updated 10:44 PM CEST, Sep 29, 2016

Agua bajo la superficie

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aguas subterráneas

Los ríos solo aportan la quinta parte del agua de los océanos

El agua del océano se está intercambiando con el agua subterránea en cantidades prodigiosas

Si piensas que los ríos son los que mandan las precipitaciones terrestres de nuevo a los océanos, no sabes ni la mitad. Y esa fracción sigue disminuyendo. Según una nueva investigación podría ser que sólo una quinta parte del agua que fluye de los continentes en el Atlántico y el Indo-Pacífico fluye a través de canales terrestres de agua. Y del mismo modo sorprendente, una gran cantidad fluye hacia la tierra desde el océano.

El profesor Willard Moore de la Universidad de Carolina del Sur es parte de un equipo internacional que estimó recientemente que la cantidad de agua que fluye en los océanos no proviene de la superficie de ríos, riachuelos y arroyos, sino que en lugar lo hace por lo que él ha denominado "ría subterránea". Por dos décadas, Moore ha llamado la atención sobre el flujo que a menudo se pasa por alto y el intercambio de los océanos y las aguas subterráneas en las capas permeables de rocas y sedimentos, un proceso que se produce tanto cerca de la costa y que se extiende fuera de la plataforma continental. Pero las raíces de su trabajo en el campo se remontan aún más lejos en su carrera científica de 50 años.

El desarrollo de las herramientas de trabajo

Poco después de obtener un doctorado en la Universidad Estatal de Nueva York en Stony Brook, Moore comenzó a trabajar a principios de 1970 como un civil en la Oficina Oceanográfica Naval, entonces ubicada en Maryland. La tarea fue estudiar los procesos oceánicos profundos, y una de las mejores herramientas para hacer eso era medir las cantidades de ciertos elementos radiactivos naturales disueltos en el agua de mar en diferentes localizaciones y profundidades.

Willard Moore"Hay un poco de uranio y torio en todas las rocas y, al decaer, producen toda una serie de diferentes elementos, que en sí son radiactivos", dice Moore. "Así una roca se encuentra en el agua de mar y el uranio se desintegra al torio y luego decae al radio. Pues bien, el radio es mucho más soluble que los otros componentes, por lo que puede entrar en solución en el agua de mar. Hay muy pocas maneras de eliminarlo de forma natural, excepto por la desintegración radiactiva".

Moore compara el radio que se disuelve a partir de una roca a un colorante que pierde lentamente su intensidad con el tiempo. La vida media del radio establece lo rápido que el "tinte" pierde intensidad, y midiendo las concentraciones de radio que disminuyen al aumentar la distancia desde el fondo del mar - la fuente de rocas - un científico puede llegar a un modelo de cómo está fluyendo el agua y su mezcla.

Sin embargo, Una deficiencia importante en el momento fue lo laborioso que era recoger datos. Los elementos radioactivos están presentes en muy pequeñas concentraciones en el agua de mar.

"Solía pasar que necesitasemos alrededor de 600 a 800 litros de agua", que asciende a más de 200 galones para un único punto de datos, dice Moore. "Fue una serie que requiere mucho tiempo de procesos químicos, y decidí desde el principio que si íbamos a usar el radio para entender el océano, teníamos que tener una mejor manera de extraerlo".

Desde el lago Oneida al mar

Moore puso en marcha un nuevo método después de darle vueltas a algunas observaciones dispares. Algunos colegas habían llegado a un medio mucho más eficiente para la extracción de un isótopo radiactivo diferente, el silicio-32, mediante el recubrimiento de una fibra acrílica con un compuesto de hierro y luego exponiéndolo al agua de mar que fluye. El sílice (que contiene silicio-32) en el agua se adsorbe sobre la fibra concentrando eficazmente el radionúclido en un área mucho más pequeña (a saber, en la superficie de la fibra en lugar de dispersarse en muchos galones de agua).

El recubrimiento de hierro sobre la fibra no recogió el radio, pero Moore encontró algo que hizo mientras trabajaba en un pequeño proyecto paralelo. Estaba tratando de entender el crecimiento de una especie característica de la formación rocosa que se encuentra en ciertos lugares en el fondo del Lago Oneida, un lago de agua dulce de origen glacial en el centro de Nueva York. La formación se llama un nódulo de manganeso, que tiene capas alternas ricas en óxidos de manganeso y hierro.

En el curso de esa investigación encontró que los nódulos eran ricos en radio, así que lo puso la idea de que el dióxido de manganeso tal vez podría ser utilizado para extraer el radio a partir de agua de mar.

"Yo recuerdo muy bien cuando vi los primeros recuentos de radio en el nódulo. Entré en el laboratorio, mezclé una solución de manganeso, y la puse en la fibra", dice Moore. "Estaba viviendo en la Bahía de Chesapeake y tenía un velero, así que salí lo remolqué a través de la bahía, regresé y fue cargado con radio. Es sólo un ejemplo de cómo si tienes varios hierros en el fuego todos ellos no se calientan al mismo tiempo, pero a veces uno encenderá a otro".

distribución aguas subterráneas

Poniendo las herramientas para trabajar

Moore se unió a la facultad de Carolina en 1976 con un medio fácil de determinar la concentración de radio en el agua de mar, y amplió su repertorio de investigación en alta mar que caracteriza su trabajo con la Armada para estudios más cercanos a la costa. Una meta primaria en Carolina del Sur era comprender los procesos de intercambio entre los sedimentos superficiales de agua y en los estuarios cerca de la costa.

Gran parte de los primeros trabajos con el radio, sin embargo, levantaron todo tipo de preguntas, dice Moore. Los gradientes que estaban viendo simplemente no tenían sentido, pero en retrospectiva fue porque estaba muy lejos un supuesto básico.

En el momento, se pensaba generalmente que el flujo de las aguas subterráneas en el océano era insignificante, tal vez de un 3 por ciento a un 5 por ciento del caudal del río, dice Moore. El avance se produjo cuando uno de sus colegas sugirió que el flujo de agua subterránea salada tiene un tamaño considerable y debe ser responsable de sus observaciones.

Midieron el radio en pozos interiores, encontrando que el agua subterránea dulce no tenía casi ninguno, pero que el agua subterránea salada se cargó con él. La ineludible conclusión: el agua del océano se está intercambiando con el agua subterránea en cantidades prodigiosas, y estaba ocurriendo bajo tierra.

"La acción fue en los sedimentos permeables subterráneos. Esta idea comenzó de que los continentes estaban conectados con el océano no sólo por procesos fluviales, sino por procesos de submarinos", dice Moore. "Se me ocurrió el término ría subterránea. Así como el estuario de la superficie, que es la región entre la costa y el océano donde el agua dulce está entrando en un lado y el agua de mar está entrando en el otro lado, se están mezclando, y después de algunas reacciones químicas, el agua es expulsada nuevo en el océano".

Moore fue parte de un equipo internacional que ha desarrollado un modelo cuantitativo para la descarga submarina de aguas subterráneas a través de la mayor parte del mundo, y publicó un artículo en la revista Geophysical Research Letters que muestra que la cantidad de flujo de agua subterránea en los océanos Atlántico e Indo-Pacífico es de tres a cuatro veces mayor que la de todos los ríos combinados. Quizás aún más importante es la conclusión de que la mayor parte del flujo de nutrientes terrestres es subterráneo.

"Si usted pone una gran cantidad de nutrientes en el océano, se aumenta la productividad primaria. Usted hace un montón de algas, que pueden ser buenas, pero un exceso de algas sedimentadas al descomponerse utilizan el oxígeno del agua del fondo", dice Moore. "Lo llamamos hipoxia, donde el oxígeno es tan bajo que los peces no pueden respirar. Así, la productividad es un delicado equilibrio.

"En la actualidad, en la mayoría de las estimaciones de cómo entran en el agua los nutrientes, se cree que pueden venir desde ríos, manantiales, arroyos - cosas que usted puede ver - o de la contaminación de fuente puntuales, alcantarillado, tuberías de drenaje de los campos de golf. Pero la gente no ha considerado la cantidad viene de la ría subterránea. Todo lo que está pasando es un proceso biogeoquímico en el que la gente no ha pensado realmente mucho".

Aprender más

Para ayudar a sostener la investigación de Willard Moore en el Departamento de Ciencias de la Facultad de Artes y Ciencias de la Tierra y del Océano, visita Carolina’s Promise.

La investigación de Moore es financiada principalmente por la Fundación Nacional de Ciencia a través de GEOTRACES, un proyecto internacional que está mapeando la distribución de los elementos para trazar los isótopos en los océanos del mundo y tratar de comprender los procesos responsables de estas distribuciones. La financiación adicional es del programa de Hidrología de la NSF.

Artículo científico: Global estimate of submarine groundwater discharge based on an observationally constrained radium isotope model