n primaria en el Pacífico oriental tropical.
ria mengua allí durante los fenómenos de El Niño. La reducción en la producción de materia orgánica afecta al crecimiento y a la reproducción del plancton animal, de los peces, de las aves y de los mamíferos marinos. La redistribución del agua que acontece durante un episodio procede de oeste a este en la zona ecuatorial y hacia lo s polos por las costas de América. La profundización de la termoclina, la caída de la productividad primaria y la redistribución de los organismos, pasiva en unos casos y activa en otros,
76
explican muchas de las observaciones biológicas realizadas. No hay dos episodios de El Niño exactamente iguales. Uno de los más severos se produjo en 1982-1983. Cabe pensar, pues, que durante el mismo aconteciera la gama más completa de procesos asociados a su aparición. Por fortuna antes de su inicio ya existía una serie de programas de observación del Pacífico ecuatorial que posibilitó que ese acontecimiento fuera bien documentado. Uno de ellos, dirigido por Richard Barber, consistía en muestreos ocea-
D
espués de la fase de profundización se observan los procesos más lentos, asociados con el transporte de corrientes de agua. Aguas superficiales del norte y del oeste, pobres en nutrientes, ocuparon las regiones donde solían observarse elevadas concentraciones de nutrientes en la superficie entre octubre y no viembre de 1982. El frente ecuatorial suele situarse en torno a los 2 grados de latitud norte; se extiende desde las costas sudamericanas hasta la línea de cambio de fecha. Dicho frente separa aguas pobres, cálidas y poco salubres, de las aguas frías y ricas que acaban de aflorar. El avance de corrientes septentrionales del frente ecuatorial se deja sentir primero en
TEMAS 24
5. PERFILES DE NITRATO Y CLOROFILA A en las costas de Paita durante las dos fases de El Niño y durante condiciones normales. El elemento que limita la producción primaria en el océano es el nitrógeno: la concentración de nitrato en la capa superficial constituye un índice de la fertilidad del ecosistema. Por su parte la clorofila a mide la abundancia del fitoplancton, cuyos organismos integran el primer eslabón de la cadena trófica. En condiciones normales la nutriclina sudamericana tiende a alojarse más cerca de la superficie. (He definido la nutriclina como la f ranja situada entre las concentraciones de 8 y 24 milimoles de nitrato.) Gracias al afloramiento llegan a la superficie abundantes concentraciones de
AGUA
nitrato, que favorecen la presencia de poblaciones fitoplanctónicas. La profundización de la nutriclina por las ondas Kelvin resulta evidente en el perfil durante el mes de octub re del año 1982, si bien la concentración de nutrientes en la superficie sigue siendo alta. Para el mes de diciembre de ese mismo año se advierte ya el avance de las aguas tropicales superficiales que suelen ocupar el norte del Frente Ecuatorial. Estas aguas, que resultan ser pobres en nitrato, se mantienen alejadas de la costa ante la oposición del aflorami ento costero que alimenta con nutrientes una pequeña franja. En marzo de 1983 toda la zona queda cubierta por aguas pobres en nitrat os y, consecuentemente, menguadas en fitoplancton.
77
4
) S A D A L E N3 O T E D S E N O L2 L I M ( S A R U T P1 A C
las islas Galápagos y luego en Paita. Todo parece indicar que fue ése el avance de aguas que observó Schott en 1925; para evitar su confusión con la corriente auténtica de El Niño yo he propuesto que se la denomine corriente de las Galápagos. Al sur de los 6 grados de latitud sur, donde la influencia de estas aguas es menor, se produce un acercamiento a la costa de aguas subtropicales superficiales. Aproximación que responde a los cambios de gran escala registrados en el círculo anticiclónico del Pacífico meridional durante el episodio de El Niño.
D
urante el episodio de 1982-1983 se observaron dos profundizaciones de la termoclina, una forzada por 1975 76 77 78 79 80 81 82 83 vientos del Pacífico occidental y otra 6. CAMBIOS EN LA CAPTURA DE PECES PELAGICOS en los países del Pacífico supor vientos del Pacífico oriental. Las deste (Chile, Ecuador y Perú) desde 1975 hasta 1983. Se comprobó, a través del examen condiciones anormales llegaron a un de los sedimentos, la ocurrencia de episodios esporádicos de abundancia de sardina estado máximo durante la segunda (color azul); pero la especie que domina normalmente en esta región es la anchoveta profundización, acaecida en mayo de (en negro). En rojo se ofrece la evolución sufrida en la concentración de jurel. 1983, cuando el océano eutrófico inmediato al Perú adquirió las caracte600 30 S ) rísticas de un mar oligotrófico. Inclu S O A R so en las peores circunstancias, en D T A E L tendiendo por tales las condiciones de M E 0 N 400 25 anomalía extrema, las aguas superfi 6 O A T ciales muy próximas a la costa conti ( A O R núan abasteciéndose de nutrientes. N U I T T 200 El afloramiento mantiene una franja 20 A S R O costera, mucho más angosta que du E G P N rante la vigencia de condiciones nor M A E L 0 15 T males, rica en fitoplancton. El plancton vegetal de la franja costera sirve 12.000 24 de alimento para los organismos de ) S S un nuevo ecosistema que se desarro O A R D lla a raíz de los cambios producidos T A L 8000 E 16 en la distribución de organismos y en E M N 0 el medio marítimo de la región. O 6 T ( A El científico peruano Lavalle y Gar A O N 4000 ma propuso en 1917 que la abundan T 8 I A D R cia de dinoflagelados, organismos del R T I A N fitoplancton, crecía durante los episo S dios de El Niño. Ello es cierto en al0 0 gunos casos, como corroboró la proli ) S 1200 feración de Gymnodinium splendens 15 A D durante 1976, pero no ocurre siem A S L O pre. La estación fija de Paita no ob E R N T servó ningún incremento absoluto en O 800 E 10 T ( M la abundancia de dinoflagelados du A 0 L rante 1982 y 1983; antes bien, la con A L A O centración de diatomeas, plancton ve B T A 400 5 A getal típico de regiones de afloramien C R T Y I to, decayó notablemente. Las L N E condiciones en Paita comenzaron a R 0 0 U J normalizarse en julio de 1983. Para J J A S O N D E F M A M J J A S O N D octubre de ese mismo año ya habían 1982 1983 desaparecido las anomalías térmicas; 7. CAPTURA DE RECURSOS VIVOS Y CAMBIOS OCEANOGRAFICOS. La relación tornaron entonces las altas concenque guardan mutuamente (en azul los organismos y en negro el parámetro físico) traciones de diatomeas, grupo que se ilustra aquí, ejemplificada en Paita, durante el bienio 1982-1983. La captura de predominó hasta el verano del año silangostinos y de sardinas se relaciona con las variaciones de la termoclina y la nutriclina. La sardina disminuye con la profundización de la termoclina, aumen- guiente (es decir, febrero de 1984), cuando la estratificación de la columtando, por contra, la captura de langostinos. La pesca de jurel y de caballa está ligada a la presencia de aguas tropicales.
78
TEMAS 24
na de agua estimuló el crecimiento de los dinoflagelados. El último ciclo estacional descrito no se presentó durante el verano de 1983. La discrepancia entre lo que sucedió en 1976 y en 1983 hay que buscarla en la intensidad del episodio. El de 1976 fue leve y se desarrolló como una prolongación de las condiciones estivales que favorecieron la acumulación de dinoflagelados. Los escasos datos que poseemos de 1976 hablan de concentraciones bastante grandes de nutrientes en la superficie; por contra, durante el episodio de 1983 los nutrientes cayeron muy por deba jo de las concentraciones que limitan el crecimiento del fitoplancton. Hubo más. Asociadas con los cambios oceanográficos y de abundancia de fitoplancton durante 1982-1983 se produjeron drásticas alteraciones en todos los niveles tróficos del ecosistema. Por citar algunos ejemplos significativos, la ictiofauna típica de las islas Galápagos, como el bacalao ( Myct erop erca ol fa x ), el camotillo ( Par ala bra x darwini ) y el pez loro ( Nicholsina denticulata ), disminuyó bruscamente; hubo sin embargo un incremento de otras especies que suelen medrar en el Pacífico oriental y en la región septentrional del frente ecuatorial, como la dorada 8. PERFILES DE NITRATO Y NITRITO desde Callao, a 12 grados de latit ud sur, hasta ( Coryphaena hippurus). Aproximadamente el cincuenta por el meridiano de 110 grados de longitud oeste durante el mes de noviembre de 1985. ciento de las iguanas marinas de las Cuando se produce la desnitrificación, el nitrato se descompone en nitrógeno gaseoso con el paso intermedio de formación de nitrito. Los perfiles demuestran la abunislas Galápagos ( Ambly rhyncus cris- dante desnitrificación que se observó frente al Perú tras el episodio de 1982-1983. tatus) murió durante 1982-1983, como probable resultado de los cambios registrados en la flora algal que constituye la fuente alimenticia de estos Los investigadores del Instituto del bouganvillii) se alimenta casi exclureptiles. En la población local de fo- Mar de Perú, y en especial Rómulo sivamente de anchoveta; el ave, que cas peleteras ( Arctocep halus galapa- Jordán, han venido trabajando sobre en 1974 era la de mayor importancia, goensis ) perecieron todos los jóvenes, la relación que existe entre la abun- se vio severamente afectada por el deincluidos los de dos y tres años, an- dancia de aves guananeras, la de pe- clive de la anchoveta. El piquero ( Sute la severa restricción alimentaria. ces pelágicos y las temperaturas su- la variegata), que suplantó al guanay La influencia de El Niño sobre las perficiales de las costas peruanas. La desde 1974 en el primer lugar, tiene aves marinas se manifiesta en tres disminución de las poblaciones de una dieta más variada, anchoveta inaspectos: fracaso reproductor, migra- aves guananeras guarda una relación cluida. ción en masa y acentuada mortan- persistente con la aparición de El NiEl declive de la anchoveta dejó exdad. Las especies más afectadas en ño. Los cambios registrados en las po- pedito el camino para el crecimiento las Galápagos fueron el pingüino de blaciones de aves guananeras pare- demográfico de la sardina ( Sardinops la región ( Sphen iscus mendiculus ) y cen obedecer a las alteraciones pro- sagax), convertida en especie princiel cormorán no volador ( Na n- ducidas en la abundancia y la pal del Pacífico sudeste en las postrinopterum harrisi), cuyas poblaciones accesibilidad de la anchoveta ( En- merías de 1970. En enero de 1983 la se contrajeron en un 78 y un 45 por graulis ringens ). sardina desapareció de la costa ecuaciento, respectivamente. También toriana, se mantuvo constante en la partir de 1960, cuando se inició peruana y cobró un notable incremen viero n me rmado su número corales, cirrípedos, esponjas, equinodermos, la captura industrial de la ancho- to en la chilena. Los efectos del epipoliquetos y otros invertebrados. Re- veta, la recuperación de las aves gua- sodio de 1982-1983, por lo que al comsulta especialmente difícil explicar naneras tras los episodios de El Niño portamiento de la sardina ante las el motivo de la mortandad de corales se tornó más difícil. Los bancos de an- costas peruanas se refiere, posibilitaen el Pacífico oriental tropical, des- choveta fueron menguando paulati- ron su asentamiento en la estrecha de las Galápagos hasta el golfo de namente con cada evento, hasta que zona de afloramiento, inmediata a la Chiriquí, en Panamá, pues es sabido desapareció por completo de la pesca costa; ello la hizo vulnerable a la acque los corales sobreviven muy bien ribereña de las costas peruanas en ción pesquera. Este comportamiento 1983. El guanay ( Ph al ac ro co ra x fue similar al observado durante los en aguas cálidas.
A
AGUA
79
región panameña ( Bregamaceros bathymaster). Lo que nos confirma que durante El Niño se produce una redistribución de organismos consonante con la redistribución de masa y de calor. El jurel y la caballa fueron, a su vez, presa de otros peces; la dorada y varias especies de atún ( Thunnus spp.), que ampliaron su distribución y fueron capturados en cantidades apreciables frente al Perú.
L
os cambios en la abundancia de la merluza ( Merluccius gay i ) registrados frente a Paita están ligados también a transformaciones oceanográficas. La distribución de este pez demersal está supeditada a zonas ricas en oxígeno. Frente a las costas del Perú estas condiciones se dan sólo al norte de los 6 grados de latitud sur, pues por debajo de esa línea predominan las situaciones de anoxia. La zona de bajas concentraciones de oxígeno se ahondó a lo largo de la costa durante el episodio de 1982-1983, permitiendo la migración meridional de la merluza a mayores profundidades, escapando parcialmente de la explotación humana. Esa defensa natural explica la reaparición de la especie en la pesca artesanal, en cantidades abundantes, en 1984. ¿Qué ocurrió con otras especies de interés comercial? La pesca de los principales grupos de langostinos ( Xi phopenaeu s riueti, Penaeus spp.) se mantuvo estable en Colombia, pero creció espectacularmente en Ecuador y en Perú. En Paita, por ejemplo, el valor monetario de un mes de pesca de langostino durante El Niño sobrepasó el valor de las capturas totales de pescado de un mes normal. Pero las flotas locales no supieron aprovechar adecuadamente este recurso. La abundancia de langostinos debióse, 9. CAMBIOS EN LAS ESPECIES del Pacífico sudeste a consecuencia de El Niño. en parte, al movimiento de organis Algunas especies que se incrementan durante o después de El Niño (arriba); algunas mos con las corrientes que avanzan de las mejor adaptadas al frío (abajo). hacia el sur, abundancia que se amplía, o aparece, con El Niño. Debióse también al ambiente favorable que se episodios de 1972 y 1976. Lo peculiar El jurel (Trachurus symmetricus ) y desarrolló en la región con el incredel episodio de 1983 fue la migración la caballa ( Scomber japonicus) son es- mento de la temperatura del mar, al hacia el sur, comprobada por captura pecies que ocupan una región más mantenimiento del afloramiento cosen Chile de especímenes marcados en alejada de la costa que la sardina. tero y al incremento de la descarga de Perú. La variación en la abundancia Desaparecieron de la zona de Paita los ríos por las intensas precipitaciode la sardina en Paita estuvo íntima- en noviembre de 1982, con el avance nes que sufrieron entonces Ecuado r y mente ligada a la variación registra- de las aguas ecuatoriales superficia- Perú. da en la nutriclina. A pesar de la les hacia la región donde suelen meLas machas ( Mes ode smu s don acuantía pescada, los especímenes cap- drar. El jurel y la caballa sobrevivie- cium ), los choros ( Aula comy a ater ), turados presentaban niveles muy ba- ron al episodio cambiando su dieta de las lapas ( Fissurella spp.), los cangre jos de aceite y su relación de peso por anchoveta, presa preferida en tiem- jos ( Cancer spp., Platyxonthus orbigtamaño era baja, prueba de que la caí- pos normales, a una dieta de peces ny ), los erizos ( Loxechin us albus ) y da de la producción primaria duran- mesopelágicos, característicos de muchos otros invertebrados desapate el episodio de 1982-1983 afectó a aguas oceánicas o ecuatoriales y, en recieron de sus zonas habituales en varios niveles tróficos. algunos casos, a peces propios de la las costas del Perú durante El Niño.
80
TEMAS 24
Parte de estos cambios tuvo que ver reducido desove y retardo en el creci- de 1982-1983 afectó notablemente a con la mortandad sufrida por estos or- miento de juveniles. Por lo que a la esa especie, pues desapareció de las ganismos y parte con la migración ha- costa chilena se refiere, merece des- capturas en 1983 y en 1984, aunque cia profundidades mayores, donde las tacar la extensa mortandad sufrida luego se recuperó. condiciones les resultaban más favo- por el loco ( Concholepas concholepas) rables. La concha de abanico ( Argo- y la presencia del lobo fino ( Arct oa ecología moderna está dejando de lado las teorías que considera pecten purpuratus ) no sólo resistió El cephalus australis), que por primera Niño en capas inferiores, sino que vez se reg ist ró en el norte de ese ban la competencia entre organismos alargó su radio de acción y aumentó país. como la fuerza más importante en la su población. La captura llegó a Parte de la materia orgánica pro- estructuración de los ecosistemas, pa20.000 toneladas, lo que venía a mul- ducida en la superficie oceánica por ra prestar mayor atención a la intiplicar por 40 las cifras habituales. la fotosíntesis se hunde por efecto de fluencia del clima y de otros factores Dicho crecimiento de la concha de la gravedad. Este proceso forma par- físicos. Los ecosistemas con gran vaabanico se tradujo en una multiplica- te del ciclo global del carbono. Fren- riedad ambiental no alcanzan nunca ción de los pulpos ( Octopus spp.) que, te a la costa del Perú, durante condi- la situación de clímax o de equilibrio. según observaciones de los pescado- ciones frías o normales, cuando se re- Organismos dotados de una alta tasa res de Pisco, en Perú, estaban alimen- gistra una elevada producción de crecimiento, como las diatomeas tándose exclusivamente de ellas. primaria, no existe oxígeno suficien- entre los componentes del fitoplancte para oxidar toda la materia orgá- ton y la anchoveta entre los peces, por l episodio de El Niño de 1982-1983 nica que escapa de la superficie. Al ejemplo, parecen mejor adaptados a incidió duramente en las pobla- acabarse el oxígeno, otros elementos las condiciones de variabilidad amciones de lobos marinos (Otaria byo- inorgánicos, como el nitrato, donan biental del Pacífico oriental tropical. nia y Arctocephalus australis ) de la electrones para la remineralización Un mejor entendimiento de los efeczona peruana de San Juan; igual que de la materia orgánica por bacterias. tos que El Niño y el hombre producen ocurriera en las islas Galápagos, la El consumo de nitrato es elevado fren- en los ecosistemas permitirá un apromortandad afectó sobre todo a los te al Perú; se supone que puede al- vechamiento más racional de los relobeznos. La inaccesibilidad de ali- canzarse hasta un 50 por ciento de la cursos naturales. El Niño ha hecho mento —los peces habían emigrado a desnitrificación global. La desnitrifi- acto de presencia multitud de veces capas más profundas, si no desapare- cación tiene un efecto similar al pro- en el pasado y volverá a ocurrir en el cido— dejó sin su dieta preferida a los ducido por El Niño: ambos reducen la futuro. Conviene que se aprenda a lobos marinos; las hembras en par- concentración de nutrientes en las convivir con él y a aprovechar las ticular invirtieron mucho tiempo y aguas afloradas. El incremento de oportunidades que nos ofrece este feenergía buscando alimento, lo que re- oxígeno durante El Niño limpia el sis- nómeno de gran escala. sultó en una menor producción de le- tema y es, en parte, responsable de che y con ello en una elevada mortan- los altos niveles de fitoplancton obdad entre las crías. Las ballenas ( Ba- servados después del episodio de l a e n o p t e r a s p p . ) y c a c h a l o t e s 1982-1983. Parejo al alto nivel de fo( Physeter catodon ) menguaron su nú- tosíntesis se produce un nivel, asimismero en un 65 por ciento durante la mo alto, de desnitrificación. BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIA temporada de 1982-1983 en el norte La nueva producción primaria, que “E L NIÑO ”. S U IMPACTO EN LA F AUNA peruano; el análisis de contenidos es- equivale, en una primera aproximaMARINA. Dirigido por W. Arnzt, A. tomacales de la ballena de Bryde ( B. ción, a la cantidad de materia orgániLanda y J. Tarazona. Volumen extraordibrydei), por citar un ejemplo, mostró ca que escapa de la superficie, se renario del Boletín del Instituto del Mar del que el porcentaje de estómagos vacíos dujo durante 1982-1983 en quinienPerú. Callao, Perú, 1985. era del 40 por ciento, comparado con tos millones de toneladas de carbono EL NIÑO EN LAS ISLAS GALÁPAGOS: EL el 7 por ciento del año anterior; de ello en la zona ecuatorial. Los satélites EVENTO DE 1982-1983. Dirigido por G. Robinson y E. M. del Pino. Publicación se desprendía que había bajado drás- aportaron datos demostrativos de una de la Fundación Charles Darwin para las ticamente la oferta alimentaria du- mayor actividad fotosintética terresIslas Galápagos. Quito, Ecuador, 1985. rante el episodio de El Niño. tre en el hemisferio norte durante el TALLER NACIONAL FENÓMENO EL NIÑO Aunque El Niño es un fenóme no año 1982. Los cambios en los sistemas 1982-83. Número Especial de Investigaecuatorial, el episodio correspon- de convergencia durante el desarroción Pesquera (Chile), vol. 32. Instituto diente a 1982-1983 dejó sentir sus llo de El Niño afectan a la producció n de Fomento Pesquero. Santiago, Chile, efectos hasta en los ecosistemas pola- primaria de los ecosistemas terres1985. OCEAN V ARIABILITY IN RELATION TO LIres, donde se registraron variaciones tres. Las intensas lluvias caídas en el VING RESOURCES DURING THE 1982-83 en la abundancia de krill ( Euphasia norte del Perú crearon pastizales en EL NIÑO. R. T. Barber y F. Chávez en superba). Algo parecido ocurrió con el desierto, lo que pone de relieve la Nature, vol. 319, n. o 6051, págs. 279los bosques de Macrocystis , género de potencial fecundidad de esas regiones 285; 23 de enero de 1986. algas de gran tamaño, de la costa ca- si no estuvieran limitadas por la disEL NIÑO. Colin S. Ramage en Investigaliforniana y chilena. En California ponibilidad de agua. ción y Ciencia, n.o 119, págs. 40-48; otros organismos colonizaron los esEl Niño nos permite ampliar nuesagosto, 1986. tratos normalmente dominados por tros conocimientos sobre la organizaEL NIÑO ET L’OSCILLATION AUSTRALE. Y. de Penhoat y G. Eldin en Les humeurs de Macrocystis , que no ocuparía ya sus ción de los ecosistemas. El caso de la l’océan. Dossier Pour la Science, octubre posiciones habituales ni siquiera des- anchoveta peruana resulta ilustratide 1998, págs. 86-91. pués de la normalización de las con- vo. La pesca intensiva de los años seEL NIÑO ET LA ROTATION DE LA TERRE. R. diciones; también en esa zona del Pa- senta del siglo XX , junto con la variaAbarca del Río, D. Gambis, D. Salstein cífico se observó el cambio sufrido por bilidad ambiental experimentada diez y B. Dewitte. Pour la Science, número la anchoveta norteña ( Engraulis mor- años más tarde, provocó una drásti281, marzo 2001, págs. 78-85. dax ): mostró bajo peso por tamaño, ca caída de su densidad. El episodio
L
E
AGUA
81
TSUNAMIS Frank I. González
A
penas habían pasado doce minutos de la puesta del Sol. Había empezado a oscurecer en la costa norte de Papúa Nueva Guinea. Aquella noche del viernes 17 de julio de 1998 llegaba tranquila para los hombres, mujeres y niños de Sissano, Arop, Warapu y otras aldeas del apacible banco de arena que separa la laguna de Sissano del mar de Bismarck. Pero lejos de las cabañas, en las profundidades de la Tierra donde tremendas fuerzas habían estado comprimiendo las rocas subyacentes durante años y años, iba a liberarse en pocos minutos y con suma violencia toda la energía acumulada, hasta provocar un terremoto de 7,1 grados de magnitud. La parte más intensa del temblor se produjo a las 18,49 horas, sacudiendo el litoral de la laguna y deformando el fondo costero oceánico. A consecuencia de ello el nivel del mar subió de repente y engendró un temible tsunami. John Sanawe, un coronel retirado, vivía en el extremo sur del banco de arena, en Arop. Sobrevivió al fenómeno y le contó su peripecia personal a Hugh Davies, de la Universidad de Papúa Nueva Guinea. Tras la primera sacudida, ocurrida a sólo 20 kilómetros de la costa, Sanawe vio la elevación del mar sobre el horizonte; el agua, pulverizada, rozaba los 30 metros de altura. Oyó un ruido bronco, al principio como de un trueno lejano y después parecido al de un helicóptero cercano; el sonido se fue apagando, mientras retrocedía el nivel del mar muy por debajo de su cota normal. Pasaron cuatro o cinco minutos de silencio. Oyó
82
TEMAS 24
No es posible domeñar su energía, pero se han aprendido algunas lecciones de los últimos desastres que han producido
entonces un estruendo de reactor en vuelo rasante. Y de pronto apareció la primera ola del tsunami, de unos tres o cuatro metros de altura. Corrió hacia su casa, pero la ola le alcanzó. Una segunda ola, mucho mayor, arrasó la aldea y le arrojó un kilómetro más allá, dentro ya del manglar de la laguna. Hubo quienes no tuvieron la suerte de Sanawe. Algunos fueron despedidos más allá de la laguna y lanzados sobre las ramas rotas del manglar. Muchos fueron acribillados por toda clase de escombros. Una treintena de los supervivientes perdió alguna extremidad por infecciones y gangrena. Antes de que llegara la ayuda, cocodrilos y perros salvajes carroñearon los cadáveres, circunstancia que dificultó aún más el recuento de víctimas mortales. Se cifraron en unas 2200, de la que 230 eran niños. Las olas que alcanzaron la costa un cuarto de hora después de la sacudida principal, que tenían más de 15 metros de altura, sorprendieron a muchos habitantes. Las pocas personas que estaban enteradas de estos riesgos quedaron atrapadas sin saber adónde huir.
1. LOS TSUNAMIS DE ESPECIAL VIOLENCIA podrían arrancar un faro de cuajo, t al y como se lo imaginó el artista. Sería imposible escapar de estas olas, muy próximas a la costa, con alturas de hasta 30 metros y velocidades de 15 metros por segundo.
AGUA
83
Peor de lo que se esperaba
Papúa Nueva Guinea 17 de julio de 1998 Altura máxima de la ola: 15 metros Víctimas mortales: más de 2200
La zona de Si ssano cuatro días después del tsunami. Las marcas se ñalan la locali zación de las estructur as arrasadas.
D
evastado por tres monstruosas olas, y convertido en yermo banco de arena de la costa septentrional de Papúa Nueva Guinea, Sissano había estado densamente pobla do. Un temblor de magnitud moderada, 7,1, provocó inesperadamente olas propias de terremotos más fuertes. Ante esa manifiesta discrepancia se especuló con la posibilidad de que las vibraciones provocadas por el terremoto desencadenaran otras perturbaciones en el fondo marino, tales como el desprendimiento de vertientes o la explosión de hidratos gaseosos, que alimentaran la energía del tsunami. Esas olas inesperadas y gigantescas han causado muchas catástrofes; piénsese en la sufrida por Nicaragua en 1992. Hasta ahora, sin embargo, no se habían llevado a cabo campañas intens ivas de estudio del fondo marino para resolver su misterio. Dos equipos investigadores rastrearon el fondo del mar en Papúa Nueva Guinea en 1999, buscando señales de movimientos de vertientes submarinas. Se ha identificado una pequeña depresión submarina que parecía ser producto de un movimiento de vertientes. Queda por averiguar si se trata de un rasgo reciente o de la consecuencia de un antiguo terremoto.
84
Las olas de los tsunamis que han afectado a Papúa Nueva Guinea son las más devastadoras que se conocen, según los registros de incidencia obtenidos a partir de las bases de datos desarrolladas por James F. Lander, Patricia A. Lockridge y su grupo del Cetro Nacional de Datos Geofísicos de Boulder, así como por Viacheslav K. Gusiakov y sus colegas del Laboratorio de Tsunamis de Novosibirsk. La mayoría de los tsunamis reseñados se dan en el océano Pacífico, el 86 por ciento de los cuales se genera por los terremotos submarinos originados alrededor de la Fosa Pacífica, donde la colisión entre las placas tectónicas favorece una intensa actividad sísmica. En el último decenio se han registrado en el mundo 82 tsunamis, que se han cobrado la vida de cuatro mil personas. Se trata de una tasa mucho más alta que la media histórica de 57 por decenio. Este incremento en los registros obedece en buena medida a la mejora en las comunicaciones y al crecimiento de las poblaciones litorales. Con mi grupo del Laboratorio Oceanográfico del NOAA en Seattle, establecimos una red de correo electrónico para la colaboración entre expertos y la creación de registros, rápidos y precisos, de información sobre tsunamis. Esta iniciativa de intercomunicación, gestionada ahora por el Centro Internacional de Información sobre Tsunamis, ha venido facilitando el intercambio de conocimientos desde el episodio de Nicaragua de 1992. Fenómenos similares a los de Nicaragua y Papúa Nueva Guinea causaron estragos en Hawai y en Alaska en épocas pasadas, a pesar de lo cual se creyó durante mucho tiempo que la costa oeste de Estados Unidos se hallaba libre de tales episodios devastadores. Pero empieza a disponerse de pruebas de que los terremotos pueden provocar tsunamis a intervalos de entre 300 y 700 años, conforme se desarrolla la subducción de Cascadia, consistente en la intrusión de la corteza oceánica de la placa del Pacífico bajo Norteamérica. El terremoto de abril de 1992, de 7,1 grados de magnitud, producido en el extremo sur de la zona de subducción y desencadenante de un pequeño tsunami cerca de Cabo Mendocino (California), fue un claro aviso del riesgo. E instó el desarrollo sistemático de un programa de previsión de los tsunamis más peligrosos para la población, empeño en el que trabaja mi laboratorio de Seattle.
TEMAS 24
Para comprender el fenómeno de los tsunamis hemos de empezar por separarlo de las mareas y de las olas de origen eólico. Las brisas que recorren el océano rizan su superficie en olas de corta longitud de onda y forman corrientes superficiales; hasta un buceador puede evitarlas sumergiéndose a mayor profundidad. Y si bien es cierto que algunas tempestades levantan fuertes oleajes, de hasta 30 metros de altura, no afectan a las aguas más profundas. Las mareas, que se suceden dos veces al día, generan, igual que los tsunamis, corrientes que llegan hasta el fondo del mar; mas, a diferencia de ellos, dependen de la atracción gra vitatoria de la Luna y del Sol . Los tsunamis en cambio se deben a perturbaciones sufridas por el fondo oceánico, como terremotos, erupciones volcánicas, impactos de meteoritos o desprendimientos de tierras. Con una velocidad de desplazamiento superior a los 700 kilómetros por hora en las mayores profundidades, el tsunami puede igualar la celeridad de un Boeing 747. Pese a ello no resulta peligroso en las aguas más profundas, donde las olas pasan inadvertidas, pues alcanzan alturas de pocos metros y tienen largas longitudes de onda, en ocasiones superiores a los 750 kilómetros en mar abierto. La pa-
1 de enero de 1996 Isla Sulawesi ALTURA MAX IMA: 3,4 m VICTIMAS M ORTALES: 9
12 de diciembre de 1992 Isla de Flores ALTURA MAX IMA: 26 m VICTIMAS MORTALES: >1000
2 de junio de 1994 Este de Java ALTURA MAX IMA: 14 m VICTIMAS MORTALES: 238
AGUA
labra japonesa tsu-nami significa en su literalidad “ola e scondida” debido, probablemente, a que un tsunami puede avanzar por el océano, raudo e imperceptible y, ya en la costa, emerger de repente transformado en olas gigantescas y devastadoras.
U
n tsunami puede recorrer largas distancias y transportar su destructiva energía desde su origen hasta costas situadas a miles de kilómetros. Las islas Hawai son especialmente vulnerables a los tsunamis del Pacífico por su ubicación en medio del océano; desde 1895 han sufrido ya en doce ocasiones sus terribles efectos. En el más devastador, que se supone fue el de 1946, murieron 159 personas; aquellas olas gigantescas se habían generado a casi 3700 kilómetros de distancia, en las islas Aleutianas de Alaska. Si bien esos tsunamis creados en tamaña lejanía emergen de repente, los desencadenados a poca distancia de la costa, y de generación inmediata, como el del año 1998 en Papúa Nueva Guinea, ejercen efectos aún más devastadores. Lander ha estimado que el 90 por ciento de las víc-
timas se dan en un radio de 200 kilómetros en torno al punto de generación. Un ejemplo extremo son las 30.000 muertes causadas por el tsunami provocado a raíz de la erupción del Krakatoa en 1883, acaecidas todas ellas a 120 kilómetros del punto de generación. (El volcán está en el estrecho indonesio de la Sonda.) La explosión levantó olas de la altura de un edificio de doce plantas. Cualquiera que sea su origen, los tsunamis evolucionan en tres fases, correspondientes a otros tantos procesos físicos: generación por fuerzas que perturban la columna de agua, propagación desde las aguas profundas próximas al origen de la perturbación hasta las aguas someras de la costa y, finalmente, inundación de las tierras. La fase de propagación es la que mejor se conoce, mientras que las de generación e inundación resultan más difíciles de simular por ordenador. Para prever dónde se originarán futuros tsunamis importa que las simulaciones sean muy precisas; ello permitiría dirigir los recursos y medios de rescate hacia las regiones consideradas de mayor riesgo.
2. DESDE 1990 diez tsunamis devastadores se han cobrado la vida de más de 4000 personas. La catástrofe de Papúa Nueva Guinea es la más reciente de esta serie de olas asesinas generadas por terremotos a lo largo de la fosa tectónica del Pacífico.
12 de julio de 1993 Okushiri, Japón ALTURA MAX IMA: 31 m VICTIMAS M ORTALES: 239
14 de noviembre de 1994 Isla Mindoro ALTURA MAXIMA : 7 m VICTIMAS MORTALES: 49
9 de octubre de 1995 Jalisco, México ALTURA MAXIMA: 11 m VICTIMAS M ORTALES: 1
17 de febrero de 1996 Irian Jaya ALTURA MAX IMA: 7,7 m VICTIMAS MORTALES: 161
17 de julio de 1998 Papúa Nueva Guinea ALTURA MAX IMA: 15 m VICTIMAS MORTALES: >2200
2 de septiembre de 1992 Nicaragua ALTURA MAX IMA: 10 m VICTIMAS MORTALES: 170
21 de febrero de 1996 Costa norte de Perú ALTURA MAXIMA : 5 m VICTIMAS MORTALES: 12
85
Un temblor, lento, silencioso y mortal
Nicaragua 2 de septiembre de 1992 Altura máxima de la ola: 10 metros Víctimas mortales: 170
Los superviv ientes forman cola ante el reparto de ví veres.
Un pueblo costero el día después de la catástrofe.
D
ebe enseñarse a los habitantes de las costas a huir hacia las montañas cuando sientan la sacudida del suelo producida por un terremoto. Por desgracia algunas veces no se percibe más que un leve temblor. Y en ocasiones ni siquiera eso, como sucedió en el tsunami de Nicaragua de 1992, en el que 170 personas perdieron la vida y unas 13.000 se quedaron sin hogar. Se estima que entre un cinco y un diez por ciento de los terremotos que generan tsunamis lo hacen con ese si gilo. Por eso se les llama terremotos silenciosos y los ha descrito Hiro Kanamori. En el caso del último ocurrido en Nicaragua, las ondas cortas del terremoto no produjeron el retumbo característico que estalla y se propaga desde el epicentro. Las ondas largas alcanzaron la costa y la golpearon con furia, sin que los sismógrafos, que registran sólo ondas con períodos menores a 20 segundos, las detectaran. Según Kanamori, el terremoto de Nicaragua fue de una magnitud cinco veces superior a la considerada (7,0) porque no se tuvo constancia de esas ondas de baja frecuenc ia. La catástrofe de Nicaragua puso de manifiesto la necesidad de enlazar sismógrafos de banda ancha, sensibles a ondas de muy baja frecuencia, a los sistemas de aler ta y detección de tsunamis para poder evaluar su verdadero peligro potencial.
86
Llámase generación el proceso en cuya virtud una perturbación del fondo marino (el movimiento a lo largo de una falla, por ejemplo) con vie rte la superf icie del mar en un tsunami. Los simuladores parten del supuesto según el cual el desplazamiento de la superficie marina es igual al sufrido por el fondo oceánico, aunque las medidas del desplazamiento del fondo no puedan ser de momento conocidas. Se aplica un modelo ideal del seísmo que implica que las placas tectónicas se deslizan unas bajo otras siguiendo un simple plano rectangular. Pese a tal simplificación, la predicción de la altura inicial que alcanzará el tsunami requiere de la descripción de al menos diez parámetros, entre ellos la magnitud del deslizamiento a ambos lados del plano imaginario, su anchura y su longitud. Pero producido un terremoto, de la interpretación de sus datos sísmicos sólo podremos obtener directamente la orientación del plano de falla supuesta, la localización, la magnitud y la profundidad del temblor. El resto de los parámetros deberán estimarse, para así emitir una rápida respuesta que sirva de guía a los equipos de emergencia. Nada tiene, pues, de extraño que la primera simulación subestime frecuentemente la inundación en un factor de cinco a diez. La baja estimación del territorio inundado pudiera indicar que se infravalora la altura del tsunami por la sencilla razón de que el modelo de un plano de falla simple distribuye la energía del seísmo sobre una extensión demasiado grande. El análisis de los datos sísmicos no puede prever la distribución de la energía más allá de la de las propias ondas sísmicas, que se extienden a lo largo de centenares de kilómetros. Sólo mucho después de que el tsunami alcance las costas puede hacerse trabajar a los simuladores con datos procedentes de los registros anteriores y posteriores al terremoto para calcular de nuevo su altura inicial. Por ejemplo, tras meses de realización de réplicas se comprueba que la energía sísmica se concentra en regiones mucho menores que las calculadas en el modelo del plano de falla simple. Si la energía se concentra en una zona menor, el movimiento vertical del fondo del mar es mayor y, por ende, la altura inicial del tsunami. Sólo después de meses de tenaz investigación se consiguen simulaciones aceptables. Cada simulación que se
TEMAS 24
N CIO A ND INU
FALLA
N CIO A AG OP PR
N CIO A R NE GE
3. TRIPLE FASE EVOLUTIVA de los tsunamis: generación, propagación e inundación (arriba). La perturbación del fondo del mar, producida por el movimiento a lo largo de una falla, eleva el agua suprayacente. La ola se propaga por las aguas profundas del océano a velocidades de reactor, pero como su longitud de onda es 600 veces mayor que su altura, la pendiente de la ola es demasiado suave para dejarse detectar. La ola empieza a disminuir su velocidad al alcanzar aguas someras y en ocasiones penetra e inunda el terreno como una gran marea. Otras veces la refracción y el amontonamiento convierten la energía de la ola en una peligrosa pared de agua (derecha). La energía de la ola se concentra en un volumen menor de agua en cuanto se acerca a aguas menos profundas ( puntos), cuando desciende, cuando la solapa la ola siguiente o cuando bordea las lenguas de tierra. Este incremento en la densidad de la energía aumenta su altura y su fuerza.
REFRACCION
AMONTONAMIENTO
va acercan do a la realida d del de- la longitud de onda. La dependencia un proceso de amontonamiento. La sastre aumenta la solidez de las pre- de la velocidad del tsunami respecto refracción y el amontonamiento transdicciones. a la profundidad del agua supone que miten así la misma energía en un voLa propagación del tsunami trans- la refracción de las irregularidades lumen cada vez menor de agua, proporta la energía sísmica desde la zo- del fondo del mar puede modificar la vocando olas más altas y corrientes na del terremoto por medio de las on- dirección de la ola, en especial si al- más rápidas. dulaciones del agua, a la manera en canza aguas más someras. Los frenque la energía del temblor se disper- tes de las olas tienden a alinearse paa última fase de la evolución de sa por la litosfera. La altura de la ola ralelamente a la línea de costa; así, un tsunami, ya sean las grandes es tan pequeña respecto de su longi- las olas rodean los cabos antes de es- olas encrespadas o la inundación (hotud de onda y de la profundidad del trellar contra ellos toda su energía rizontal), es la más difícil de modeliagua en esta fase, que no influye en acumulada. Las olas individuales zar. Puede arribar a la orilla transsu comportamiento. Según la teoría pierden velocidad conforme llegan a formado en una cresta gigantesca, en de la ola lineal, el tsunami procederá aguas más someras, de modo que se una pared de agua o en una inundacon tanta mayor rapidez cuanto ma- van superp oni end o una s a otr as y ción similar a la subida de la marea. yores sean la profundidad del agua y acortando su distancia recíproca en La ola encrespada alcanza una altu-
L
AGUA
87
La educación salva vidas
Okushiri, Japón 12 de julio de 1993 Altura máxima de la ola: 31 metros Víctimas mortales: 239
L
os fuegos ardían a lo largo de las orillas arrasadas de Aonae, un pueblecito de pescadores de la península meridional de la isla de Okushiri, tras el paso del tsunami de 1993. Olas de entre cinco y diez metros lo golpearon cinco minutos después de una sacudida de 7,8 de magnitud con epicentro a unos 15 o 30 ki lómetros océano adentro, en el mar del Japón. Las olas destrozaron los diques construidos tras el último tsunami. Volaron por los aires casas y vehículos, embarcaciones y balas del tinglado portuario, que lo arrasaron todo a su paso. Las colisiones provocaron fuegos por explosiones de propano y el destrozo de equipos eléctricos y l os escombros hicieron el resto, impidiendo la llegada de los bomberos. La pérdida de vidas humanas fue una tragedi a, que hubiera sido peor de no disponer de buenos equipos de alerta y de emergencia, así como de una población educada para la ocasión. La Agencia Meteorológica del Japón dio inmediatamente la alerta y muchos se salvaron al alc anzar terrenos elevados, huyendo al primer temblor, incluso antes de recibir la señal de alarma. Okushiri demostró a las claras que se puede mitigar el impac to de los tsunamis. Por otra parte es el episodio mejor documentado de la historia. La valoración minuciosa de los daños en transportes y comunicaciones, las entrevistas con los supervivientes y con los miembros de la protección civil local, las mediciones relativas a la ascensión del nivel de agua y a la inundación, junto con las fotografías aéreas han aportado una interesantísima base de datos.
La península devastada y los fuegos declarados tras el t sunami.
Un camión de bomberos destrozado entre los escombros.
ra tal que la teoría de la ola lineal no adentro en forma de prominentes sirve para describir la complicada re- crestas y hacia tierra en forma de lación entre el agua y la línea de cos- grandes senos, razón por la cual sueta. Si bien se elevan hasta decenas de le preceder al tsunami un retroceso metros de altura, con dos o tres me- del mar. tros de altura basta para provocar auténticos desastres. La inundación (hoa subsidencia próxima a la cosrizontal) penetra en cambio centenata no es el único factor que favores de metros tierra adentro, si los rece la penetración del tsunami tierra acantilados o la topografía escarpada adentro, pues las olas encrespadas y no lo impiden. El movimiento de las las inundaciones serán mayores si placas tectónicas que provoca los vienen precedidas por un retroceso terremotos con epicentro en zonas de del mar. subducción potencia sus efectos en El prever dónde podría rompe r un ambos casos, levantando el fondo del tsunami ayudaría a salvar vidas y océano y hundiendo la costa. Este des- haciendas, siempre que la población plazamiento propaga las olas mar se percatara del riesgo y se compor-
L
88
tara en consecuencia. Más de una cuarta parte de los tsunamis registrados en el Pacífico desde 1895 se originaron cerca de Japón. No hay lugar para la extrañeza. Japón se encuentra situado en una zona de gran riesgo, en la vecindad de los bordes de cuatro placas tectónicas. Conscientes de esta amenaza recurrente, los japoneses han realizado durante años importantes inversiones para mitigar los efectos de los tsunamis, sin olvidar programas públicos de educación integral, sistemas de alarma eficaces, barreras forestales litorales, diques y otros muros costeros.
TEMAS 24
La noche del 12 de julio de 1993 ta- ta oeste de las postrimerías de la misles medidas hubieron de someterse a ma centuria. Las pérdidas se cifran una prueba durísima. Un terremoto en 470 víctimas y en 500 millones de de 7,8 grados de magnitud en el mar dólares, concentradas sobre todo en del Japón generó un tsunami que Alaska y Hawai. La zona de subducafectó a varias partes de la isla de ción de las Aleutianas y de Alaska reOkushiri. Cinco minutos después de presenta una amenaza inmediata pala mayor sacudida la Agencia Meteo- ra esas regiones, así como para la cosrológica Nipona alertó por radio y te- ta occidental de la Unión. levisión que un tsunami se dirigía haOtra grave amenaza se cierne socia la isla. Olas de entre 10 y 20 me- bre las costas de Washington, Oretros de altura habían golpeado ya la gón y el norte de California. Me recosta más cercana al epicentro para fiero a la zona de subducción de entonces, cobrándose víctimas. En Cascadia. Brian F. Atwater ha iden Aonae, un pueblecito de pescadores tificado depósitos de gravas y de aredel sur de la isla, la mayoría de sus nas, trasladados, se presume, desde 1600 habitantes huyeron a zonas más las costas de Washington hasta el inaltas en cuanto sintieron el primer terior por tsunamis generados por los temblor. Habían pasado pocos minu- temblores de la zona de Cascadia. tos cuando olas de entre cinco y diez Los recientes sucesos avalan la hipómetros de altura arrasaron centena- tesis. El tsunami de Nicaragua arroRUTA DE res de edificios y los arrojaron al mar. jó un a en orme ca ntidad de ar en a EVACUACION Se perdieron más de 200 vidas, pero tierra adentro, de lo que dan testila rapidez de la reacción salvó mu- monio también los depósitos e inunchas más. daciones documentados en Flores, 4. LA EDUCACION de la población se Un quince por ciento de los 150 Okushiri, Papúa Nueva Guinea y considera decisiva para el esfuerzo de tsunamis registrados en el Japón du- otros lugares. prevención que se está realizando en rante los últimos cien años se caracHay al menos un segmento de la Estados Unidos. Hay unas señales uniformes que avisan a los habitantes de las terizaron por una extrema severi- subducción de Cascadia que se está costas californianas y a sus visitantes dad. Los registros japoneses son más acercando al final del ciclo sísmico pormenorizados que los de los paí- que culmina en un terremoto y un del riesgo de tsunami. ses que dedican pocos recursos a la tsunami catastrófico. El peligro de un prevención. Más de la mitad de los temblor es comparable al del sur de 34 tsunamis sufridos por Indonesia California: una probabilidad del 35 ta (origen local) caerían sobre ella en durante idéntico período fueron tam- por ciento de sufrir un terremoto an- cuestión de minutos, sin tiempo de bién muy dañinos para bienes y per- tes del año 2045. El terremoto y el alertar a la población. Una estimasonas. Las entrevistas realizadas en consiguiente tsunami desencadena- ción conservadora del desastre, calla isla de Flores tras el tsunami de dos en Cabo Mendocino en 1992 re- culada a partir de la catástrofe de 1992, que produjo más de un millar cordaron que en la zona de subduc- Okushiri, indica que además tendría de víctimas, indicaron que la mayo- ción de Cascadia se pueden generar un coste de entre 1250 y 6250 milloría de los lugareños no asoció el tsunamis que alcancen la costa en nes de dólares. terremoto a un posible tsunami, por cuestión de minutos. Las señales del riesgo de formación lo que no abandonaron sus lugares de tsunamis por la subducción de nmediatamente después del ines- Cascadia, sumadas a los desastres pahabituales. En parejas circunstancias de ignorancia vivían los habiperado tsunami de Cabo Mendo- decidos en los últimos diez años, han tantes de Papúa Nueva Guinea, por cino el Gabinete Federal de Respues- respaldado los empeños puestos en la lo que sufrieron un gran número de ta ante Emergencias (FEMA) y el detección precoz de tsunamis. El Conbajas, mucho mayor del que cabría NOAA abordaron el estudio de los greso aprobó una partida de 2,3 miesperar de un tsunami de esa enver- efectos de los terremotos en el norte llones de dólares en 1997 para un progadura. Pese a que el seísmo de 1907 de California y comenzaron la elabo- grama nacional sobre métodos prehundió la zona que ocupa ahora la ración de mapas de inundación por ventivos y paliativos de los efectos de laguna de Sissano, diríase que los tsunamis para las ciudades de Eure- tsunamis. Los estados de Alaska, Catsunamis les resultan demasiado le- ka y Crescent City. El mapa de ries- lifornia, Hawai, Oregón y Washing janos en el tiem po o demasiado ha- gos resultante, considerando “todos ton se asociaron con el NOAA, el FEbituales. Cuando se produjo el terre- los peligros”, fue el primero de estas MA y el USGS para dar respuesta a moto de 1998 hubo quien se acercó características realizado en Estados la amenaza de tsunami, sea de orige n a la costa para observar la perturba- Unidos. Define las posibles zonas local o remoto. Se busca acotar las zoción, jugándose la vida. inundables por los tsunamis, la in- nas amenazadas, mejorar la detección tensidad de los temblores, las cola- precoz de los tsunamis y educar a la e han extraído provechosas lec- das de barro y los desprendimientos población para asegurar una correcta ciones de los últimos tsunamis y de vertientes. Se pensó entonces en respuesta a las sacudidas. también los episodios históricos apor- investigar los posibles efectos de un Para sustanciar la amenaza contra tan sus enseñanzas. El grupo de Lan- fuerte terremoto y del consiguiente regiones costeras concretas se puede der ha descrito más de 200 tsunamis tsunami. Viven en las regiones cos- recurrir a la elaboración de mapas de que afectaron a los Estados Unidos teras unas 300.000 personas y otros superficie inundable, como los realidesde los primeros registros relativos tantos turistas las visitan durante el zados para las ciudades de Eureka y a Alaska y al Caribe de comienzos del año. Tras una sacudida violenta, los Crescent City, acompañados de avansiglo XVIII y con los de Hawai y la cos- tsunamis generados cerca de la cos- zadas simulaciones por ordenador.
ZONA DE PELIGRO DE TSUNAMI
EN CASO DE TERREMOTO, VAYA HACIA TERRENO ELEVADO O HACIA EL INTERIOR
I
S
AGUA
89
Ni el primero ni el último
Islas Aleutianas orientales 1 de abril de 1946 Altura máxima de la ola: 35 metros Víctimas mortales: 165
S
e han formado numerosos tsunamis en la fosa del Pacífico durante los últimos diez años. Sus catastróficas consecuencias no son, por otro lado, ninguna novedad. Los terremotos desencadenados a lo largo de la zona de subducción de las Islas Aleutianas de Alaska son los más destructivos que se han registrado en la historia de los Estados Unidos. El 1 de abril de 1946 un terremoto de 7,8 grados de magnitud ocasionó un tsunami que arrasó el faro del cabo Escocia en Alaska y mató a cinco guardacostas. El mismo tsunami sorprendió cinco horas después a los habitantes de Hilo, en Hawai. Allí las olas arrojaron por los aires a algunos escolares poco antes de que empezaran las clases y se llevaron por delante un hospital. El balance final fue de 165 víctimas mortales, 159 en Hawai, y daños superiores a los 26 millones de dólares. Los Estados Unidos reaccionaron creando el Centro de Detección y Aviso de Tsunamis del Pacífico en Hawai en 1948. Tras otro tsunami que acabó con la vida de un largo centenar de personas en Alaska, se inauguró igualmente el Sistema Regional de Detección y Aviso de Tsunamis de Alaska (ahora Centro de Detección y Aviso de Tsunamis de la Costa Oeste y Alaska). El reciente descubrimiento de la amenaza de la zona sísmica de la costa occidental estadounidense ha aconsejado tomar medidas para afrontar el posible desastre antes de que ocurra, mediante un programa sistemático de levantamiento de mapas de riesgo de inundaciones, la aplicación de técnicas Parquímetros doblegados en Hilo, avanzadas, la instalaci ón de una red sub Hawai. marina de detección de tsunamis y la realización de campañas educativas para preparar a la población ante la eventualidad de una catástrofe.
El faro del c abo Escocia antes y después del Tsunami.
RUSIA ALASKA
FARO DE CABO ESCOCIA
EPICENTRO DEL TERREMOTO
BAHIA DE HILO
Esta clase de mapas aporta una base para el proyecto de planes de emergencia locales y el trazado de las vías de evacuación adecuadas. El servicio de protección civil necesita la confirmación fiable y rápida del peligro de tsunami, para lo que se han adaptado los sensores de mareas a su detección. La ampliación de la red de sismógrafos permitirá obtener información más completa y veloz de la naturaleza de los temblores. Aun reconocido el interés de los sismógrafos para los sistemas de emergencia, no es menos cierto que responden a los terremotos y no a los tsunamis, del mismo modo que la supervisión de las mareas puede detectar tsunamis generados cerca de la costa, pero no su energía propagándose desde miles de kilómetros. De todo ello resulta una inaceptable tasa de un setenta y cinco por ciento de falsas alarmas desde los años cincuenta. Además del costo que ello supone, los sistemas de emergencia pierden credibilidad y las evacuaciones ponen en peligro a las poblaciones afectadas. El 7 de mayo de 1986 se produjo una falsa alarma que obligó a la evacuación de Honolulú; las pérdidas sufridas por culpa del error superaron los 30 millones de dólares.
E
l NOAA ha desarrollado una red de seis estaciones de registro en profundidades oceánicas. Se ha marcado el objetivo primordial de detectar los tsunamis y de alertar sobre ellos instantáneamente. Es el proyecto DART (“Deep-Ocean Assesment and Reporting of Tsunamis”, Detección y Aviso de Tsunamis a Gran Profundidad). La razón subyacente bajo este sistema de alarma es bastante sencilla. Los sismómetros repartidos a lo largo de la fosa Pacífica pueden registrar casi de inmediato la localización de un gran temblor en Alaska. Luego se infiere, mediante complejos programas informáticos, cuánto tiempo tardará el tsunami resultante en alcanzar las costas de Hawai, aunque no esté clara su existencia. Los sensores de mareas instalados en las costas detectarán el tsunami tras algunos minutos. Pero la única forma de tener absoluta seguridad de que se avecina un tsunami sería detectarlo y registrarlo en su recorrido por el océano. Nada más sencillo en teoría que una red de detección instantánea. Pero la complejidad técnica y logística que encierra ha demorado hasta ahora su implantación. Los sistemas del
HAWAI
90
TEMAS 24
ENLACE DE SATELITE
A S E L A D C I M S I S
Z O NA
BOYA DE SUPERFICIE EE.UU.
ZONAS SISMICAS
HIDROFONO ENLACE ACUSTICO
POBLACIONES COSTERAS ESTACIONES SISMICAS, NUEVAS Y AMPLIADAS
–5000 M
DETECTOR TSUNAMI
DETECTORES DE TSUNAMIS
HAWAI
ANCLA
5. LOS DETECTORES DE TSUNAMIS en profundidad (izquierda) y la ampliación de la red actual de sismógrafos (triángulos azules en el mapa) pretenden evitar los ataques por sorpresa de los tsunamis. Los detectores de profundidad dependen de refinados
DART dependen de los equipos de registro de la presión en el fondo oceánico desarrollados por Hugh B. Milburn, Alex Nakamura, Eddie N. Bernard y yo mismo en el Laboratorio del Medio Marino del Pacífico. Estos equipos detectan el aumento de presión causado por el incremento de volumen de agua suprayacente al paso de la cresta del tsunami. Aunque se encuentren a 6000 metros de profundidad, pueden captar un tsunami de hasta un centímetro de alto. No lo confunden con las olas causadas por los barcos ni por las tormentas, pues éstas tienen una longitud de onda muy corta y, al igual que las corrientes marinas, transmiten de otro modo los cambios de presión al fondo del mar. Los primeros instrumentos de registro se situaron en el fondo submarino del Pacífico norte en 1986. Desde entonces se utilizan para registrar tsunamis, aunque para acceder a la información hay que recuperar los equipos. Se pretende que las mediciones se transmitan acústicamente a una boya situada en la superficie del océano cuando los sensores del fondo del mar detecten un tsunami, boya que las remitiría, vía satélite, a las estaciones terrestres. Se ha experimentado ya con boyas, satélites y sensores del fondo en numerosas estaciones oceanográficas, incluida la serie de 70 boyas meteorológicas instaladas a lo largo del Ecuador para registrar El Niño, el fenómeno oceanográfico de infames efectos sobre el clima mundial. La dificultad reside en lograr un
AGUA
sensores instalados en el fondo del mar. Cuando uno de ellos capte una perturbación adecuada pasando sobre él, enviará señales acústicas a una boya de superficie. Esta transmitirá el aviso vía satélite a los responsables del sistema de emergencia.
sistema fiable de transmisión acústiLos especialistas y los responsaca de los datos. bles de la protección civil coinciden Nuestro laboratorio se propone ins- en que los tsunamis son inevitables talar cinco estaciones al norte del Pa- y que la técnica, por sí sola, no salcífico, entre las Aleutianas occidenta- vará vidas. Los habi tantes del lito les y Oregón, y seis en el Ecuador, pa- ral tienen que estar preparados para detectar los tsunamis generados ra reconocer las señales de un posien Sudamérica. Un mayor número de ble tsunami (un temblor fuerte y boyas reduciría la posibilidad de que persistente) y correr hacia tierras alalgunos tsunamis pasaran inadverti- tas. También necesitan mapas de las dos, pero el presupuesto limita el nú- zonas inundables e información somero que el NOAA se puede permitir. bre rutas de evacuación. También De ahí el interés máximo de las simu- hay que ampliar la predicción a relaciones por ordenador. Junto con los giones mucho más amplias del Pacídatos de las boyas, las simulaciones fico. Todos estos esfuerzos convergen proporcionarán predicciones más pre- hacia un objetivo principal, a saber, cisas que ayudarán a los responsables evitar tragedias como las ocurridas de protección civil a tomar la decisión en Papúa Nueva Guinea, Nicaragua de disparar o no la alarma. y otros lugares del planeta.
P
ese a todos los esfuerzos, ni el mejor sistema de emergencia funcionaría sin una colaboración adecuada de la población. La educación ocupa un puesto destacado en la triple misión del programa estadounidense de prevención y emergencia. Cada estado ha designado ya a los futuros coordinadores que proporcionarán información y asesoramiento a los responsables de protección civil durante la catástrofe. También es crucial para la seguridad de la población la coordinación entre los distintos estados, ya que los ciudadanos estadounidenses tienen una gran movilidad y los procedimientos de emergencia deben ser compatibles entre estados. En muchos puntos de la costa se ha colocado una señal estándar de riesgo de tsunami.
BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIA UNITED STATES TSUNAMIS (I NCLUDING UNITED STATES POSSESSIONS ): 16901988. James F. Lander y Patricia A. Loc-
kridge, NOAA/National Geophysical Data Center, Publicación 41-42, 1989. THE CAPE MENDOCINO TSUNAMI. F. I. González y E. N. Bernard en Earthquakes and Volcanoes, vol. 23, n.o 3, páginas 135-138; 1992. TSUNAMI! Walter Dudley y Min Lee. University of Hawaii Press, 1998. Más información en la siguiente dirección de la World Wide Web: http://www.pmel.noaa.gov/tsunami/
91
El agua y las moléculas de la vida
Mark Gerstein y Michael Levitt
La modelización mediante ordenador pone al descubierto la forma en que el agua condiciona la estructura y la dinámica de las proteínas y de otras biomoléculas
1. MODELO DE DINAMICA MOLECULAR del inhibidor de la tripsina pancreática bovina (BPTI). Esta es el conejillo de Indias de los químicos computacionales, adoptada por su relativa simplicidad. Aquí se la ilustra rodeada de moléculas de agua (esferas verdes y blancas ). Aunque el agua complica los cálculos necesarios para generar modelos de proteínas, su inclusión es obligada, si se quiere conocer cómo funcionan las biomoléculas en el medio celular, que es acuoso.
E
l agua es barata, cuando no gra- ta bioquímica o gracias a su potuita, en buena parte del mun- tenciación. do. Pero durante el verano de Para adentrarnos en el modo 1986, uno de los autores (Levitt) pa- en que el agua condiciona la esgó medio millón de dólares por una tructura de las biomoléculas hegota que cabía en la punta de un al- mos de empezar por describir filer. No es que ese mínimo valiera las propiedades distintivas del semejante precio. Con el dinero se agua. Dichas notas característipagaron dos semanas de trabajo de cas surgen de su propia estrucun superordenador especial, sin el tura y de la forma en que esta cual no se habría podido elab orar un estructura le permite “adminismodelo capaz de explicar de qué mo- trar” las cargas eléctricas de do el agua condiciona la estructura otras moléculas. y el movimiento de determinada proUna molécula solitaria de 2. LOS PUENTES DE HIDROGENO dan al teína. agua (H2O) presenta geometría agua sus propiedades singulares. Se represenLa proteína en cuestión era el inhi- tetraédrica, con un átomo de ta un modelo de agua líquida, en el que la bidor de la tripsina pancreática bovi- oxígeno en el centro del tetrae- molécula central (una esfera roja y dos blancas) ha tendido puentes de hidrógeno (líneas na (BPTI, del inglés “bovine pancrea- dro, dos átomos de hidrógeno en verdes) con otras cinco moléculas de agua (en tic trypsin inhibitor”), que se encuen- dos de los cuatro vértices y nu- forma de V de color rosa). Sus átomos de hitra en el páncreas del ganado. El bes de carga negativa en los drógeno (de color blanco) están enlazados con BPTI es una de las moléculas favori- otros dos. Las nubes de carga los oxígenos de otras dos moléculas de agua; tas de los modelizadores por ordena- negativa son el resultado de la su átomo de oxígeno (de color rojo) está enlador por su menguado tamaño, lo que unión de las estructuras atómi- zado con un hidrógeno de cada una de otras facilita su investigación frente a las cas del oxígeno y del hidrógeno. tres moléculas de agua. Cada molécula de agua líquida suele establecer cuatro o cinco demás proteínas. El equipo de Mar- De un modo muy simplificado enlaces de hidrógeno. tin Karplus había obtenido un mode- digamos que el oxígeno tiene lo en 1977, pero sólo en el vacío, es ocho electrones, dotados de cardecir, sin que ninguna otra molécula ga negativa, que giran en torno las relaciones entre un hidrógeno de se relacionara con el inhibidor. Nadie al núcleo, portador de carga positiva: una molécula de agua, dotado de carhabía representado el BPTI tal y co- dos electrones en una corteza interior ga positiva, y el oxígeno de otra, pormo se encuentra en el interior celu- y los seis restantes en la corteza ex- tador de carga negativa. Estas inlar, rodeado de miles de moléculas de terior. La corteza interior no admite teracciones reciben el nombre de agua. más que dos electrones; está, pues, enlaces o puentes de hidrógeno. ReEstuvo muy bien empleada la for- completa. Pero la corteza exterior flejando la geometría tetraédrica del tuna gastada. No sólo sirvió para que puede albergar hasta ocho. El hidró- agua, cada molécula de agua líquida Levitt y Ruth Sharon, colaboradora geno posee un electrón. Cuando el oxí- establece cuatro enlaces de hidrógesuya, comprobaran que el modelo an- geno se combina con dos hidrógenos, no: dos entre sus hidrógenos y los terior del BPTI en el vacío no prede- atrae a sus electrones para completar átomos de oxígeno de otras dos mocía adecuadamente el aspecto de la la corteza exterior. Puesto que cada léculas de agua y dos entre su átom o proteína ni su comportamiento en el electrón del hidrógeno pasa más tiem- de oxígeno y los hidrógenos de otras mundo real, sino que tal descubri- po alrededor del átomo de oxígeno que dos moléculas de agua. Mas, a difemiento contribuyó a preparar el ca- en torno a su propio núcleo cargado rencia de lo que ocurre en el agua hemino para que otros químicos simu- positivamente, la molécula de agua lada, constituida por una red de molaran las estructuras de nuevas mo- es polar: tiene dos nubes con una li- léculas dispuestas en una geometría léculas biológicas en el medio acuoso gera carga negativa alrededor del áto- tetraédrica perfecta, la estructura natural. mo de oxígeno, mientras que sus dos del agua líquida puede mostrarse Merced al progreso de la técnica in- átomos de hidrógeno soportan cargas caótica e irregular. El número real formática, con un ordenador de sobre- ligeramente positivas. Pero estos dos de enlaces de hidrógeno por molécumesa podemos ahora crear modelos tipos de cargas se compensan entre sí la de agua líquida oscila entre tres y del BPTI y de proteínas similares en y, en consecuencia, las moléculas de seis, con una media aproximada de un par de días y con 100 pesetas de agua son eléctricamente neutras. 4,5. La necesidad de mantener una gasto de energía eléctrica. Se han estructura tetraédrica sobre la base os químicos no suelen represen- de enlaces de hidrógeno confiere al creado representaciones de más de cincuenta proteínas y ácidos nucleitar las nubes de carga negativa agua una estructura “abierta” y apecos en un entorno acuoso. alrededor del átomo de oxígeno de nas compactada, si la comparamos ¿Por qué es tan importante conocer una molécula de agua; antes bien, con la estructura de la mayoría de los efectos ejercidos por el agua sobre acostumbran optar por figurar la mo- los demás líquidos, como los aceites la forma de las biomoléculas? Por una lécula de agua en forma de V. Cada o el nitrógeno licuado. Para construir un modelo inforrazón poderosa: la estructura de una brazo de la V corresponde a un enlamolécula anuncia su función, lo que ce oxígeno-hidrógeno con una longi- mático del agua se requiere introduayuda a descifrar las relaciones bio- tud aproximada de 10 –8 cm. El ángu- cir dos tipos de fuerzas, las intermoquímicas que subyacen bajo los fenó- lo que generan las dos ramas de la V leculares y las intramoleculares. menos vitales. En una vertiente apli- vale unos 105 grados, algo por deba- Las fuerzas que actúan dentro de cada, la comprensión de la estructu- jo del ángulo de 109,5 grados que for- una molécula de agua se modelizan ra de las biomoléculas en el entorno man cualquier par de lados de un te- en términos de corto alcance, a moacuoso allana el camino para la fabri- traedro perfecto. do de muelles creados por los enlacación de nuevas medicinas que acPor mor de la polaridad de las mo - ces químicos entre los hidrógenos y túen mediante el bloqueo de una ru- léculas de agua resultan favorecidas el oxígeno de cada molécula. Las re-
L
AGUA
93
3. CENTRO ACTIVO de la lisozima. Es ésta una enzima que mata las bacterias al degradar los azúcares de las paredes celulares. El centro activo se halla en el surco principal de la proteína (arriba, izquierda). La forma del surco se adapta a la morfología de las moléculas que rompe (esferas de color púr pura, a rriba, derecha ). La modelización de la relación entre el agua y el surco (abajo, izquierda) facilita la elaboración de un mapa del centro activo (abajo, derecha ; el sombreado verde indica las moléculas de agua fácilmente desplazadas). Este tipo de mapas puede ser clave para la síntesis de nuevos medicamentos que bloqueen o potencien la actividad de una enzima concreta.
laciones entre las moléculas de agua se modelizan en términos de fuerzas eléctricas, de largo alcance. Las fuerzas intramoleculares acotan dentro de ciertos valores las longitudes de los enlaces entre el oxígeno de cada molécula de agua y sus hidrógenos, así como el ángulo formado entre cada uno de estos enlaces. Las fuerzas en cuestión recuerdan a los resortes; cuanto más distorsiona los enlaces una fuerza externa, tanto mayor resistencia le oponen éstos.
L
as fuerzas intermoleculares de largo alcance ejercidas entre moléculas de agua desarrollan un comportamiento distinto del mostrado por las fuerzas intramoleculares; mengua su intensidad al crecer la distancia. Las fuerzas de largo alcance surgen fundamentalmente de la atracción entre cargas de signo opuesto y de la repulsión entre cargas del mismo signo. Estas fuerzas dan lugar a enlaces de hidrógeno y también a atracciones más débiles, las fuerzas de van der Waals.
ger observaron que el comportamiento del agua era una consecuencia directa de las relaciones entre las moléculas de agua. Esta simulación reprodujo en expresión cuantitativa muchas de las propiedades del agua, a saber, su estructura media, su velocidad de difusión y su calor de vaporización. La importancia del agua en los procesos vitales deriva no sólo de su capacidad para establecer enlaces de hidrógeno con otras moléculas de agua, sino también de la que tiene para influir sobre otras biomoléculas de muy di verso tipo. Por su naturaleza polar el agua actúa sobre otras moléculas polares (ácidos, sales, azúcares y las distintas regiones de proteínas y de ADN). En razón de tales influjos el agua puede disolver moléculas polares, por cuyo motivo se les aplica a éstas el calificativo de hidrófilas. No se relaciona bien, por contra, con moléculas apolares como las grasas; cualquiera puede ver que 4. MOLECULAS de morfología casi idéntica. Reaccionan de manera diferente con moléculas de no hay modo de mezclar agua según sean polares, tengan cargas parciales en algunos de sus átomos, o carezcan de agua y aceite. De las molécarga y sean, por tanto, apolares. La urea, una molécula polar presente en la orina, establece culas apolares se dice que enlaces o puentes de hidrógeno con moléculas de agua (esferas de color púrpura, arriba). Por contra, el isobuteno apolar no engendra este tipo de enlaces; antes bien, las moléculas de agua son hidrófobas. tienden puentes de hidrógeno entre sí alrededor del isobuteno, desarrollando una estructura Las proteínas y el ADN en forma de jaula (esferas verdes, abajo ). comprenden zonas hidrófi-
94
Los primeros escarceos sobre simulación informática de moléculas de agua se remontan a las postrimerías de los años sesenta. Aneesur Rahman y Frank H. Stillinger simularon el movimiento de 216 moléculas de agua en una caja rectangular. (Eligieron ese guarismo para su modelo porque es el número que encaja en un receptáculo de 6 × 6 × 6 moléculas.) Duró su simulación cinco picosegundos, el máximo alcanzable con la técnica entonces disponible. Rahman y Stillin-
TEMAS 24
las y zonas hidrófobas distribuidas en largas cadenas. La respectiva estructura tridimensional de estas moléculas viene dictada por el plegamiento de las cadenas en configuraciones más compactas de suerte tal que los grupos hidrófilos aparezcan en la superficie, donde pueden relacionarse con el agua, mientras que los grupos hidrófobos quedan encerrados en el interior, alejados del agua. Walter Kauzmann propuso en 1959 que ese efecto hidrófobo era crucial para el plegamiento de las proteínas. Y hoy sigue siendo tema de enorme interés el papel que desempeñe la hidrofobia en el plegamiento de las proteínas. Existen tres tipos de agua que deben entrar en consideración al construir un modelo informático de una molécula en disolución acuosa: el “agua ordenada”, que rodea a una molécula y la afecta intensamente; “el agua a granel”, situada en zonas alejadas; y otra tercera que queda escondida en el seno de la molécula. Hay en la célula miles de millones de moléculas de agua. Las células humanas son agua en su mayor parte. Ap ro xi ma da me nt e el se se nt a po r ciento del peso del cuerpo humano corresponde al agua. ¿Cómo construimos el modelo de estas moléculas de agua en asociación con los átomos de una biomolécula? Primero se describen las interacciones básicas entre todos los átomos; se de ja después que de ahí surja un sistema según las leyes de la física newtoniana. Una simulación de este tipo requiere dos ingredientes principales, a saber, una forma de describir
las fuerzas intra e intermoleculares den recorrer grandes distancias; es entre el agua y las biomoléculas y un necesario usar un salto temporal corprocedimiento para cartografiar la di- to, como lo es un femtosegundo (10– námica molecular, es decir, sus movi- 15 segundos). Durante dicho intervamientos a lo largo del tiempo. lo la molécula apenas se desplaza un La dinámica molecular genera una 1/500 de su diámetro. secuencia de configuraciones que reEl cálculo de cada salto temporal cuerda a los fotogramas de una pelí- de todos los átomos de una biomolécula. Cada átomo se mueve conforme cula con su agua ordenada genera pasa el tiempo en una serie de pasos una enorme cantidad de datos si la sidiscretos o de saltos temporales. Si mulación es prolongada. Una proteíninguna fuerza actúa sobre el átomo, na pequeña bañada en agua, por la distancia que recorra será una fun- ejemplo, produce medio millón de conción de la velocidad que llevaba en su juntos de coordenadas cartesianas en posición anterior, pues la distancia es un nanosegundo; cada uno de esos igual a la velocidad multiplicada por conjuntos describe las posiciones de el tiempo. Ahora bien, las fuerzas unos 10.000 átomos. La película que ejercidas por otros átomos durante un se obtiene con este tipo de simulaciosalto temporal provocan la acelera- nes registra con suma nitidez numeción del primero, su cambio de velo- rosos detalles. En la serie de millones cidad. Pero si las fuerzas persisten de fotogramas contemplamos el giro, constantes durante el salto temporal, la vibración y el desplazamiento de las leyes de Newton establecen que el cada molécula de agua. cambio de velocidad sea proporcional a la fuerza, de modo que podamos oblustremos con dos moléculas orgátener un cálculo de la velocidad acnicas sencillas las posibilidades tualizada. Con esa velocidad actuali- que encierra la simulación informátizada calcularemos la nueva posición ca para filmar la manera en que el del átomo. Los átomos de un líquido, agua condiciona la dinámica molecusometidos a grandes fuerzas, no pue- lar. Serán el isobuteno y la urea, de morfología similar aunque de propiedades muy diferentes. El isobuteno, un hidrocarburo producido en las refinerías de petróleo, tiene forma de Y; es una molécula apolar (hidrófoba, por tanto) y consta de cuatro átomos de carbono, dos de ellos unidos por un doble enlace. La urea es
I
5. LA DOBLE HELICE DE ADN ( arriba) tiene dos columnas vertebrales (esferas rojas y amarillas), que envuelven una retahíla de pares de bases ( esferas grises, azules, rojas y blancas). Si se opera un corte a través de una de las imágenes de los fotogramas de la simulación del ADN en un medio acuoso (abajo), se observa que las moléculas de agua (en forma de V de color verde y blanco) se adentran en las profundidades de la doble hélice del ADN y la estabilizan. Las esferas de color púrpura representan iones sodio presentes en el medio.
AGUA
95
6. LA HELICE ALFA, que se encuentra en la mayoría de las proteínas, puede desenroscarse fácilmente en el agua porque las moléculas de ésta reemplazan los enlaces de hidrógeno (líneas verdes) que normalmente mantienen la cohesión de la hélice. Se muestra una molécula de agua (verde) que establece un puente entre un oxígeno y un grupo NH (azul).
un producto del metabolismo de proteínas que se segrega con la orina. También tiene forma de Y: un grupo carbonilo (C = O) unido a dos grupos amino (NH2). A diferencia del isobuteno, la urea es una molécula muy polar, muy hidrófila. Cuando se simula la dinámica molecular de isobuteno y urea se advierte que el agua se comporta de modo distinto en torno a uno y a otra. Las moléculas de agua actúan directamente sobre la urea, estableciendo puentes de hidrógeno con sus átomos de hidrógeno y de oxígeno, así como entre ellos mismos. Por contra, las moléculas de agua se alejan del isobuteno hidrófobo y establecen puentes de hidrógeno sólo entre ellas, te jiendo una jaula de moléculas de agua ordenada que rodea al isobuteno.
M
erced a la representación de la interacción entre moléculas de agua y moléculas sencillas entendemos mejor el comportamiento del agua con las proteínas y los ácidos nucleicos, biomoléculas más complejas. El agua se integra en la estructura del ADN. Los primeros intentos de idear modelos de la dinámica molecular del ADN en el vacío fracasaron; debióse a que las fuerzas de repulsión entre los grupos fosfato, dotados de carga negativa, que constituyen la columna vertebral de la doble hélice del ADN, arruinaban la estructura al cabo de sólo 50 picosegundos. Levitt y Miriam Hirshberg consiguieron a finales de los años ochenta del siglo XX un modelo que perduraba 500 picosegundos y en el que, junto al ADN, se habían incluido moléculas de agua que estabilizaban la estructura en doble hélice, al formar puentes de hidrógeno con los grupos fosfato. Otras simulaciones posteriores de ADN en agua han puesto de manifiesto la capacidad de las moléculas de agua para influir sobre casi cualquier zona de la doble hélice, incluidos los pares de bases que constituyen la clave genética. Pero el agua no puede adentrarse en las profundidades de la estructura
96
gistrar la difracción provocada por las moléculas que constituyen la muestra. Cada espacio entre las moléculas actúa como una ranura diminuta, lo que crea un patrón de difracción característico. El análisis de estos patrones permite determinar el intervalo entre las distintas moléculas. Cuando se comparan los resultados de la difracción de neutrones con las simulaciones por ordenador, las distancias mencionadas coinciden en promedio. de las proteínas, cuyas regiones hidrófobas están encerradas en el interior de un núcleo bastante ajustado. Ese es el motivo de que las simulaciones proteína-agua se centren en la superficie de las proteínas, que está mucho menos comprimida que su interior. En virtud de los influjos entre las moléculas de agua y la superficie de las proteínas se desarrolla una geometría interesantísima, sobre todo en los surcos profundos de la superficie de las enzimas. Son éstas proteínas que catalizan las reacciones químicas de las células. Las moléculas de agua enlazadas por puentes de hidrógeno difícilmente encajan en los surcos y saltan a la primera para dejar el sitio a los ligandos, las moléculas con las que se pretende que la enzima reaccione; ese fenómeno podría explicar por qué los centros activos de las enzimas suelen hallarse en dichos surcos. La disposición de las moléculas de agua en un centro activo vacío imita la geometría y la estructura propia del ligando, una información importante para los creadores de nuevos fármacos. ¿Qué parecido guardan las biomoléculas simuladas en su entorno acuoso con las que existen en la célula real? Carecemos de una respuesta concluyente. No existe ninguna técnica experimental que nos proporcione una información tan pormenorizada de las moléculas individuales y de sus influjos recíprocos como la que nos ofrecen los modelos. Pero sí se puede integrar y promediar los valores de las diversas simulaciones con los resultados experimentales. Para verificar la realidad de las estructuras de las biomoléculas simuladas se recurre a la difracción de neutrones y de rayos X. Un experimento de difracción de neutrones consiste en dirigir un haz de neutrones sobre una muestra pequeña y en re-
P
ara confirmar la dinámica de una simulación molecular se compara el comportamiento de la biomolécula simulada con las propiedades de la misma que se observan en el laboratorio. La mayoría de las proteínas contiene al menos una hélice alfa, zona donde los aminoácidos componentes se enrollan y crean una especie de muelle. Por experiencia se sabe que el calor deshace el arrollamiento de hélices alfa, pero los primeros intentos de simulación de una hélice alfa sencilla en el vacío a temperaturas elevadas la dejaban intacta. Sólo tras incluir el agua en la simulación lograron Levitt y Valerie Daggett imitar el comportamiento de una hélice alfa real. Las simulaciones por ordenador aportan una información cada vez más rica sobre la estructura y la función orgánica de las biomoléculas. Ello supone, sin embargo, mantener una permanente batalla con las limitaciones técnicas de la computación y el coste del tiempo de los superordenadores en el empeño por simular biomoléculas cada vez más complejas en su ambiente acuoso.
BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIA W ATER: N OW YOU S EE I T, N OW Y OU DON’T. Michael Levitt y Britt H. Park en
Structure, vol. 1, n.o 4, págs. 223-226; 15 de diciembre de 1993.
PACKING AT THE PROTEIN-WATER INTERFACE.
Mark Gerstein y Cyrus Chothia en Proceedings of the National Academy of Sciences USA, volumen 93, número 19, págs. 10.167-10.172; 17 de septiembre de 1996. Para la consulta de los archivos electrónicos de estructuras moleculares puede visitarse bioinfo.mbb.yale.edu y hyper. stanford.edu en Internet.
TEMAS 24
