El agua

El agua, generadora de vida

El agua es el elemento primordial de la vida. Sin agua no hay vida. Toda la aventura de la vida en la Tierra se inició allí. Hace unos 4,000 o 3,500 millones de años, en el Precámbrico temprano, cuando la temperatura de la superficie de la Tierra descendió por debajo de los 100º C, el agua comenzó a precipitarse en forma de lluvias torrenciales y simultáneamente surgió de las profundidades de las fuentes termales y de los volcanes, como un exudado de la corteza terrestre, para crear los océanos primitivos y preparar las condiciones necesarias para el surgimiento de la vida a través de dos hechos cruciales: la construcción de la atmósfera, a partir de la combinación de vapor de agua, dióxido de carbono y oxígeno; y la síntesis de las primitivas moléculas atmosféricas, que condujeron a la formación de las grandes moléculas orgánicas capaces de replicarse. Muy lentamente, hubieron de transcurrir miles de millones de años para que el vapor de agua, el dióxido de carbono y el oxígeno crearan “el efecto invernadero” que aisló y protegió a la superficie terrestre de las radiaciones ultravioletas del sol y volvió a los climas más tibios y cálidos, creando las condiciones climáticas favorables para la emergencia de la vida (Fairbridge 1982: 236).

En el caldo de cultivo del océano primitivo se combinaron sustancias químicas (metano, amonio, nucléotidos y aminoácidos) y la acción de la energía solar: tormentas eléctricas, radioactividad y energía solar. Entre esta solución diluida de compuestos orgánicos e inorgánicos, la sopa protoplasmática de la vida, y la organización y aparición de la primera célula viva, mediaron más de mil millones de años. En el Precámbrico inferior y medio, entre los 3,000 y los 2,500 millones años antes de nuestra era, aparecieron las primeras células procariontes y bacterias, que dieron lugar a la proliferación de las algas verdiazules, las primeras plantas fotosintéticas, capaces de utilizar el bióxido de carbono de la atmósfera, usar la luz solar como fuente de energía y respirar el oxígeno, que poblaron el océano. El oxígeno en la atmósfera proviene principalmente del mundo vegetal. Antes de la aparición de las algas la atmósfera terrestre tenía muy poco oxígeno molecular (O2). Esta función ambiental de las plantas, la fotosíntesis, incrementó el oxígeno atmosférico y aceleró el fenómeno biológico en el planeta (Delsemme 1994: 162, Glaesssner 1982: 119, Nagy y Nagy 1982: 111, Ponnamperuma y Molton 1982: 98).

Con el transcurrir del tiempo geológico, la atmósfera y el océano se combinaron para hacer de la Tierra un planeta azul, lleno de agua. Hace unos 80 millones de años, el nivel del mar alcanzó más de 500 m sobre su nivel actual, lo que redujo notablemente la superficie continental. Pero al final del Cretácico, hace menos de 100 mil años, alrededor del 85% de la superficie terrestre estaba ya ocupada por grandes masas de agua. Hoy, esta oceanidad sigue siendo su característica fisiográfica dominante. El 70% de su superficie está ocupada por masas de agua y los continentes no han dejado de ser grandes islas emergidas de este medio acuático.

Por su densidad,  su viscosidad,  su alto calor específico, su polaridad y su constante dieléctrica, el agua es un agente mucho más efectivo que cualquier otro elemento en la liga de los componentes de los paisajes terrestres. El ciclo hidrológico es análogo a la corriente sanguínea de la biosfera y podemos decir que los ríos y sus redes de drenaje constituyen el corazón y las venas del sistema circulatorio de los continentes (Falkenmark 2000: 173). El ciclo del agua regula procesos biofísicos críticos y funciones ambientales vitales de los ecosistemas. A través de sus funciones físicas, químicas y biológicas, el agua controla procesos y patrones de los paisajes terrestres (Ripl 1995: 61). Físicamente, a través de la interacción entre evaporación, condensación y escurrimiento; químicamente, a través de la interacción entre la fragmentación del sustrato rocoso y la disolución de rocas y minerales; y biológicamente, a través de la fotosíntesis y de la transpiración.

Así, el ciclo hidrológico liga a los grandes sistemas de producción, transferencia y almacenamientos de energía y materiales del planeta. El ciclo determina los movimientos del agua en el sistema terrestre a través de tres procesos básicos: la precipitación, la evapotranspiración y la escorrentía. Con ellos modula el clima y la dinámica fluvial que hace posible la vida en la Tierra. El agua participa de una manera preponderante en la moderación de los extremos climáticos. Durante el día, el vapor de agua en la atmósfera en forma de nubes refleja una parte de la energía solar y absorbe o re-irradia hacia la Tierra la energía reflejada y el calor emitido por la superficie terrestre. Durante la noche, las nubes operan como un aislante contra el enfriamiento rápido del aire. De tal manera que, gracias a esta función reguladora, las temperaturas máximas se reducen, las mínimas se incrementan y la temperatura de la superficie del planeta se eleva en forma más considerable que en la ausencia del agua en la atmósfera, lo que crea las condiciones de invernadero favorable e indispensable para la existencia de la vida.

El agua, en razón de su calor específico y de su elevado calor latente, es un regulador de la energía acumulada por el sistema terrestre que almacena los excedentes y reduce los déficits. El agua que se desplaza en el ciclo hidrológico transporta grandes cantidades de energía, lo que tiende a uniformar espacialmente la temperatura del planeta. Las corrientes oceánicas, verdaderos ríos marinos, cientos de veces mayores que los ríos terrestres, transportan la energía almacenada en sus grandes masas de aguas cálidas, desde los trópicos hasta las regiones polares. Las corrientes atmosféricas experimentan desplazamientos horizontales y verticales que contribuyen a distribuir la humedad en la atmósfera. Durante el día, las superficies continentales se calientan, provocando un desplazamiento del aire más frío del mar hacia los continentes, aire que lleva la brisa marina. En la noche el proceso se invierte, acarreando humedad terrestre al mar. Este mismo proceso sucede a mayor escala con la humedad de las masas continentales: se mueve hacia el mar en la estación fría y en sentido inverso en la estación caliente (Guerrero 1991: 55).

Esto hace del ciclo hidrológico el motor primario de la vida en la Tierra, un constituyente indispensable para todos los seres vivos, los que no podrían existir en su ausencia ni siquiera por un periodo limitado (Guerrero 1991: 78). Pero el agua no es únicamente un elemento indispensable para el funcionamiento de los organismos que habitan la Tierra, sino también, un medio de vida para la mayor parte de sus seres vivos. Alrededor del 90% de todos los organismos que integran la biosfera se encuentran inmersos en el agua líquida como su medio de vida. El 10 % restante se halla sumergido en medio de un vapor de agua. El agua no es únicamente un solvente móvil, es, también, un transportador de elementos nutritivos hacia las células de los organismos vivos, por lo que juega un papel esencial en el reciclamiento de los nutrientes. En las plantas su función es indispensable como reactivo de la fotosíntesis. En los organismos de los animales, sirve de elemento de limpieza, eliminando las impurezas y los subproductos del metabolismo, y desempeña tareas clave en la regularización de la temperatura corporal.

El agua es el mayor limitante para la producción de alimentos y para la generación de la biomasa vegetal. El agua es un factor determinante en todas las etapas del crecimiento de las plantas y juega un papel decisivo en procesos tales como la transpiración, la absorción de nutrientes, germinación, la fotosíntesis, la respiración, el tamaño y número de las hojas, el número y la robustez de las semillas, etc. Es un factor determinante en el metabolismo del nitrógeno y otros nutrientes en los cultivos. Su insuficiencia reduce drásticamente la productividad de los cultivos, pero un suministro adecuado incrementa dramáticamente esta productividad. La productividad primaria neta en los ecosistemas naturales se incrementa de 500 a 1,000 g/m2 cuando la precipitación aumenta de 250 a 650 mm por año, sin considerar la influencia de las variaciones de temperatura (Pimentel y Pimentel 1996: 158).

Como el sistema terrestre, el cuerpo humano es un complejo mecanismo fisicoquímico y biológico que requiere, vitalmente, de agua para su funcionamiento. El agua es un solvente que promueve la digestión, en la que se sintetizan los carbohidratos y las proteínas. Los lípidos se solubilizan en el medio acuoso para su asimilación. El hombre satisface sus necesidades de agua a través de diferentes aportes. El primero de ellos es el agua que bebe diariamente y que constituye 47% del volumen que el cuerpo humano requiere cada día. El segundo viene de la absorción de líquidos contenidos en los alimentos sólidos, y que constituyen otro 39% de sus requerimientos corporales. Y, finalmente, por medio de la respiración, el cuerpo humano absorbe el 14 % restante del agua que necesita para vivir. En promedio, una persona requiere de uno a dos litros diarios de agua y consume anualmente de cinco a diez veces el peso de su cuerpo.

 

El paradigma actual del agua: ecológica y socialmente insostenible

Al principio del tercer milenio de nuestra era, las aguas dulces del mundo se han convertido en un bien escaso, amenazado y en peligro. De acuerdo con los balances hídricos globales, y en las condiciones tecnológicas actuales, solamente el 0.007% de las aguas dulces del planeta se encuentran realmente disponibles para los usos humanos. De esta pequeñísima porción depende prácticamente el destino de la humanidad. Las previsiones menos pesimistas plantean que para el año 2025 al menos la mitad de la humanidad sufrirá algún estrés por la falta de este líquido vital (Gleick 1995: 4).

El volumen y la distribución del agua dulce en la Tierra han cambiado notablemente como resultado de los esfuerzos humanos por controlarlos y manejarlos para satisfacer sus necesidades vitales y en beneficio de intereses económicos y políticos. Estas alteraciones se acentuaron conforme el hombre se hizo más hábil para producir sus alimentos y para organizar su vida urbana. Las principales acciones directas se basaron en el control de los flujos de los ríos, la construcción de grandes obras de canalización y vasos de almacenamiento, los acueductos para el transporte de agua a los centros urbanos, el drenaje de los humedales para abrir áreas al cultivo y permitir la expansión de las ciudades, la explotación de los acuíferos y la irrigación de tierras. La agricultura, la industria, la generación de energía y los usos domésticos marcaron los patrones de consumo de la humanidad, desde la Antigüedad hasta nuestros días. Estos patrones han terminado por alterar los equilibrios del ciclo hidrológico, cambiando sensiblemente las tasas de evaporación y la calidad de las aguas, por los usos intensivos y por los efectos de una amplísima gama de desechos tóxicos creados por la civilización industrial.

Las consecuencias para el mantenimiento de los ecosistemas de la Tierra han sido drásticas, especialmente en los últimos tres siglos (L’vovich 1995: 235 y Shiklomanov 1999: 1). La destrucción de ecosistemas, la interferencia de los flujos de más del 60% de los grandes ríos del mundo, la desaparición de miles de especies de plantas y animales (sepultados en los vasos de las más de 40 mil grandes presas construidas en el mundo) los desequilibrios provocados en el sistema climático (cambios de temperatura y mayor frecuencia de fenómenos meteorológicos desastrosos), las alteraciones de la capa de ozono protectora de la Tierra por la emisión de gases de invernadero, son algunas de las señales claras de que los patrones actuales de consumo del agua son ecológica y socialmente insostenibles.

Urge, pues, repensar los problemas del agua, de las relaciones humanas con ella. Hacerlo, implica reconocer las causas de origen de estos problemas. Enfrentar el hecho de que el paradigma actual basado en los principios del mercado como criterio de valoración de este bien común (planteado como único por el sistema económico y político dominante) es insostenible. Las experiencias de los últimos 300 años, pero especialmente las del siglo pasado, así nos lo demuestran. Desde este punto de partida hay que enfrentar el desafío de crear un nuevo paradigma, a partir del hecho de la multifuncionalidad del agua, de la consideración de todas, y no sólo las ligadas al bienestar humano, sus contribuciones al sostenimiento de la vida en la Tierra y del carácter incierto de los procesos ecológicos y sociales que regulan el futuro del destino humano.

Ciclo hidrológico, suelos y vegetación

El ciclo hidrológico genera el clima de la Tierra, y es un gigantesco mecanismo de destilación de agua dulce y constituye el aparato circulatorio de la biosfera. Los diferentes almacenes (océano, lagos, ríos, aguas subterráneas, casquetes polares y atmósfera) contienen aproximadamente 1,386 millones de km3 de agua. Pero 97.5% de este enorme monto, alrededor de 1,351 millones de km3, corresponde a las aguas saladas acumuladas en los océanos y solamente 2.5% es de agua dulce, unos 34,650 millones de km3. El 68.7% de este pequeño monto se encuentra en forma de hielo en la Antártida, el Ártico y en las montañas nevadas del mundo, aproximadamente 23,800 millones de km3. Y otro 29.9% se halla en los mantos acuíferos en forma de aguas subterráneas, unos 10,360 millones km3. Solamente el restante 0.26% del monto total de aguas dulces (unos 490 km3) se encuentra en cuerpos de agua como lagos, presas de almacenamientos y ríos (Shiklomanov 1999: 3).

En el ciclo hidrológico, cada año se evaporan de la Tierra y fluyen hacia la atmósfera unos 577,000 km3 de agua, 502,800 km3 provienen de los océanos y 74, 200 km3 de la evapotranspiración de los biomas continentales. La misma cantidad de agua se precipita como lluvia: sobre los océanos, unos 458 mil km3 y otros 119 mil km3 sobre las superficies continentales. La diferencia entre los volúmenes que se precipitan y los que se evapotranspiran de la superficie continental (119,000 km3 - 74,200 km3 = 44,800 km3) representan los flujos de aguas líquidas que retornan al mar a través de los ríos de la Tierra (42,600 km3) y de las corrientes subterráneas que descargan directamente al océano (2,200 km3) (UNEP 1992, Shiklomanov 1999: 3, véase figura 1).

El océano es, con mucho, no sólo el gran almacén natural de agua de la Tierra sino que sus enormes corrientes marinas (cientos de veces mayores que los más grandes ríos del mundo, como el Mekong o el Amazonas), sus grandes flujos de vapor de agua hacia la atmósfera y sus precipitaciones al propio océano y a las superficies continentales, constituyen las grandes arterias de la circulación y distribución del agua en el sistema terrestre. La atmósfera, en cambio, no es un gran depósito permanente de agua en la naturaleza. Se estima que el volumen de agua que permanece de un modo constante en la atmósfera es de cerca de 12,900 km3, y sólo representan 0.001% del total de agua en la Tierra. Pero su función como regulador climático es crucial para la existencia de la vida (Pimentel y Pimentel 1996: 157). La temperatura de la Tierra descendería drásticamente si no existiera el vapor atmosférico. El aire experimenta desplazamientos horizontales y verticales. La acción de ambos arrastra el vapor y contribuye a distribuir la humedad en la atmósfera. Durante el día, la Tierra se calienta y el aire sobre ella asciende provocando un desplazamiento del aire más frío del mar hacia los continentes, aire que lleva la brisa marina. Durante la noche, el proceso se invierte acarreando humedad terrestre al mar. Un proceso similar, pero a mayor escala, se opera con la humedad de las masas continentales: se desplazan hacia el mar en la estación fría y en sentido inverso en la estación caliente (Guerrero 1991: 54).

La distribución del agua que se precipita en los continentes en forma de lluvia (119,000 km3) se divide en dos grandes flujos: uno de vapor de agua (74,200 km3) y otro de aguas líquidas superficiales (42, 600 km3, si se toman en cuenta sólo las descargas de los ríos al mar). El destino de ambos tiene profundas implicaciones en términos de las funciones y los servicios ecológicos del agua al nivel de la crucial interacción entre ciclo del agua, vegetación y suelos, en el contexto de los paisajes terrestres, porque plantea de inicio, una competencia por el agua entre las plantas y el hombre (Falkenmark et al. 2000: 194 y 196).

 

Flujos de agua: verdes y azules

Las aguas que se precipitan en forma de lluvia sobre los paisajes de la Tierra se distribuyen en dos grandes flujos (Fal-kenmark 2000: 173):

•    El vapor de agua (la evapotranspiración) que fluye hacia la atmósfera, conocida como agua verde, que es parte del proceso de producción de las plantas, y
•    El flujo líquido (ríos, lagos y acuíferos) que corre sobre la superficie y el subsuelo, referido como agua azul y que consiste de la porción no evaporada de la precipitación.

En el ciclo hidrológico son la lluvia, la vegetación y los suelos los factores biofísicos que controlan la evapotranspiración. La capacidad de la atmósfera para transportar vapor de agua depende en buena medida de la temperatura del aire y de la cubierta vegetal así como de la velocidad del viento. Los procesos que se dan a través de la evapotranspiración del agua a la atmósfera por los biomas terrestres, proporcionan servicios ambientales críticos al ecosistema terrestre.

La cobertura vegetal es un mecanismo a través del cual operan los procesos de distribución del agua de lluvia en los paisajes terrestres. Los usos del suelo modifican la cobertura vegetal y el suelo, e influyen por consecuencia en la distribución, en los montos y en la estacionalidad de los flujos. Los cambios en el uso del suelo que implican mayores alteraciones en la cobertura vegetal tienden a causar mayores impactos en la distribución del agua y resultan en la redirección de los flujos de aguas verdes. Alteran la distribución entre los flujos del agua, y por lo tanto, influyen en las ofertas de agua disponibles para las plantas y los distintos usos humanos.

Los alimentos, los forrajes, las fibras y la madera, son todos producidos por las funciones y servicios ecológicos de los flujos de agua verde y por lo tanto implican un uso consuntivo del orden de 600-6,000 m3 por tonelada de biomasa producida, dependiendo del hidroclima. Estas aguas verdes son las responsables directas del mantenimiento de la biodiversidad de los paisajes terrestres, mientras que la mayoría de los usos humanos del agua (usos domésticos, irrigación, generación de energía, industriales, etc.) dependen de la disponibilidad de aguas azules, de las aguas líquidas de las corrientes superficiales y los almacenes subterráneos. Las aguas azules brindan además otros servicios ambientales críticos a los paisajes terrestres: por la disponibilidad en ríos y acuíferos, el agua influye en la producción del oxígeno, en la absorción del dióxido de carbono por las plantas, en la productividad y biodiversidad de los suelos, en los flujos de energía y materiales y en los hábitats de la flora y la fauna.

El agua es el mayor factor limitante en la producción de alimentos porque las plantas requieren de enormes montos de agua para su crecimiento. Este hecho se acentúa porque la tecnología utilizada por la agricultura mecanizada de irrigación requiere de altos insumos energéticos para satisfacer las demandas de agua de los cultivos. Si este volumen fuese suministrado con la tecnología actual empleada para la irrigación, basada principalmente en altos consumos de combustibles fósiles, se requerirían de la aplicación de 8 millones de litros de agua. Cerca de 20 millones de Kcal de energía son necesarias para bombear 8 millones de litros de agua desde una profundidad de 30 metros. Esto es más de tres veces los insumos de combustibles fósiles empleados para producir una hectárea de maíz de temporal (aproximadamente 6 millones de kcal). La agricultura es, por ello, el mayor consumidor de agua en el mundo, ya que utiliza 87% del agua dulce de la Tierra (Pimentel y Pimentel 1996: 294).

Para satisfacer sus necesidades básicas y para producir toda clase de bienes, mercancías y servicios, el hombre maneja sus paisajes y altera la cobertura vegetal, el suelo y el agua. El metabolismo de las sociedades basadas en la producción industrial de bienes de consumo se caracteriza por el uso intensivo de energía y materiales en las actividades de extracción, procesamiento y uso de los recursos ambientales, especialmente el agua, el suelo y la vegetación. Este estilo de producir y de consumir también genera desechos altamente tóxicos. Los efectos colaterales de esta manipulación del paisaje se manifiestan en cambios en la distribución de la precipitación entre aguas verdes y azules; interferencias en las funciones del agua como transportador de sedimentos, materia orgánica y nutrientes; y en la transferencia de estos efectos a lo largo de la cadena que une a la atmósfera, a la cobertura vegetal, a los suelos, a los mantos subterráneos, a los ríos, a lagos, a la costa y al mar.

Una comprensión básica de la interrelación fundamental entre sociedades humanas y procesos biofísicos a nivel de los flujos de aguas verdes y azules en el contexto de los paisajes de las cuencas hidrológicas facilita el análisis de la extrema complejidad del papel multifuncional del agua en la organización de la vida en la biosfera y permite vincular en un mismo marco conceptual los procesos biofísicos y humanos relacionados con este líquido.

La conexión crucial entre el agua, la vegetación y el suelo

Estrechamente conectada con la parte terrestre del ciclo hidrológico existe un continuo intercambio de energía, agua y otras sustancias a través de la atmósfera, el paisaje y los cuerpos de agua continentales. La cobertura vegetal afecta a la composición atmosférica, al flujo energético y al balance de agua regional, especialmente a la evapotranspiración (IGBP 1991: 1).

La Tierra libera constantemente vapor de agua a la atmósfera, a través de la transpiración de sus diversos biomas como mediante la evaporación de sus aguas superficiales. Como la mayor sustracción de agua de los biomas terrestres, la evapotranspiración domina los balances de agua y controla procesos críticos como el contenido de humedad de los suelos, la recarga de los acuíferos y los flujos de aguas superficiales en diferentes regiones del planeta, especialmente en las zonas áridas y semiáridas, donde la evapotranspiración es la mayor fuente de extracción de agua de los flujos superficiales. Donde se ha podido estimar este sustracción, los porcentajes de la evapotranspiración representan entre 20 y 50% del total de aguas líquidas (Dahm et al. 2002: 831).

El total de flujos de retorno a la atmósfera en el ciclo hidrológico en forma de vapor de agua (aguas verdes) a través de la evapotranspiración por los biomas terrestres se estima en aproximadamente 74,000 km3 al año. De este volumen, 90% proviene de bosques y selvas tropicales (40,000 km3), bosques y selvas templadas (15,100 km3), pantanos (1,400 km3) tundras y desiertos (5,700 km3) y de otros sistemas (5,000 km3). El restante 10% se origina en las áreas del planeta ocupadas por los cultivos anuales (unos 6,800 km3) (Rockström et al. 1999: 2).

Tres clases de flujos caracterizan los movimientos del agua líquida que llega a la superficie terrestre: superficiales, subsuperficiales y subterráneos. Los flujos superficiales, representados por los ríos, lagos y otros depósitos, se presentan cuando la capacidad de infiltración es excedida por la cantidad de agua que llega a la superficie. Existen alrededor de 236 ríos mayores en el mundo que cubren una superficie de aproximadamente 231,059,898 km2, equivalentes al 45% de la superficie terrestre, excluida la Antártida. Los flujos subsuperficiales se presentan cuando el agua fluye a través del suelo y es confinada cerca de la superficie. Son los flujos que humedecen el suelo y resultan especialmente importantes los que entran en contacto con las raíces de las plantas. El agua en esta zona es solamente 0.05% del total de aguas dulces que circulan en el ciclo hidrológico. Esta pequeña porción desempeña un papel crucial en las funciones y servicios ambientales del suelo. De esta minúscula porción que humedece los suelos depende la biodiversidad de estos últimos, su capacidad para producir alimentos y el mantenimiento de la propia biodiversidad de la biosfera. Los flujos subterráneos son las aguas que llegan a los mantos acuíferos de almacenamiento, recarga y descarga y las que se acumulan en las capas profundas de la cobertura terrestre. Aunque el volumen confinado en las capas profundas es muy alto, los mantos acuíferos no confinados, situados a una profundidad promedio de 2 km, que representan el volumen de acuíferos renovables, se estiman en 4.169 millones km3 al año. Las proporciones relativas de los flujos superficiales, subsuperficiales y subterráneos determina la configuración hidrológica de una cuenca.

Los ríos juegan un rol de extrema importancia entre los componentes del ciclo hidrológico no sólo por el volumen de aguas dulces que almacenan y por su ramificación sobre la superficie terrestre, sino también por su alta dinámica de renovación. Estos factores, volumen, distribución, pero especialmente sus altas tasas de renovación, los vuelven los recursos acuáticos renovables más importantes del ciclo hidrológico. Mientras que el periodo de recarga de las aguas oceánicas, por ejemplo, es de 2,500 años; el de las masas de hielos polares, de 10,000 años y el de los acuíferos subterráneos de 1,400 años; el de los ríos es de sólo 16 días. Estos últimos son los sistemas acuáticos superficiales con una distribución más amplia en la superficie terrestre y sus redes hidrológicas constituyen un auténtico sistema sanguíneo para la biosfera (Shiklomanov 1999: 5). Paradójicamente, estas características los vuelven componentes altamente sensibles a las perturbaciones naturales y antropogénicas.

Un gran número de factores biofísicos que actúan en la cobertura terrestre controlan la ruta del agua en el ciclo hidrológico. Aunque en principio, en la fase terrestre del ciclo, la cascada hidrológica de flujos, almacenamientos y descargas está controlada por la topografía, la geología y el clima, otros factores como el suelo y la vegetación tienen una importancia crítica. Factores culturales, como los cambios en la cobertura y usos del suelo tienen también una intervención decisiva en las rutas del agua.

La cobertura vegetal y los usos del suelo son factores muy importantes de la infiltración. La vegetación y la hojarasca que cubren el suelo, lo protegen de los impactos directos de las gotas de lluvia y lo proveen de la materia orgánica que enriquece sus contenidos. La fauna del suelo, probablemente más abundante y diversa que aquella que puebla los distintos hábitats de la superficie, ponen a disposición de las plantas nutrientes y minerales.

La manipulación de la cubierta vegetal provocada por los cambios de usos del suelo afecta a sus capacidades de infiltración, especialmente cuando se trata de la sustitución de la cobertura original por monocultivos y la ganadería o la pavimentación de las áreas de asentamientos humanos, con un drástico descenso de la capacidad de infiltración.

Puesto que las actividades de uso del suelo modifican la cobertura vegetal y el suelo, ellas también influyen sobre la distribución de la precipitación y por lo tanto sobre el monto de los flujos y su estacionalidad, por ejemplo, en las fluctuaciones entre flujos máximos y mínimos.

Los cambios en el uso del suelo que implican mayores cambios en la cobertura vegetal tienden a causar mayores impactos en la distribución del agua y resultan en la redirección de los flujos de aguas verdes y azules.

Las zonas montañosas que caracterizan a las zonas de recarga de agua de las cuencas hidrológicas representan elementos conspicuos de sus paisajes. Desde la perspectiva de la biogeografía, las montañas son cinturones estratificados con floras y faunas características. A las escalas del tiempo geológico y climático de la Tierra, constituyen estructuras del paisaje estrechamente relacionadas con los efectos de la última glaciación ocurrida hace unos 15,000 años. En los últimos 150 años los glaciares de estas montañas se han retirado en forma significativa y este proceso de desglaciación ha sido asociado a los cambios climáticos experimentados en las últimas décadas, especialmente con los incrementos de la temperatura y la ampliación de los períodos secos. Estas montañas son los únicos paisajes que documentan los efectos de los cambios climáticos pasados y presentes en el dinámico paisaje de los sistemas fluviales y sus cuencas de drenaje. La desaparición de las nieves perennes de las cumbres elevadas influencia la estacionalidad de las cargas y descargas del sistema hidrológico, por la reducción de los volúmenes de aguas provenientes de los deshielos y por el incremento de la permeabilidad de los materiales descongelados. Necesariamente, los efectos sobre la humedad de los suelos y la cobertura vegetal han sido drásticos. En paisajes de pendientes elevadas como los montañosos, los problemas de estabilidad de los suelos incrementan los procesos erosivos, los deslizamientos y las descargas de materiales hacia las partes bajas (Watson y Haeberli 2004: 6).

Topográficamente, los dos componentes mayores de los paisajes montañosos que los hacen un área de alta sensibilidad y vulnerabilidad ecológicas son la altitud y la pendiente. La exposición y la inclinación de las pendientes y el relieve son características extremadamente ventajosas para la creación de una enorme diversidad de microclimas, que en combinación con el sustrato y los flujos de agua, permiten la formación de una amplia gama de micro hábitats. Cada uno de ellos está dotado de una riqueza biológica y una flora altamente especializadas. La alta biodiversidad de las montañas, estimada en 50 mil especies de plantas con flores de un total de 240 mil, se encuentra estrechamente relacionada con esta geodiversidad (Körner 2004: 16). Estos componentes del paisaje fluvial permiten atrapar una parte desproporcionadamente alta de la precipitación. En algunas áreas de la superficie terrestre, el agua es casi exclusivamente interceptada por sus montañas, como es el caso de las zonas áridas y semiáridas, donde este porcentaje rebasa el 90%. Las montañas son unas auténticas torres de agua cuyas significaciones hidrológicas se puede estimar sólo por el hecho de que los sistemas montañosos de la Tierra (26% de su superficie) proveen de más del 95% de la oferta total de aguas dulces de las cuencas hidrológicas (Messerli et al. 2004: 31).

La influencia de los bosques montañosos sobre el ciclo hidrológico (la precipitación, la evapotranspiración y las corrientes superficiales) ha sido estudiada desde hace mucho tiempo (Shiklomanov y Krestovsky 1988: 78). De estas investigaciones se conoce que los bosques de las cuencas altas afectan la magnitud del flujo por el incremento de los flujos mínimos, por la reducción de los flujos pico, y por el incremento total del rendimiento de agua que en algunas regiones del mundo se ha cuantificado entre 5 y 10%. Los bosques forman barreras adicionales para las masas de aire que se mueven en la atmósfera baja, creando flujos ascendentes de aires frescos, formando nubes y, consecuentemente, mayor precipitación en las áreas de recarga de agua. Los volúmenes de agua que se precipitan sobre las áreas arboladas son notablemente mayores que los que caen sobre las que carecen de ellas. El papel hidroclimático de los bosques incluye la condensación, el rocío, la escarcha y la precipitación horizontal (la neblina). La condensación bajo el dosel alcanza en algunas regiones, en promedio, de 10 a 15 mm durante la estación cálida y 16 mm durante la estación fría, alcanzado promedios de 25 a 30 mm al año (4% de la precipitación total anual). Pero el promedio en otras regiones del mundo llega a ser superior al 10% de la precipitación anual. La capacidad de retención de la copa, el máximo monto de humedad que es capaz de retener un árbol, depende de la especie. Para bosques de pino se ha estimado de 0.9 a 1.5 mm y para bosques deciduos en 0.5 a 1.2 mm.

La evapotranspiración en los bosques de montaña es un proceso físico complejo y por lo mismo difícil de cuantificar. Durante la vida de los bosques, la evapotranspiración y sus componentes tienden a cambiar. Se ha estimado que los bosques jóvenes y de edad media transpiran entre 10 y 20% más que los bosques de edad madura y de 20 a 30 % más que los bosques viejos de más de 100 años.

En resumen, la influencia de las masas forestales sobre el balance de agua depende de la edad y la composición de las especies, de las propiedades del suelo, de la topografía (relieve y pendiente) y de las condiciones hidroclimáticas locales.

Agua y suelos

Las zonas continentales solamente cubren 27% de la superficie terrestre, pero esta porción produce cerca del 57% de la biomasa total de la Tierra. La importancia vital de los ecosistemas terrestres radica en que de ellos provienen más del 96% de los alimentos para satisfacer las necesidades humanas, en tanto que los ecosistemas acuáticos sólo proveen menos del 3% (Pimentel y Hall 1989: 11).

La productividad de los sistemas terrestres depende grandemente de la disponibilidad de agua, de la calidad del suelo, de la energía, de un clima favorable y del monto y diversidad de los recursos biológicos presentes (Pimentel y Pimentel 1996: 33).

La actividad del agua en la superficie y bajo el suelo es una parte crucial del ciclo hidrológico. Los movimientos del agua en, a través de y hacia la superficie del suelo, son controlados ampliamente por la fuerza de gravedad y también por tres tipos de procesos que pueden acelerar o restringir sus movimientos: la absorción, la capilaridad y la ósmosis. De tal modo que la velocidad y dirección de los movimientos del agua dependen de la magnitud de estas fuerzas de succión balanceadas con las fuerzas gravitacionales. La tasa a la que se mueve el agua a través del suelo está determinada por su conductividad hidráulica, que depende de la cantidad, tamaño y forma de los poros y del contenido de agua en los mismos. El tamaño y forma de los poros está relacionado con la textura y la estructura del suelo. El agua, junto con el aire, ocupan los espacios de los poros y actúan como un sistema de transporte y circulación.

La infiltración es el movimiento del agua de percolación en el suelo. Desde un punto de vista hidráulico, el suelo es un filtro que determina las vías por las que el agua de lluvia no interceptada por la cobertura vegetal alcanza los canales de la red superficial de drenaje y los mantos subterráneos. El agua que se infiltra en el suelo controla en una alta proporción su cantidad disponible para la evapotranspiración. El suelo, por lo tanto, juega un papel determinante en los volúmenes de agua que circulan por las vías superficiales y subterráneas y en la dinámica y temporalidad de estos flujos.

La capacidad de infiltración de un suelo está determinada por las características de la precipitación, las características y propiedades del suelo, la cobertura vegetal y los usos del suelo. La transferencia del agua es más efectiva en los suelos húmedos que en los secos porque estos últimos tienen mayor volumen de aire en sus poros, lo cual inhibe la conducción del agua de un lugar a otro.

El agua puede almacenarse en o sobre el suelo, o puede fluir por encima de su superficie o al interior del suelo vertical y lateralmente. Los almacenamientos superficiales requieren de suelos de baja permeabilidad y de una topografía que prevenga el drenaje lateral. El almacenamiento puede ser temporal, en microdepresiones, o permanente, cuando la oferta es suficientemente grande y excede a la evaporación y a la infiltración, formando lagos. La oferta de agua puede provenir directamente de la precipitación o de los flujos de aguas subterráneas. El agua que se almacena en el suelo puede ocurrir en regiones donde los acuíferos sean relativamente superficiales, como en las depresiones cerradas. Puede también almacenarse en lugares donde las condiciones locales causan anegamientos, como en lugares de suelos arcillosos o donde se presentan capas cementadas por óxidos de hierro, que impiden el movimiento del agua hacia las capas profundas del suelo.

A partir de sus funciones de regulación del ciclo hidrológico, la cobertura vegetal controla los flujos de agua y la humedad de los suelos; atenúa el efecto erosivo de los flujos-pico y de las descargas durante las tormentas y huracanes, controla la exportación de materia orgánica y los materiales disueltos y determina la composición biogeoquímica de las aguas disponibles para los organismos del suelo.

Un amplio número de los más fundamentales procesos geomorfológicos están estrechamente vinculados con la vegetación, entre ellos la descomposición física y química de las rocas, la erosión y los procesos de sedimentación que generan el sustrato de los hábitats y paisajes terrestres (Thornes 1990: 2). A lo largo del tiempo geológico, glaciaciones, transgresiones marinas o erupciones volcánicas han transformado la cobertura vegetal. En periodos menos prolongados, los ritmos de los procesos físicos determinan la estabilidad de la cobertura vegetal.

Los procesos físicos y químicos que se llevan a cabo en las zonas de las raíces de las plantas ofrecen una amplia gama de interacciones entre la productividad de las plantas, el ciclaje de nutrientes y la biodiversidad del suelo. Las raíces de las plantas absorben agua y minerales del suelo y exudan azúcares y aminoácidos vitales para los organismos que habitan las diferentes capas del suelo. La biodiversidad del suelo depende por ello del tipo de plantas que crecen sobre el ambiente pedológico y de la proximidad de los propios organismos a las raíces. Esto es así a tal punto que el número y el tamaño de las poblaciones descienden a medida que se alejan de las raíces de las plantas (Tortensson et al. 1998:5).

La vegetación tiene también una amplia gama de efectos directos e indirectos que reducen o incrementan las tasas de erosión a través de procesos climáticos e hidrológicos, como el amortiguamiento de los impactos de las gotas y el control de las rutas del agua de lluvia. Donde la cobertura vegetal reduce la erosión también suele favorecer depósitos de sedimentos, lo que crea condiciones para la generación de suelos y sustratos que hacen posible la creación de hábitats fluviales, planicies de inundación y terrazas aluviales.

Esta interrelación entre procesos biológicos y geomorfológicos es cada vez más aclarada y cuantificada por la ecología de los paisajes fluviales. Mucho del éxito de la previsión de los efectos de los cambios ambientales a nivel de una cuenca hidrológica depende en buena medida de la capacidad para relacionar, a diferentes escalas espaciales y temporales, procesos geomorfológicos, vegetación y sistemas fluviales.

Los actores ambientales del suelo

El suelo es una estructura compleja creada por la influencia del sustrato rocoso, la topografía, el clima, el tiempo y las actividades humanas, cuyas funciones y servicios ambientales son, junto con las del agua y el aire, esenciales para la vida. El suelo es un soporte crítico de la vida de la cual depende toda la biodiversidad terrestre, y resulta también un gran proveedor, almacén y promotor de la biodiversidad de la biosfera (Tortensson y Stenberg 1998: 4, FAO 1998b: 1). Tales funciones están vinculadas a servicios ambientes vitales relacionados con la producción y el soporte de la biomasa de la Tierra, como la producción de alimentos, forrajes, recursos energéticos renovables y materias primas; un filtro, zona de amortiguamiento y gran almacén del agua de lluvia, que humedece las capas superiores de la corteza terrestre y la filtra a los acuíferos subterráneos, limpiándola de contaminantes y sustancias tóxicas; una cámara de incubación, descomposición y reciclamiento de nutrientes para los propios organismos que habitan en él y para todas las plantas que constituyen la cubierta vegetal de la Tierra; un hábitat biológico y un banco riquísimo de reservas genéticas, que provee espacio, materiales y biomasa para una multitud de organismos que integran un alto porcentaje de la diversidad biótica del sistema terrestre; y un factor decisivo en la dinámica de los intercambios de gases, solutos y elementos bióticos entre las fase acuosa, sólida y gaseosa de la Tierra (Eijsackers 1998: 72).

El suelo es un escenario de la alquimia primordial donde diferentes actores (minerales, agua, aire y materia orgánica), interactúan para construir uno de los más complejos y extremadamente biodiversos ambientes de la Tierra (Suzuki 2003: 105). Los minerales pueden representar hasta 65% del volumen total de un suelo, el agua y el aire cerca del 25%, cada uno, y la materia orgánica de 2 a 5%. Las partículas primarias del suelo se clasifican de acuerdo con sus tamaños en arenas, limos y arcillas. Su textura depende de las proporciones que contenga de estas partículas, en tanto que su estructura está relacionada con la forma de la agregación de estas partículas. Ambos, textura y estructura, determinan el espacio poroso para la circulación del agua y el aire, la resistencia a la erosión y la penetración de las raíces de las plantas. (ATTRA-NCAT 2005: 1). La textura, en combinación con las variaciones en la estructura y los niveles de humedad, puede afectar drásticamente la aireación del suelo e influir en la distribución de la biota y en su capacidad para procesar y mineralizar compuestos clave para la vida que están conformados por carbono y nutrimentos como el nitrógeno y el fósforo.

Los diferentes tamaños de los poros proveen espacios donde el agua permanece y solamente ocurren filtraciones mínimas, y áreas donde se llevan a cabo flujos rápidos y los procesos de transporte de agua, solutos (sales) y materia suspendida son altamente dinámicos. Los diferentes tamaños y formas de los poros también controlan el movimiento de los organismos del suelo y, puesto que el espacio poroso controla la distribución del agua, su disponibilidad es un efecto secundario del espacio poroso sobre los organismos. Así, el tamaño, la frecuencia, la distribución vertical y lateral y la propia continuidad de los poros son cruciales para el transporte de agua y solutos, ya que juegan un papel determinante en los procesos químicos y biológicos del suelo y la distribución de los organismos.

El edafón, es decir, el conjunto de organismos que habitan en los suelos, constituyen probablemente la comunidad viviente más vasta y diversa de la biosfera (ATTRA-NCAT 2005: 3), aunque la mayoría de esta biota permanece como una caja negra para el conocimiento de cómo funcionan estos complejos ecosistemas. Lo que se sabe es que la biomasa de un suelo fértil puede exceder los 20,000 kg de peso vivo por hectárea. Tal volumen de materia viva puede comprender 50 kg de microfauna (<2 mm, tales como protozoarios y nemátodos), 20 kg de mesofauna (2-10 mm, microartrópodos), 900 kg de lombrices de tierra (> de 10 mm) y 20,000 kg de microorganismos (Bergström y Stenström 1998: 18). Estos organismos viven en los poros en y dentro de los agregados y partículas del suelo. A pesar de los cientos de millones de microorganismos que habitan los poros del suelo, esta biota ocupa con frecuencia sólo cerca de 0.1% del volumen total del poro y cubre aproximadamente 0.01 de la superficie del suelo y al menos 90% de la superficie de los suelos no resulta accesible a los organismos (Bergström y Stenström 1998: 20).

Esta comunidad de microorganismos del suelo desempeña diferentes funciones cruciales. Tiene a su cargo la mayoría de los procesos de descomposición de la materia orgánica y del procesamiento de minerales de los suelos y sus funciones son irremplazables en la transformación y degradación de compuestos sintéticos orgánicos y desechos naturales. Las lombrices de tierra, por ejemplo, desempeñan funciones claves en la infiltración y aireación de los suelos. Los campos en los que estos organismos construyen sus túneles son capaces de absorber de 4 a 10 veces más agua que los que carecen de esta actividad. Los túneles también bombean aire a las capas profundas, estimulando la actividad microbiana para el ciclaje de nutrientes. La desaparición de esta microfauna se refleja en una drástica reducción de flujos superficiales y de la capacidad de recarga de los acuíferos. Por sí mismas estas actividades son más eficientes y menos costosas que las técnicas agrícolas creadas por el hombre. Una buena población de lombrices de tierra, junto con la de otros invertebrados, puede procesar de 10 a 500 toneladas por hectárea al año, jugando una función crítica en la formación de la capa fértil del suelo. El valor de esta función para las tierras agrícolas del mundo se ha estimado en 50,000 millones de dólares cada año (Pimentel y Pimentel 1996: 5). En el caso de las bacterias, los más numerosos tipos de organismos del suelo, cada gramo contiene al menos un millón de estos seres minúsculos e invisibles al ojo humano, cuyas funciones, entre otras, son poner a disposición de las plantas los nutrientes.

Las bacterias son las responsables de convertir nitrógeno en forma de amonio a nitrato, de mejorar la estructura del suelo, de combatir las enfermedades de las raíces y de degradar compuestos orgánicos tóxicos en el suelo. Los hongos micorrízicos viven en simbiosis con las raíces de las plantas e incrementan su captación de agua y nutrientes, especialmente fósforo.

La biota del suelo juega también un papel crucial en la estabilización y la regulación del sistema climático de la Tierra. Es bien conocido el papel de la cubierta forestal como sumidero de carbono. Pero poco se ha difundido el que actualmente la materia orgánica de los suelos constituye el mayor almacén de carbono de la Tierra (FAO 1998a: 3). Los microbios, hongos e invertebrados del suelo son responsables de la descomposición de tejidos vegetales y animales y con ello están disponibles los elementos que los componen, como el carbono y nitrógeno para el crecimiento de las plantas, mientras que, simultáneamente, contribuyen a la producción y el consumo de dióxido de carbono, metano y nitrógeno.

La erosión

La mayor causa de la pérdida de la productividad de los suelos de la Tierra es la erosión. Durante los últimos 50 años, casi una tercera parte de la tierra arable del mundo se ha perdido por esta causa. Según las estimaciones de Pimentel y Pimentel (1996), una tonelada de suelo fértil contiene cerca de 4 kg de nitrógeno, 1 kg de fósforo, 20 kg de potasio y 10 kg de calcio. La erosión significa la eliminación de estos nutrientes esenciales del suelo (Pimentel y Pimentel 1996: 23). El material erosionado contiene, por lo general, de 1.3 a 5 veces más materia orgánica que lo que queda de un suelo erosionado. La materia orgánica es extremadamente importante para la productividad del suelo porque ayuda a retener el agua en el suelo, mejora la estructura y es la mayor fuente de nutrientes para las plantas. Cerca del 95% del nitrógeno del suelo se almacena en la materia orgánica.

La erosión es un proceso geomorfológico natural que modifica la superficie de la Tierra y, en el tiempo geológico, continuará haciéndolo. Existe por ello una estrecha relación entre el sistema de drenaje y el régimen de sedimentos en una cuenca hidrológica. En el ciclo hidrológico, el agua que los ríos transportan al océano va acompañada de una enorme carga de sedimentos en forma de sólidos suspendidos. Cada año, los ríos llevan unas 13,475 millones de toneladas de sedimentos suspendidos de los continentes al mar (Gleick 1995). Debido a los cambios en los usos del suelo, especialmente por la deforestación de las cuencas altas y la intensificación de la agricultura y la ganadería en áreas de pendientes pronunciadas, se estima que la descarga de materiales de los continentes al mar es más del doble que en los tiempos preagrícolas, hace unos 7 mil años (Garrels et al. 1975: 53).

Y al igual que los flujos del agua, los procesos erosivos en una cuenca dependen de factores climáticos, del ambiente pedológico, de la cobertura vegetal y de las actividades humanas. Los efectos de la erosión pueden aparecer en las áreas fuentes, que liberan los materiales, agua y suelos; en la red de drenaje, que es el mecanismo de transporte de la carga de agua y sedimentos; y en los ambientes de deposición, áreas de descarga o almacenamientos. Un decrecimiento en las ofertas de agua y sedimentos de las cuencas altas generalmente se refleja en la degradación del sistema de canales fluviales. Y al contrario, un incremento en las ofertas de agua y sedimentos causa comúnmente un proceso de agradación en canales y área de depósitos en la cuenca baja: los valles y planicies de inundación (Sundborg y Rapp 1986: 225).

El agua erosiona un suelo desnudo de varias maneras: por el incremento en la intensidad y temporalidad de la lluvia, por la magnitud y la longitud de la pendiente y por la erosionabilidad del suelo. La erosión por goteo se origina directamente por el impacto de las gotas de agua sobre el suelo. La erosión laminar, por el lavado de una capa superficial de suelo. La erosión en surcos, de varios centímetros de profundidad, y la erosión en cárcavas, por surcos de más de un metro de profundidad.

Sin duda, las actividades humanas representan hoy las mayores amenazas para la biodiversidad de los suelos. La degradación de estos por el viento, el agua y la contaminación inducida por las actividades humanas afecta a cerca del 24% de las áreas habitadas del planeta. Un 10% de los suelos del mundo se han perdido en la última centuria por la deforestación, la erosión, el desarrollo urbano y otros abusos. Durante los últimos 40 años aproximadamente 30% de los suelos arables del mundo han sido abandonados debido a la erosión severa. Hoy se pierden suelos en el mundo a tasas de 13 a 80 veces más rápidas de los que se forman. La naturaleza requiere de 500 años para formar una capa de 25 mm de suelos agrícolas y cerca de 1,000 años para generar la misma cantidad de suelos forestales.

El hidrosistema fluvial

Los ríos almacenan de un modo permanente alrededor de 1,120 millones de km3 del agua de la Tierra, lo que sólo representa 0.0002 del porcentaje total y el 0.006 de las aguas dulces. Sin embargo, por su distribución en el 50% de la superficie terrestre, por sus altas tasas de renovación y por sus servicios ambientales, los ríos son eslabones cruciales del ciclo hidrológico.

Todos los ríos derivan sus flujos de la precipitación. Pero la variabilidad en intensidad, temporalidad y duración de la precipitación, y los efectos de la evapotranspiración de las plantas sobre el ciclo hidrológico se combinan para crear patrones de flujos locales y regionales en una cuenca. El régimen natural de flujos de un río es el resultado de la interacción de diferentes flujos: atmosféricos, superficiales y subterráneos. Procesos geomorfológicos y ecológicos se combinan en los paisajes fluviales de una cuenca para proveer a un hidrosistema de diferentes niveles de flujos. El flujo que sostiene a la vegetación fluvial y que forma su canal básico proviene de recargas superficiales y, en una proporción alta, de descargas subterráneas. Pequeños flujos anuales se encargan de transportar sedimentos finos y de crear hábitats para la biota del río. Flujos intermedios inundan la planicie en temporadas de lluvias y contribuyen al establecimiento de especies pioneras a lo largo y ancho del corredor fluvial. Grandes flujos que se presentan en décadas y son responsables de los procesos constructivos, forman las terrazas aluviales.

Hynes (citado en Poole 2002) fue el primero en plantear la importancia de una perspectiva de paisaje para comprender como un todo, como un solo sistema, la estructura y función de un sistema fluvial y su cuenca de drenaje. Hynes planteó que los ríos son las manifestaciones de los paisajes que ellos drenan. Son los controles ecológicos a nivel de cuenca, los que influyen y determinan las características básicas de los ambientes fluviales. Afirmó: “... en todos sus aspectos, los ríos son gobernados por sus valles. Sus rocas dominan la disponibilidad de iones, de suelos, de arcillas, e incluso de pendientes. Las partículas de nitratos y fosfatos controlan la descomposición de la materia orgánica, y por lo tanto están ligados de un modo directo a la cadena alimenticia… Estas interrelaciones… ponen en claro que cada río es probablemente un ente individual y no es realmente fácilmente clasificable (citado por Poole 2002). Según Hynes, la energía generada por las descargas de los ríos interactúa con la topografía para erosionar suelos, redistribuir el aluvión y regular la cobertura vegetal y, de este modo, modificar los paisajes en el tiempo y en el espacio (Stanford 1998: 402).

Esta visión hynesiana de los ríos y sus cuencas de drenaje, puso las bases para la comprensión de los ríos como ecosistemas y para el análisis de las vinculaciones entre ecosistemas fluviales y sus paisajes. Esta liga entre el sistema fluvial y sus paisajes a nivel de cuenca de drenaje, el río y su valle, fue el fundamento del marco conceptual sobre el que se construyó la teoría ecológica de los sistemas fluviales (Poole 2002: 656). Desde esta perspectiva, un río es un hidrosistema dotado de cuatro dimensiones básicas: longitudinal, lateral, vertical y temporal. Cada una de estas dimensiones está integrada por componentes altamente interconectados y acoplados que son el producto de procesos físicos, químicos y biológicos que operan a través de un canal principal y su red de drenaje en una cuenca hidrológica y que definen los procesos y patrones de sus paisajes hidrológicos (Petts y Amoros 1996: 13, Naiman y Bilby 1998).

El sistema fluvial y su red de drenaje están estrechamente ligados a la estructura de su cuenca, la que ejerce una influencia dominante sobre la configuración de sus paisajes terrestres y acuáticos. Es el contexto de la cuenca, su morfología y los procesos físicos que ocurren en ella, la mayor influencia sobre la dinámica de los ecosistemas que la integran.

El hidrosistema y su cuenca asociada juegan un papel fundamental en la regulación y el mantenimiento de la biodiversidad en los paisajes terrestres. Tienen un papel vital en el movimiento de los organismos y de los flujos de energéticos (sedimentos, minerales y materia orgánica) y son los mecanismos de transporte más importantes a través de los paisajes de una cuenca.

Los paisajes fluviales son componentes que expresan la heterogeneidad de los sistemas fluviales y sus cuencas de drenaje. El grado de heterogeneidad en el sistema juega un papel crucial en la determinación de la distribución biótica, el patrón y el funcionamiento biótico de los paisajes de una cuenca hidrológica. Los paisajes representan distintas unidades estructurales y procesos de un sistema fluvial y expresan la distribución, heterogénea en el espacio y el tiempo, de los múltiples bienes y servicios ambientales de los ecosistemas de una cuenca. Esta visión holística que abarca en un todo las aguas superficiales (lóticas y lénticas), las aguas subterráneas (hiporéicas y freáticas) y los corredores fluviales (los ríos y sus planicies de inundación) como componentes interactuantes de los paisajes de una cuenca hidrológica, ha sido crucial para el desarrollo de un marco conceptual de los ríos como hidrosistemas (Ward y Tockner 2001: 807).

Toda la teoría moderna de los ecosistemas fluviales se construyó sobre tres componentes necesarios para diagnosticar y predecir el comportamiento de estos ecosistemas: a) la influencia del escenario contextual de la cuenca en la estructura y función del sistema fluvial y su red de drenaje; b) la influencia de los procesos de perturbación y recuperación sobre el vector de conectividad y la dinámica de los procesos bióticos y c) la influencia de la jerarquía, la escala y la dinámica de los procesos ecológicos sobre el sistema fluvial y su red de drenaje (véase figura 2).

La dimensión longitudinal

Un río puede ser enfocado como un sistema unidireccional que cambia progresivamente de su cabecera a su desembocadura. El gradiente físico y biótico que caracteriza a un río desde las aguas turbulentas de sus montañas hasta las apacibles

de sus planicies bajas, es resultado de una secuencia de estrategias y dinámicas de sus flujos y comunidades bióticas que caracterizan a sus diferentes regiones ecológicas y biogeográficas. Este gradiente ha sido estudiado por ecólogos y biólogos fluviales y es conocido como el concepto de continuum fluvial (Vannote et al. 1980: 131).

El concepto de continuum fluvial propone que la comprensión de las estrategias biológicas de las comunidades vegetales y animales que habitan los sistemas fluviales requiere de la consideración del gradiente de factores físicos integrados por su red de drenaje (Vannote et al. 1980: 132). Los insumos energéticos, y la materia orgánica transportada y almacenada a lo largo de sus flujos y usada por la biota que lo puebla, son regulados en una gran medida por procesos geomorfológicos fluviales. La estructura física del sistema fluvial, acoplada al ciclo hidrológico, forma así un continuum, un mosaico interconectado de paisajes fluviales, que se expresa en patrones consistentes de cargas, transporte y almacenamiento de sedimentos y materia orgánica, a lo largo del sistema. Tales insumos energéticos provienen de tres fuentes: insumos locales de la vegetación terrestre, producción primaria al interior de la corriente fluvial y el transporte de materia orgánica y minerales de las partes altas. La importancia de estas fuentes varía a lo largo del continuum. La organización biológica del sistema se adapta estructural y funcionalmente a los flujos de energía y a los patrones de disipación del sistema físico, lo que permite el almacenaje y la liberación periódica de estos flujos vitales.

La introducción del concepto de continuum fluvial ha sido un avance importante para la comprensión de los ríos como ecosistemas al llamar la atención de la comunidad científica sobre cómo se organiza, estructural y funcionalmente, este ecosistema y cuáles son los mecanismos de flujos de materia y energía que regulan sus productividades y su riqueza biótica así como sus relaciones con su medio ambiente geomorfológico, a lo largo de su recorrido.

Alrededor del análisis de los procesos longitudinales surgieron otras contribuciones importantes de la ecología y la biología fluvial que profundizaron en la consideración de estos sistemas lóticos o de aguas corrientes como combinaciones interdependientes de paisajes acuáticos y terrestres.

El concepto de discontinuidad serial (Ward y Stanford 1983) vino a complementar el análisis longitudinal para considerar el hecho de que pocos sistemas fluviales mantienen la continuidad de sus flujos a lo largo de todo su curso. La mayoría se encuentran alterados y regulados por procesos naturales y humanos. El concepto de discontinuidad serial plantea la necesidad de extender el marco conceptual para analizar el comportamiento de los ríos regulados.

A partir del reconocimiento del papel fundamental que juega el sistema fluvial en los ciclos biogeoquímicos globales y en el transporte de elementos químicos y materia orgánica de los ambientes terrestres al mar, el concepto de espiral de nutrientes (Newbold 1992) provee un marco conceptual para describir la dinámica espacial y temporal de nutrientes y materia orgánica en los flujos del sistema hidrológico. La biota toma nutrientes de los flujos del sistema pero también regenera nutrientes al agua, influyendo sobre sus formas físicas y químicas y la temporalidad de sus transportes. Ambos, ciclaje y transporte, constituyen procesos simultáneos que caracterizan a la dinámica del ciclo de nutrientes en el sistema fluvial.

El transporte es claramente un componente importante de los ciclos biogeoquímicos. Como consecuencia de la direccionalidad de los flujos de los sistemas fluviales, de las zonas montañosas hacia el mar, un ciclo completo no se realiza en el mismo espacio, esto es, no se completa en su mismo lugar de inicio, sino que culmina en otro lugar del río debido a la dinámica del flujo, por lo tanto se lleva a cabo, en forma de espiral y no circular. Dos cualidades importantes del ciclaje de nutrientes en sistemas dinámicos se toman en cuenta gracias a este concepto: la conectividad longitudinal de los ríos y sus corredores y la distancia longitudinal asociada con el ciclo (McClain et al. 1998: 350).

La dimensión lateral

Otro patrón común en el comportamiento de un hidrosistema incluye la interconexión entre el canal principal, su planicie adyacente, o planicie baja, sujeta a reflujos frecuentes; su planicie alta, construida en procesos sedimentarios de mayor escala temporal (100 a 500 años) que son raramente inundadas, salvo en situaciones extraordinarias; terrazas aluviales que son formaciones laterales construidas por acarreos sedimentarios y retiros de los flujos en grandes escalas de tiempo, y las zonas de valles altos, en la parte superior de la planicie, en la zona de transición con la cabecera de la cuenca.

El tamaño de estos componentes laterales puede variar sustancialmente de río a río y de cuenca a cuenca. Incorpora formas terrestres tales como bosques y selvas bajas, praderas, y a menudo, áreas modificadas por actividades humanas. Todas tienen, sin embargo, un atributo común: son distinguibles por su alta conexión estructural y funcional con el canal principal.

Esta estructura lateral afecta el movimiento del agua, materiales, energía y organismos desde las áreas altas hasta el canal principal. Tres componentes mayores de esta dimensión lateral son reconocibles y estudiadas por la ecología fluvial: el canal principal, donde fluye el agua al menos durante una parte del año; la planicie de inundación, un área altamente variable a ambos lados del canal principal que es inundada por flujos de agua con intervalos que van de raros a frecuentes; y la franja de transición entre la cuenca alta y la cuenca baja, una parte de la zona alta sobre el lado terrestre de la planicie y el paisaje circundante.

Del estudio de su dimensión lateral emergieron los conceptos de corredor fluvial y pulsos fluviales para valorar la integridad, la conectividad de los sistemas fluviales.

El corredor y los pulsos fluviales

El corredor fluvial es el más diverso, dinámico y complejo paisaje sobre la porción terrestre de nuestro planeta (Naiman et al. 1993: 209). Como zona de transición entre sistemas acuáticos y terrestres el corredor fluvial es un mosaico inusualmente diverso de geoformas, comunidades bióticas y ambientes del gran paisaje fluvial, es el corazón de una cuenca de drenaje y, como tal, es el órgano más sensible a los cambios ambientales de la cuenca.

El conocimiento de la estructura y las funciones del corredor fluvial y sus aportaciones a los servicios ambientales y el mantenimiento de la biodiversidad de una cuenca hidrológica están ligados a una perspectiva de conectividad entre los paisajes de una cuenca (Naiman et al. 1993: 210).

El corredor fluvial obedece a pulsos estacionales de los flujos del canal fluvial que le permiten crear un complejo rango de mosaicos paisajísticos, con escalas espaciales que a menudo poseen gradientes muy amplios, de varios kilómetros, a lo ancho del canal principal.

El concepto de pulso fluvial profundizó en la naturaleza de las interacciones dinámicas de los paisajes terrestres y acuáticos del corredor fluvial y sobre las estrategias de las comunidades vegetales y animales para aprovecharlas. Este concepto identifica los avances y las retracciones predecibles a los lados del canal principal de un río y es el agente físico más importante en términos de las adaptaciones de la biota en la dimensión lateral de un sistema fluvial. Es un proceso típicamente anual y sus principales agentes asociados son la vegetación, los nutrientes, los detritos y los sedimentos.

Este concepto demuestra cómo los procesos de flujos, vegetación y fauna interactúan en todas partes del corredor fluvial. Las planicies sirven como áreas vitales de crecimiento de comunidades vegetales que soportan las especies acuáticas y terrestres. Los flujos proveen a las planicies del corredor con sedimentos, nutrientes y hábitats para numerosas comunidades de invertebrados, anfibios, reptiles y peces.

La dimensión vertical

Un hidrosistema evoluciona con sus componentes estrechamente interconectados: aguas atmósfericas, superficiales y subterráneas que intercambian en distintas escalas temporales y especiales, agua, sustancias químicas, minerales así como organismos.

La compleja liga entre aguas atmosféricas, aguas superficiales y aguas subterráneas está determinada por el clima y la estructura geológica de una cuenca de drenaje, los flujos de energía y nutrientes que atraviesan el continuum geohidráulico y los organismos que los habitan.

En una macroescala, los procesos hidrológicos y geomorfológicos en una cuenca determinan las propiedades y distribución de las aguas superficiales y los acuíferos. El medio ambiente superficial, representado por las formas terrestres, su cobertura vegetal y sus sistemas hidrológicos superficiales (ríos y lagos), ejercen también un control primario sobre los flujos de un hidrosistema. Los sistemas de aguas subterráneas (los flujos y sus acuíferos) reciben desde la atmósfera y la superficie, pulsos climáticos y materia orgánica que son elementos esenciales para la evolución de la vida en la Tierra (Guibert et al. 1994:18).

Una mesoescala comprende procesos controlados por la dinámica hidrológica, los flujos de materiales y energía y los efectos de las actividades humanas. A este nivel, los acuíferos son influidos por diferentes tipos de perturbaciones naturales, flujos, sequías e inundaciones y por procesos de sedimentación y erosión. A esta escala los efectos de las actividades antropogénicas suelen ser importantes por la sobreexplotación de los acuíferos para satisfacer necesidades humanas directas (agua potable) e indirectas (irrigación e industriales). Los efectos tienen que ver con el agotamiento y la contaminación de acuíferos; la eutrofización, la obstrucción de intersticios, la alteración de la productividad y la pérdida de resiliencia de los ecosistemas.

Y a una microescala comprende eventos que ocurren en periodos anuales y a escalas espaciales de poros, fisuras y canales. Los eventos aquí se presentan a nivel de los ciclos hidrológicos anuales.

La zona hiporéica

La zona hiporéica de un sistema fluvial está formada por el volumen de sedimentos saturados debajo y a los lados de las corrientes de un río donde se mezclan las aguas subterráneas y superficiales. Es un hoyo caliente de diversidad biológica de un ecosistema fluvial que contiene gradientes físicos y químicos de alta intensidad. Por esta razón, la zona hiporéica ha sido reconocida como un componente crítico de los paisajes fluviales (Edwards 1998: 399). Sus procesos biogeoquímicos tienen una enorme influencia sobre la calidad de las aguas superficiales de un río y se ha demostrado que ejercen una influencia decisiva en la transferencia de algunos nutrientes como compuestos nitrogenados y ortofosfatos entre los paisajes del hidrosistema fluvial. Retiene y procesa solutos más eficientemente que las áreas al margen de ella. Contiene una abundante diversidad faunística que muy a menudo es dominante en el sistema. Y sus diferentes hábitats mantienen organismos de los que dependen las habilidades de descomposición y eliminación de desechos orgánicos de un río.

Por estas razones, en un marco conceptual que se proponga ligar los componentes del continuum hidrológico a nivel de los paisajes de un hidrosistema fluvial, la consideración de la zona hiporéica plantea algunas cuestiones clave. Hidrológicamente, los flujos de aguas superficiales y subterráneas se encuentran estrechamente interconectados. Los ecosistemas de aguas subterráneas dependen de transferencias energéticas de las aguas superficiales en la forma de materia orgánica disuelta y particulada y, a la inversa, las aguas superficiales reciben considerables insumos de nutrientes de sus acuíferos y flujos subterráneos. Este hecho ha diluido prácticamente las fronteras entre aguas superficiales y subterráneas en la comprensión del continuum hidrológico de un paisaje. Este concepto ha sido por ello decisivo en la integración de los paisajes del sistema fluvial, especialmente entre los conformados por el río y sus planicies de inundación (Brunke y Gonder 1997: 2).

La dimensión de los procesos de intercambio entre sistemas fluviales y aguas subterráneas está determinada por factores geológicos y antropogénicos que contribuyen a la génesis de los paisajes de una cuenca: hidrología, geomorfología y clima. El régimen de aguas superficiales y subsuperficiales está determinado por la precipitación, la evapotranspiración, el relieve, el suelo, el sustrato geológico y los patrones de cobertura vegetal y usos del suelo.

Hoy se sabe que las prácticas de manejo del agua y los usos del suelo pueden afectar los procesos que ocurren en su zona hiporéica. Fluctuaciones en las descargas del hidrosistema causadas por la generación de hidroelectricidad alteran las mezclas de aguas superficiales y subterráneas en la zona hiporéica, causando severos impactos sobre la biota que depende de ella. Comprender la importancia y el papel de este ecotono se encuentra entre las fronteras de la planificación de los paisajes fluviales.

La dimensión temporal

La estructura y funciones de un hidrosistema se encuentran bajo la influencia de diferentes factores biofísicos y humanos que lo mantienen en un estado de cambio permanente en diferentes escalas de tiempo. Los ríos, en efecto, están sometidos a intensos cambios diarios y estacionales en sus características fisicoquímicas y bióticas. Eventos climáticos extraordinarios, como los ocurridos con los deshielos del Pleistoceno, o como El Niño, en nuestros días, o eventos catastróficos como erupciones volcánicas, deslaves o tormentas tropicales, son también agentes de variación en los procesos de un sistema fluvial. Por ello, la cuarta dimensión, el tiempo, es de gran importancia para la estructura y función de sus paisajes (Towsend y Riley 1999: 394).

Sobre el tiempo geológico la configuración de los canales del hidrosistema fluvial y su cuenca de drenaje responden a los acontecimientos tectónicos, a los procesos erosivos en el paisaje y a los cambios climáticos. En el tiempo histórico, el río y su red de drenaje, responden a las descargas de los sedimentos provenientes de los usos del suelo, y de eventos extraordinarios como los deslizamientos y las inundaciones.

Los cambios en la temporalidad de los flujos del hidrosistema fluvial pueden ser suficientes para causar grandes alteraciones ambientales. Estas modificaciones en la escala temporal producen efectos negativos sobre los patrones de reproducción y alimentación de especies acuáticas y terrestres. Las áreas de abrigo de huevos y larvas se ven modificadas y alteradas. Las áreas de alimentación de anfibios, cocodrilos y aves dejan con frecuencia de cumplir sus funciones vitales. Patrones de movimientos de la población de herbívoros, estrechamente ligados a los patrones de flujos se ven profundamente modificados. La producción de biomasa del río depende en un alto grado de su acople y desacople estacional con sus corredores fluviales, sus planicies de inundación y otras áreas adyacentes. Humedales fluviales, deltas y estuarios dejan, así, de cumplir sus funciones de transferencias energéticas y de producción de alimentos.

Otros efectos de estos cambios en la temporalidad de los flujos pueden ser igualmente dramáticos. Algunas especies de plantas dependen de condiciones específicas y de tiempos determinados para su crecimiento y reproducción: los cambios en la temporalidad de los flujos controlan enteramente estos procesos. Para las especies perennes del corredor fluvial las inundaciones periódicas son generalmente críticas. Cambios en la frecuencia de los flujos tienen efectos drásticos sobre la estructura de las edades de las poblaciones y sobre los procesos sucesionales. En ambos casos, los resultados se traducen en la simplificación de comunidades de alta diversidad. La reducción o la eliminación de los flujos máximos es también otro efecto catastrófico para las especies de las planicies de inundación, cuya diversidad se ve dramáticamente reducida a sólo especies tolerantes a las faltas de las descargas periódicas de nutrientes, lo que implica también una simplificación de la cobertura vegetal. Pero los cambios de los flujos mínimos también ponen en peligro la supervivencia de las especies del corredor fluvial. La eliminación o el incremento de los períodos de estos flujos determinan la intensidad del estrés de múltiples comunidades vegetales, la dispersión y el tiempo de reproducción y maduración de las plantas (Naiman et al. 1998a: 316). De aquí que a diferentes escalas, espacial y temporal, se han revelado aspectos cruciales para conocer y planificar la diversidad biológica, paisajística y cultural de un sistema fluvial y para conocer las interacciones entre los ríos y sus cuencas (Bocco 1998: 55).

La cuestión de la escala

Este enfoque desde la ecología de los sistemas fluviales pone de relieve la importancia crucial de tomar en cuenta el hecho clave de que los procesos físicos y ecológicos cruzan diferentes escalas espaciales y temporales, desde los microhabitats fluviales hasta la cuenca completa. Y, por otra parte, que las actividades antropogénicas a escala de los paisajes de la cuenca, tienen profundas consecuencias para la salud y la conectividad de los ecosistemas fluviales.

La planificación requiere entonces de una comprensión fina de la complejidad de estos procesos multiescalares. Esta cuestión plantea la necesidad de la construcción de modelos conceptuales capaces de entender cómo procesos físicos interactúan a diferentes escalas para influenciar procesos bióticos. Para el planificador se trata de tener la flexibilidad de pensar y recolectar su información a diferentes escalas e identificar cuál es la escala relevante (Fausch et al. 2002: 491).

La ecología de los paisajes ofrece al planificador una perspectiva para integrar procesos ecológicos y complejidad espacial a diferentes escalas. Ella analiza los efectos recíprocos de patrones espaciales sobre procesos ecológicos a la escala de paisajes fluviales en los contextos de una cuenca. Con ello, pone el acento en dos cuestiones clave: la interrelación entre la más fina resolución espacial o temporal (microhábitat) y el tamaño de la región entera bajo estudio (la cuenca), y en el hecho de que algunos procesos ecológicos críticos operan primariamente a nivel de paisajes.

Los ecólogos del paisaje han reconocido e iluminado así, el hecho crucial de que los sistemas fluviales son profundamente influenciados por los paisajes de las cuencas por las que fluyen y viceversa.

Las aguas subterráneas

Las complejas ligas entre aguas superficiales y subterráneas: el papel de los procesos geológicos, del clima al interior de las cuencas hidrológicas, de los organismos que pueblan el continuum hidráulico subterráneo y de la naturaleza de los intercambios de energía y materia entre aguas superficiales y subterráneas, son campos relativamente nuevos del conocimiento científico. Tales investigaciones, sin embargo, empiezan a dar cuenta de procesos complejos de transformaciones energéticas que son vitales para el mantenimiento de la resiliencia de la biosfera (Guibert et al. 1994: 1).

Las aguas subterráneas representan sólo un pequeño porcentaje del agua total de la Tierra, alrededor de 1.7% (unos 23,400 km3). De este volumen total de aguas subterráneas, 54% son salinas (12,870, km3) y 46% son aguas dulces (10,530 km3). Este volumen de aguas dulces subterráneas constituyen 30.1% del total de las aguas dulces del planeta, pero no toda está disponible porque la mayor parte (alrededor del 60%) se encuentra en acuíferos profundos. El restante 40% (unos 4,168 km3) corresponde a las aguas disponibles en acuíferos someros. Este volumen, sin embargo, es más de 30 veces la cantidad  de agua dulce almacenadas en los lagos y más de 300 veces las que corren por los ríos del mundo en cualquier estación del año.

Las aguas subterráneas tienen su origen en la precipitación y dependen del clima local y de las características del sustrato geológico. Cuando la lluvia se precipita sobre la Tierra, una parte se evapora, alguna se transpira por las plantas, otra fluye sobre la superficie y es colectada por la red hidrológica y otra más se infiltra por atracción molecular en los poros o las grietas del suelo y del sustrato rocoso.

Las aguas subterráneas ocurren en dos zonas diferentes: una se encuentra inmediatamente bajo el suelo y se le conoce como zona no saturada, cuya importancia ecológica e hidrológica es crucial. Se divide en tres partes: la zona del suelo, una zona intermedia y la parte superior de la franja capilar. La parte del suelo se extiende desde la superficie a un máximo de uno o dos metros. Esta zona sostiene el crecimiento de las plantas, la entrecruzan las raíces, es el hábitat de los abundantes organismos del suelo, el lugar donde se lleva a cabo la descomposición de materias vegetales y, con frecuencia, la madriguera de numerosos animales. Su porosidad y permeabilidad es alta. Hacia abajo se encuentra una parte intermedia que varía de acuerdo con el espesor y la profundidad de la franja capilar. Después de que los requerimientos de agua de las plantas y el suelo se han satisfecho, el exceso se infiltra por percolación hasta alcanzar la zona saturada. Allí y hacia abajo, todos los poros de las rocas se recargan de agua. La zona saturada es propiamente la que se conoce como acuífero subterráneo. Y sus flujos se encuentran directamente ligados con el ciclo hidrológico.

La cantidad de agua que se recargará depende en gran medida de los volúmenes de precipitación y de la porosidad de las rocas del acuífero. Un acuífero en un área de baja precipitación y poca porosidad, puede vaciarse rápidamente y requerirá de cientos y hasta miles de años para rellenarse, debido a su lenta tasa de recarga. A la inversa, un acuífero situado en un área de alta precipitación, con suelos arenosos y un sustrato rocoso de alta porosidad, podrá recargarse en una sola temporada de precipitaciones altas.

Integran finalmente el sistema de aguas subterráneas los acuíferos confinados que se encuentran en las capas profundas de la corteza terrestre y que constituyen aguas fósiles almacenadas durante miles de años en estas zonas y cuya estabilidad es muy grande y su movilidad prácticamente nula. Hidráulicamente, un sistema de esta naturaleza tiene dos funciones principales: es un gran almacén de agua en todos sus poros y un mecanismo transportador de agua a través de sus flujos de las áreas de recarga a las zonas de descarga. El movimiento del agua o sus tasas de flujo de las zonas de recarga a las de descarga dependen de la conductividad hidráulica de los acuíferos y lechos de confinamiento. Ambas zonas, de recarga y descarga, han constituido la preocupación central de la hidrogeomorfología en los años recientes.

Los acuíferos se recargan por la filtración del agua de las lluvias que llega a la superficie del suelo, pero son factores geológicos, meteorológicos, topográficos y humanos los que determinan la extensión y la tasa de sus recargas. El nivel del acuífero puede cambiar naturalmente por las variaciones en los ciclos de lluvias y en los patrones de precipitación y de flujos, por alteraciones en las estructuras geológicas, o por perturbaciones antropogénicas, como el bombeo intensivo, la pavimentación de grandes superficies o la construcción de obras de infraestructura, como las autopistas. Sin duda el mayor factor de alteración humana es el causado por los pozos. Si la extracción de agua supera a las tasas de recarga, se forma un cono de depresión que altera el tirante del acuífero o la tabla de agua (la frontera superior de la zona saturada) en torno del pozo. Dependiendo de las condiciones geológicas e hidrológicas del acuífero, el nivel del agua puede descender cientos de metros y no recuperarse en muchos años.

Los paisajes de una cuenca ofrecen indicios de la ocurrencia de acuíferos someros y aprovechables. Bajo los valles se encuentran las condiciones más favorables para la existencia de estos acuíferos más aún que en los subsuelos montañosos. En algunas regiones áridas ciertos tipos de vegetación son un indicador de la presencia de mantos acuíferos. Algunas áreas ocupadas por humedales también suele ser un indicador favorable aunque no necesariamente reflejan la existencia de grandes mantos con calidades aceptables. La configuración del sustrato rocoso es el indicio más valioso de todos. Algunas rocas sedimentarias pueden extenderse varios miles de kilómetros como acuíferos de permeabilidad bastante uniforme. Otros tipos de rocas pueden ofrecer fracturas que contengan grandes montos de agua.

El ambiente geohidrológico de una cuenca hidrológica permite integrar parámetros morfológicos, geológicos y climáticos para determinar los principales atributos del régimen de flujos subterráneos en una cuenca. Desde esta perspectiva, los seis principales atributos o parámetros de un sistema de aguas subterráneas son: 1) el contenido de agua en las rocas; 2) la geometría de los sistemas de flujos; 3) los volúmenes específicos de las descargas; 4) la composición química de las aguas; 5) la temperatura; 6) las variaciones de todos los parámetros con respecto al tiempo (Tóth 1970, 1999: 8).

Estos atributos están controlados por tres características del ambiente geohidrológico: la topografía, la geología y el clima. La topografía determina el monto de energía disponible al agua para su movimiento en cualquier punto dado de una cuenca de drenaje. La geología provee al ambiente hidrogeológico del sistema conductor del agua, controlando sus montos, tasas y patrones de flujos, así como la distribución y montos del agua almacenada en sus acuíferos. Además, la geología determina los constituyentes químicos de los flujos subterráneos. Los factores climatológicos determinan los montos de la oferta de agua de cualquier cuenca hidrológica.

Los trabajos de Tóth (1963 y 1999) han sido decisivos para la compresión de las funciones de las zonas de recarga y descarga de un sistema de aguas subterráneas y de sus flujos de agua en una cuenca hidrológica. A partir de la definición de una cuenca como una porción de la superficie terrestre bordeada por una topografía alta, con laderas que las unen a sus partes bajas a través de corrientes de agua superficiales y/o ríos de órdenes relativamente bajos, Tóth se propuso analizar la influencia de esta geometría de la cuenca sobre los patrones de flujos subterráneos. Su marco teórico distinguió tres tipos de flujos subterráneos en una cuenca: locales, intermedios y regionales. Un sistema local tiene su área de recarga y descarga en las zonas topográficamente altas de la cuenca. Un sistema intermedio tiene sus zonas de recarga y descarga en la zona media entre las partes más altas y más bajas de la cuenca. Y un sistema regional tiene sus zonas de recarga en las partes más altas de la cuenca y sus zonas de descarga en las partes más bajas de su valle o zona de almacenamiento.

Estas zonalidades están determinadas por dos características de la topografía de la cuenca: el relieve y la pendiente. Incrementos en el relieve y la precipitación tenderán a aumentar la cantidad y la intensidad de los flujos. Si la topografía tiene un relieve bien definido se originarán sistemas de flujos locales. Si el relieve y la pendiente son suaves, los flujos serán lentos y no se desarrollarán flujos locales ni regionales. Si el relieve local es insignificante y hay una sola pendiente general, se desarrollará un sistema de flujo regional.

Sólo una pequeña porción del monto total de agua de los acuíferos de una cuenca participa en el ciclo hidrológico. En cuencas con acuíferos profundos, esta proporción es aún más pequeña. La mayor parte de los flujos subterráneos en una cuenca ocurren en las áreas de carga y de descarga de sus sistemas locales. Cerca del 90% de la recarga total de agua nunca penetra más allá de los 100 metros. Los flujos subterráneos están sometidos a la influencia directa de los procesos climáticos que caracterizan a las diferentes zonas topográficas de una cuenca. La topografía y el clima resultan factores críticos en el comportamiento de los sistemas de flujos subterráneos en una cuenca hidrológica.

Estos conocimientos establecieron las bases que años más tarde permitirán considerar a los sistemas de flujos de aguas subterráneas como un agente geológico activo con una alta capacidad de interacción física, química y cinética con los otros componentes de su ambiente hidrogeológico.

A partir de este marco conceptual, se ha profundizado en las investigaciones en torno a la agencia geológica y ecológica de los flujos subterráneos sobre el ambiente hidrogeológico de una cuenca (Gibert et al. 1994: 7).

Hablando en términos ecológicos, estos ambientes hidrológicos se caracterizan por una oscuridad permanente, por la carencia de cualquier tipo de vegetación y por una reducida variedad de hábitats, que sin embargo almacenan una notable biota que ha sido hasta ahora ignorada en los cálculos de la biodiversidad de la Tierra (Gibert et al. 1994: 9). Los organismos que los pueblan se encuentran muy adaptados a estas condiciones de oscuridad, con fuentes energéticas limitadas e importadas de las capas subsuperficiales y superficiales de la cobertura terrestre, de las que reciben pulsos climáticos y materia orgánica que son esenciales para su existencia. Dado que no dependen de la fotosíntesis, estos mecanismos de importación energética son cruciales para la existencia de esta biota subterránea. Por estas circunstancias las zonas de transición o ecotonos entre aguas superficiales y subterráneas son reconocidas como de una enorme importancia ambiental. De hecho, estos ecotonos controlan el metabolismo de las aguas subterráneas porque funcionan como sumideros de sustancias orgánicas e inorgánicas provenientes de la superficie, y como filtros y áreas de amortiguamiento que contribuyen a mantener la calidad de las aguas subterráneas de una cuenca hidrológica.