El agua

Table of contents :
PRÓLOGO A LA EDICIÓN REVISADA......Page 6
PRELUDIO......Page 10
I. El agua, ¿qué cosa es?......Page 11
II. El agua en nuestro planeta......Page 33
III. El consumo urbano del agua......Page 62
IV. Los problemas del agua......Page 93
V. El agua fuera de nuestro planeta......Page 118
CONCLUSIÓN: LO QUE SE QUEDA EN EL TINTERO......Page 124
AGRADECIMIENTOS......Page 126
CRÉDITOS DE FIGURAS......Page 127
ÍNDICE......Page 128

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El agua Manuel Guerrero

Primera edición (La Ciencia desde México), 1991 Segunda edición (La Ciencia para Todos), 1998 Tercera edición, 2001 Cuarta edición, 2003 Quinta edición, 2006 Tercera reimpresión, 2012 Primera edición electrónica, 2012

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La Ciencia para Todos Desde el nacimiento de la colección de divulgación científica del Fondo de Cultura Económica en 1986, ésta ha mantenido un ritmo siempre ascendente que ha superado las aspiraciones de las personas e instituciones que la hicieron posible. Los científicos siempre han aportado material, con lo que han sumado a su trabajo la incursión en un campo nuevo: escribir de modo que los temas más complejos y casi inaccesibles puedan ser entendidos por los estudiantes y los lectores sin formación científica. A los diez años de este fructífero trabajo se dio un paso adelante, que consistió en abrir la colección a los creadores de la ciencia que se piensa y crea en todos los ámbitos de la lengua española—y ahora también del portugués—, razón por la cual tomó el nombre de La Ciencia para Todos. Del Río Bravo al Cabo de Hornos y, a través de la mar Océano, a la Península Ibérica, está en marcha un ejército integrado por un vasto número de investigadores, científicos y técnicos, que extienden sus actividades por todos los campos de la ciencia moderna, la cual se encuentra en plena revolución y continuamente va cambiando nuestra forma de pensar y observar cuanto nos rodea. La internacionalización de La Ciencia para Todos no es sólo en extensión sino en profundidad. Es necesario pensar una ciencia en nuestros idiomas que, de acuerdo con nuestra tradición humanista, crezca sin olvidar al hombre, que es, en última instancia, su fin. Y, en consecuencia, su propósito principal es poner el pensamiento científico en manos de nuestros jóvenes, quienes, al llegar su turno, crearán una ciencia que, sin desdeñar a ninguna otra, lleve la impronta de nuestros pueblos.

Comité de Selección Dr. Antonio Alonso Dr. Francisco Bolívar Zapata Dr. Javier Bracho Dr. Juan Luis Cifuentes Dra. Rosalinda Contreras Dra. Julieta Fierro Dr. Jorge Flores Valdés Dr. Juan Ramón de la Fuente Dr. Leopoldo García-Colín Scherer Dr. Adolfo Guzmán Arenas Dr. Gonzalo Halffter Dr. Jaime Martuscelli Dra. Isaura Meza Dr. José Luis Morán López Dr. Héctor Nava Jaimes Dr. Manuel Peimbert Dr. José Antonio de la Peña Dr. Ruy Pérez Tamayo Dr. Julio Rubio Oca Dr. José Sarukhán Dr. Guillermo Soberón Dr. Elías Trabulse

PRÓLOGO A LA EDICIÓN REVISADA

HACE CASI TRECE AÑOS SALIÓ LA P RIMERA EDICIÓN de este libro. Yo no tenía la menor idea de lo que iría a pasar con él; mi más alta expectativa era que se leyeran los 3 000 ejemplares que se tiraron en ese entonces, y eso sería tener muchísimos más lectores de los que jamás habría imaginado. Ha pasado mucho tiempo y el libro fue leído por jóvenes que en aquel entonces eran unos pequeños de pocos años de edad. El concurso Leamos La Ciencia para Todos ha tenido un éxito extraordinario; ahora está presente, además de en México, en Cuba y Colombia, y he visto con gusto cómo El agua ha participado en esos concursos. He recibido los trabajos año con año y en ellos he encontrado la crítica fresca, el señalamiento de aciertos y errores. Varios lectores me señalaron que había sido limitar el alcance de la obra hablar únicamente de los problemas del agua en la Ciudad de México. Otros me han dicho que quedaron muchos temas por tratar. El Fondo de Cultura Económica me ha invitado a dar pláticas sobre el libro en diversos sitios de México y de Colombia. Fueron estas experiencias invaluables en las que he tenido la oportunidad de escuchar de primera mano las inquietudes de los lectores… y me han enfrentado a preguntas difíciles de contestar. Comentábamos una vez en el Conalep de El Rosario—un bello pueblecito de Sinaloa, en el noroeste de México—las formas en las que puede cuidarse el agua en un lugar pequeño, a un nivel doméstico. Varios años después me encontré con el director del plantel, José Antonio López, quien me dijo muy satisfecho que sus alumnos habían experimentado varias formas de cuidar al agua y que la conciencia se había transmitido de una generación a otra. En Bogotá tuve la oportunidad de escuchar iguales inquietudes, y de conocer a la maestra Nohora Consuelo Aldana, quien puso en marcha un programa en donde sus alumnos llevan a casa el conocimiento adquirido en clases de ciencias naturales para socializarlo con sus padres; ello, además de haber elevado la autoestima de los estudiantes, estrechó los lazos familiares y condujo a propuestas muy interesantes: haciendo un análisis del consumo de agua en sus hogares, lograron reducirlo en un 38%.1 En palabras de unos padres de familia: “...confirmamos que las estrategias que fueron utilizadas para el ahorro del agua fresca fueron todo un éxito y también queremos comunicarle [a la Maestra Aldana] que las seguiremos usando para mejorar la economía de la gente que habita esta casa”.2 Respecto a las preguntas difíciles, narro esta anécdota. Estaba otra vez en Bogotá ante un auditorio de 600 niños de entre 12 y 15 años de edad; la sesión de preguntas, programada para 30 minutos, duró más de hora y media. Todas las preguntas mostraban la vivacidad de esas mentes, pero hubo una que me puso a

temblar: ¿por qué moja el agua?, me dijo una niña de 12 años. Echaron a reír sus compañeros y les dije que nunca me habían preguntado eso, y francamente la respuesta no es para nada sencilla. En la tarde fui a otra escuela en la que un niño de la misma edad me preguntó lo mismo. Por la noche estuve en una reunión del Convenio Andrés Bello, en un elegante lugar, recinto de este programa internacional de alto nivel, con personas mayores. Cuando comenté mis experiencias de ese día y la soltura con la que los niños preguntan cosas tan difíciles como “¿por qué moja el agua?”, una señora me dijo que ella lo iba a preguntar, pero le dio pena porque le había parecido tonto, y ahora se daba cuenta de que no lo era, y que hace falta la ingenuidad de los niños para que el conocimiento avance. Mis lectores, la mayoría entre 12 y 19 años, me han hecho ésa y más preguntas, que esta edición revisada pretende recoger y responder. En primer lugar, se ha querido clarificar aquellos aspectos que con más frecuencia me han señalado, por escrito en los trabajos de los concursos, y verbalmente en las pláticas. Algo que he descubierto en este tiempo es que no basta con meditar sobre qué es el agua, hay que contemplarla en toda la amplitud de nuestro planeta. Es fundamental entender la interdependencia del uso del recurso, adquirir una visión global del agua, para comprender que los abusos que se cometen en un sitio repercuten en otras partes. Ello lleva a hablar un poco de política, pues las soluciones no son solamente técnicas. Estaba en Hermosillo, Sonora, en el noroeste de México, en un programa de radio que tiene la Universidad Tecnológica de allá. Es un lugar de mi país con grandes carencias de agua, aunque con una amplia zona costera. Se debatía sobre un proyecto de suministro de agua con tintes políticos y me preguntaron mi opinión. Sobre el proyecto en particular no quise hablar, pero sí discutimos la implicación que tiene el tema del agua en la política, y creo que esto debe hacerse. Es por ello que decidí incluir estos aspectos delicados pero fundamentales. En 2001, el Fondo abrió una nueva categoría del concurso para las Universidades Tecnológicas, en la que los jóvenes construyen un prototipo funcional a partir de las ideas que toman de la lectura de uno de los libros de la serie. Es motivante ver la creatividad de esas mentes, con la que plasman ideas en desarrollos tecnológicos. He visto trabajos sobre la purificación del agua y el aprovechamiento de aguas pluviales. Recientemente, en Villahermosa, unos grupos consideraron unir sus fuerzas para hacer desarrollos complejos, en donde unos se enfocaban en la tecnología del agua y otros en sistemas de control para mejorar el rendimiento. En todos los trabajos, y en todas las intervenciones de mi joven auditorio, he notado una enorme preocupación por entender más al agua para cuidarla. La Comisión Nacional del Agua marca como una estrategia general para mejorar la administración del recurso la toma de conciencia. Esto existe muy vivamente en la juventud. El libro, las pláticas y los concursos han sido un medio de comunicación para debatir estos temas. El libro ha sido reestructurado. Los capítulos I y II son iguales a los de la

edición anterior, con actualización e inclusión de unos temas. En el capítulo III amplié la historia de cómo ha llegado el agua a las ciudades y cómo se ha desalojado; el tema del agua en la Ciudad de México fue reducido en datos pero he conservado la narración de cómo hemos logrado deteriorar nuestro hábitat y añado la historia paralela de Bogotá, no sólo porque le tengo un profundo afecto a esa ciudad, sino porque creo que ejemplifica problemas que la Ciudad de México no tiene (como la contaminación del río). El capítulo IV es el que fue más profundamente rehecho: los problemas sobre el agua, como la posesión del recurso, el agua y la salud, y las cuestiones económicas y políticas subyacentes, que me parecen muy importantes, pues el debate sobre el agua va por este lado. Finalmente, el último capítulo, que es nuevo y tiene cierto grado de especulación, pretende hacer ver que el Universo está lleno de agua. Con el propósito de conservar el libro en un tamaño adecuado, eliminé cuadros que no creo que añadan mayor información. A cambio he incluido más referencias como notas a pie de página para que el lector interesado pueda acudir a las fuentes, con las que se remite a mucha más información. Retomo, pues, el Preludio del libro original para presentar, sin más, a ese maravilloso elemento.

1

Memorias del primer concurso Leamos La Ciencia para Todos, Colombia 2002-2004, Fondo de Cultura Económica, Bogotá. 2 Nohora Consuelo Aldana, comunicación personal, febrero de 2005.

PRELUDIO

ESCRIBIR UN LIBRO CONSTITUYE toda una aventura que no podría yo poner en palabras (como no sean las del libro mismo). Primero, se escoge un tema, algo que tenga uno que decir, se medita sobre él y se recoge la información para exponerlo. El agua: es todo un tema. De pronto se descubre que existen montañas de ideas y libros y artículos y cosas que uno mismo ha pensado. Luego viene escribirlo, ponerlo en unas páginas blancas que lo miran a uno en forma aterradora. Pasado el tiempo —mucho tiempo—, los escritos una y otra vez borroneados empiezan a tomar forma. Como la tierra, que al moverse arroja de su seno las piedras, el escrito va adquiriendo figura; sale lo inútil, lo que sobra. Al terminar —todo debe en algún momento terminarse—, quedan muchas cosas que todavía se antoja decir, pero si no se termina sería cosa de no acabar nunca. Conocer el agua es amarla; más que de tierra somos de agua, así que conocerla es saber de qué formamos parte. El agua está ahí para nuestro uso, que más bien es abuso por unos y falta de uso por otros. De lo que trata este trabajo es de la ciencia del agua, un poco más de dónde está y cuánta hay, cómo llega y cómo se va de las ciudades. La lista de los grandes problemas del siglo XXI comprende, en los primeros lugares, la calidad del agua y la cantidad (cada vez más menguante) que está disponible para mantener nuestra biosfera. Éste es el principal cambio respecto a la edición anterior, pues quiero que el lector se quede con una idea tan clara como sea posible. El libro está escrito para comprender al agua, así que me he preocupado más por las descripciones y las ilustraciones que por otra cosa: ni es completo ni es profundo, no pretendo llenar de datos al lector sino despertar su sentido crítico hacia ella y motivarle a seguir leyendo. Empiezo, pues, con el agua.

I. El agua, ¿qué cosa es?

agua (del latín aqua); femenino. 1. f. Sustancia cuyas moléculas están formadas por la combinación de un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno, líquida, inodora, insípida e incolora. Es el componente más abundante de la superficie terrestre y, más o menos puro, forma la lluvia, las fuentes, los ríos y los mares; es parte constituyente de todos los organismos vivos y aparece en compuestos naturales. 2. f. Licor que se obtiene por infusión, disolución o emulsión de flores, plantas o frutos, y se usa en medicina y perfumería. Agua de azahar, de Colonia, de heliotropo, de la reina de Hungría, de rosas. (Diccionario de la Real Academia Española, avance de la 23a edición, 2004.)1

Siguen 104 referencias2 a otros tantos vocablos del diccionario que aparecen en conjunción con la palabra agua. También varios matices idiomáticos relacionados con el agua y expresiones que la invocan, por ejemplo: “¡agua va!” (o, más recientemente, “aguas”), con la que se avisaba a los transeúntes cuando desde alguna casa iban a echar a la calle agua o inmundicias. Otras expresiones, divertidas y sabias, son “ahogarse en un vaso de agua” (afligirse por motivos triviales), “coger el agua en un cesto” (trabajar en vano), “caer como el agua de mayo” (ser bien recibido), “echar agua al vino” (dulcificar la actitud), o “más agua a los frijoles” (para que alcancen), “echar un jarro de agua fría” (desalentar), “estar con el agua al cuello” (sumamente apurado), “hacérsele a uno agua la boca” (ante algo delicioso), “llevar toda el agua a su molinito” (una persona que todo lo usufructúa en su provecho), “más claro que el agua” (algo evidente), “nadar (o navegar) entre dos aguas” (contemporizar con dos opiniones o tendencias opuestas), “parecerse como dos gotas de agua” (ser idénticos), etcétera. Aquí no se trata de ampliar el conocimiento lexicográfico arriba resumido, cosa por otro lado para mí imposible de hacer, pues pocos temas me vienen a la cabeza sobre los que más pueda escribirse. Además, no soy un experto ni con ese espíritu emprendí este trabajo. Mi propósito es poner al alcance del lector una información que se antoja comunicar: el agua es el elemento más maravilloso que conozco y, con un poco de las varias cosas que diré, espero despertar su curiosidad para investigar aún más sobre este fascinante campo. Tales de Mileto, el filósofo griego del siglo VI a.C., afirmó que el agua era la sustancia original, de la cual todas las demás (tierra, aire y fuego) estaban formadas. Anaximandro, unos años más tarde, y otros filósofos después, concluyeron que más bien hay una cierta proporción de fuego, aire, tierra y agua en el mundo, que cada uno lucha por extender su imperio y que se presenta la necesidad natural de restablecer el equilibrio. La consideración de Tales lleva mucha verdad en el

sentido de que en todo hay agua; de hecho, Isaac Newton, en el siglo XVII, escribió su tratado De Natura Acidorum, en donde sostenía que todo cuerpo podría ser reducido a agua. En el agua se originó la vida y de ella sigue dependiendo. Esto, por cierto, sucede porque el agua es una sustancia completamente fuera de lo común: es líquida en condiciones normales, cuando “debería” ser gaseosa, y su forma sólida flota sobre su forma líquida, cuando “debería” ser al revés; su forma líquida semeja más un sólido que un líquido ordinario. Cuando se congela se forma el hielo, o mejor dicho, alguno de los hielos, pues hay nueve distintos. ¡Vaya lío! Con la excepción de productos exóticos, el agua es el mejor disolvente que existe (de sólidos, de líquidos y de gases). Si el agua no fuere así no podría sustentar la vida, pues gracias a esta propiedad conduce los nutrientes a los seres vivos y elimina sus desechos; además, lleva el oxígeno a los seres acuáticos. El 71% de la superficie de nuestro planeta está cubierto por ella; millones de toneladas, en forma de vapor, flotan en la atmósfera y sin embargo grandes regiones terrestres carecen de ella. Los seres vivos moran inmersos en el agua o en el aire. En su interior son, en gran medida, agua: en el agua se originó la vida y de ella sigue dependiendo. La enorme presión de la actividad humana sobre la disponibilidad de este recurso en los asentamientos humanos, los centros industriales y los turísticos, y en las zonas agrícolas, exige de un gran esfuerzo para proveerla en la cantidad y con la calidad adecuada. El consecuente problema de las aguas residuales es de magnitud comparable. ¿Qué es el agua?, ¿cómo existe en la naturaleza y cómo es utilizada por los seres vivos? ¿Cómo llega y cómo sale de las ciudades? Conocer este elemento es necesario para apreciarlo, conservarlo y no deteriorarlo. Es por las propiedades del agua, en particular por su gran capacidad de disolver otras sustancias, que es tan fácil maltratarla… hacerla inservible para la vida. Para iniciar nuestra exploración y descubrir sus curiosidades debemos tomar un poco de agua y jugar con ella.

I.1. ALGUNOS EXPERIMENTOS PARA CONOCERLA El agua existe en nuestro mundo en tres formas: sólida, líquida y gaseosa. Un elemento tan importante para la vida merece un nombre para cada presentación: el sólido es el “hielo”; el líquido es “agua”, así, nada más; y el gas es “vapor”, aunque las tres formas son químicamente la misma cosa. En la naturaleza existe un cambio continuo entre cada forma (o “fase”, como se le llama científicamente) del agua. Cuando llueve, el vapor se precipita en forma de

líquido y cuando graniza, el líquido, en su descenso a la Tierra, toma la fase sólida. Cuando nieva privan unas condiciones de humedad y de temperatura del aire tales que el vapor se precipita como sólido, en un proceso que los físicos llaman sublimación (en este caso, inversa). Cuando hace mucho calor el agua líquida se evapora. En la naturaleza este continuo cambio es llamado el ciclo hidrológico, al que pasaremos un poco más tarde.

FIGURA I.1. a) El hielo exhibe las líneas trazadas por el gas que escapa en el proceso de solidificación. b) El vapor atmosférico se condensa en las mañanas sobre las superficies frías, como el cristal de un automóvil. c) El líquido se evapora al dar los rayos del Sol sobre el tejado húmedo. Las tres formas del agua están presentes en nuestra vida diaria.

El primer experimento que podemos hacer con el agua es hervirla; observemos con atención: el recipiente ideal es uno de vidrio (cuide que sea resistente al fuego), pues así se podrá observar el fenómeno por todos los lados. Al poco rato de puesta en el fuego, la masa cristalina del agua empieza a enturbiarse, debido a que las capas inferiores al calentarse se deslizan hacia arriba y dejan caer a las superiores, que son más frías y pesadas. El movimiento, de tipo circular, se llama convectivo y sucede también en la atmósfera; por el mismo motivo las luces distantes parecen parpadear. Más tarde empiezan a formarse burbujas, producto del desprendimiento de los gases disueltos en el agua (principalmente aire). El proceso se conoce como desgasificación. Ya a punto de entrar en ebullición se forman borbotones, combinación de uno y otro efecto (convección y desgasificación). Si dejamos hervir el agua por un buen rato, ésta se enturbia, pues las sales que contiene disueltas se concentran en el líquido que queda. En resumen, el agua se mueve verticalmente por efecto del calentamiento, contiene gases disueltos, que son evidentes al desprenderse por causa del aumento de temperatura y, como también contiene sales que al hervir quedan disueltas en el líquido, es de suponer que el vapor estará libre de ellas. Esto último tiene gran importancia tecnológica, pues es una manera simple de obtener agua potable de la salada (que no lo es). Que el agua tiene movimientos convectivos y, sobre todo, que contiene oxígeno disuelto, es muy importante para la sustentación de la vida acuática. La capacidad del agua de disolver y transportar sales es lo que la hace indispensable para todo tipo de vida; el contenido de sales, sin embargo, debe

estar comprendido dentro de ciertos límites, pues en exceso rompe el equilibrio celular y puede extraer las sales de las células y llegar a matarlas, paradójicamente, deshidratándolas.

FIGURA I.2. El fenómeno tan frecuente de “hacer hervir el agua”, visto con detenimiento, muestra todos los procesos que suceden: a) las turbulencias por el calentamiento, b) el desprendimiento de los gases disueltos y, finalmente, c) la ebullición.

Ahora juguemos con el hielo. Esta fase tiene interesantes propiedades; la más espectacular es que el líquido aumenta su volumen al congelarse. La prueba más sencilla es observar cómo el hielo desborda el nivel en una hielera (de las que hacen “cubitos” en el refrigerador). El aumento de volumen es tan grande y la presión ejercida es tan intensa que una botella cerrada dejada en el congelador puede estallar (experimento peligroso y no recomendable). Al aumentar el volumen del agua congelada su densidad disminuye y por esto el hielo flota; si ello no sucediese,

los lagos y estanques se congelarían del fondo a la superficie, eliminando toda la vida acuática. La presión ejercida por el hielo al expandirse puede romper un barco atrapado en los hielos del Ártico.

FIGURA I.3. Cuando el agua líquida se solidifica, aumenta su volumen debido a la manera como se conglomeran las moléculas. Esto se puede notar en una hielera.

Otro fenómeno interesante es el del rehielo. Tomemos un cubo de hielo y coloquémoslo en la boca de una botella. Por medio de un alambre delgado (lo más posible), suspendamos dos objetos pesados, por ejemplo dos tuercas, colgando a uno y otro lado del cubo. La presión que ejerce el alambre sobre el hielo hará que éste se hunda, pero al ir pasando, el hielo se congelará de nuevo, de suerte que el alambre atravesará el cubo y éste al final quedará intacto. Aunque al pasar el alambre funde al hielo, como la temperatura se mantiene constante, el líquido se vuelve a solidificar. El agua tiene una curiosa estructura microscópica: a diferencia de un líquido normal, las moléculas poseen una particular tendencia a agruparse en una especie de “redes”. El siguiente experimento pone esto en evidencia: tomemos un vaso y llenémoslo hasta el borde, cuidando de no derramar una gota. Con sumo cuidado dejemos caer clips en el seno del agua. La superficie empezará a crecer, rebasando el nivel de la boca sin derramarse, mostrando cómo el agua se adhiere al vaso. La explicación es la fuerte cohesión de las moléculas del agua. Ahora tomemos el vaso, esta vez sin llenar y, con cuidado, depositemos el clip en la superficie: a pesar de su peso, flotará. La razón es la misma. Una variedad interesante de este experimento es realizarlo con agua caliente; entre mayor sea la temperatura más difícil será el experimento debido a que la cohesión molecular disminuye. Otra forma de disminuir la cohesión molecular del agua es por la adición de un detergente: hay insectos que pueden caminar por el agua aprovechando el efecto de cohesión. Si capturamos uno de estos bichos, lo ponemos a caminar en la superficie

del agua dentro de un frasco y añadimos detergente, llega un momento en que la pobre criatura se hundirá como una piedra.

FIGURA I.4. La gran tensión superficial del agua se manifiesta en el soporte que da a una araña o a un clip flotando.

Si tratamos de repetir los anteriores experimentos con otro líquido, por ejemplo alcohol, encontraremos que no es tan fácil: la cohesión de las moléculas es mucho menor. Si tomamos dos pedazos de vidrio, mojamos sus caras interiores y luego los unimos, será virtualmente imposible separarlos sin deslizarlos, pues la fuerza que se requeriría para retirarlos si jalamos perpendicularmente es muy grande; si se dejan secar podrán separarse sin dificultad: la cohesión de las moléculas del agua actúa como fuerza sujetadora.

FIGURA I.5. La tensión superficial permite que dos lápices se peguen.

Si introducimos un tubo delgado en un recipiente con agua, ésta “trepará” por dentro de él; ¿la razón?, una combinación de la cohesión de las moléculas con su adhesión a las paredes del tubo: las fuerzas de adhesión entre las moléculas del tubo y las del agua atraen a éstas a las paredes del tubo y ello da una curvatura a la superficie del agua. Pero esta forma requiere más energía que una superficie plana, así que la tensión superficial se encarga de contraer la superficie. El proceso se repite hasta que el peso de la columna de líquido impide que siga ascendiendo (por ello el experimento es más fácil cuanto más delgado sea el tubo). Las anteriores experiencias ponen de manifiesto algunas de las peculiares propiedades del agua que, más adelante, veremos con mayor detalle. El mensaje de este capítulo es que el agua no es tan común y corriente como a veces parece.

I.2. LO QUE SE HAN PREGUNTADO LOS CIENTÍFICOS Los primeros pensadores reconocieron pronto que el agua es única. Aristóteles la incluyó entre los cuatro elementos básicos, junto con la tierra, el aire y el fuego. Así, como elemento, fue considerada hasta el siglo XVIII, cuando la tierra y el aire también dejaron de ser “elementos” y la humanidad reconoció que estaban compuestos de complejas mezclas de especies químicas. Por su parte, el fuego es una manifestación de la actividad química, no es otro elemento. Cupo el honor, en 1781, al científico británico José Priestley de sintetizar al último de los elementos

aristotélicos, demostrando que, al igual que los dos primeros, también era una mezcla de especies químicas. Antonio Lorenzo de Lavoisier en Francia y Enrique Cavendish en Inglaterra, lograron descomponer el agua en sus dos componentes: “aire ordinario” (oxígeno) y “aire inflamable” (hidrógeno), estableciendo así los primeros pasos para su estudio científico. Desafortunadamente, la curiosidad científica, como todo en esta vida, tiene sus límites y, siendo el agua un elemento omnipresente, se concluyó que poco más había que conocerle; así, el tema pasó prácticamente al olvido para los grandes científicos del siglo XIX y los de principios del XX. Por ejemplo, en la clásica teoría de Debye y Huckel para interpretar las observaciones sobre las soluciones electrolíticas, es decir, aquellas en donde los sólidos disueltos adquieren cargas eléctricas, casi nada del esfuerzo teórico se dirige al agua, a la que se trata meramente como un medio en el que sucede la disolución y se la caracteriza por una constante; esta teoría, no obstante, está casi completamente basada en datos de soluciones acuosas. La realidad física es otra: el agua es un líquido extremadamente complejo, tanto así que mucha de la dificultad para el estudio de las soluciones deriva de que el disolvente más accesible es precisamente el agua, que, lejos de ser un simple medio que pueda caracterizarse por una constante, interactúa tan fuertemente con los solutos, que sus características deben necesariamente ser tomadas en cuenta. Las propiedades del agua difieren mucho de las de los demás líquidos; es demasiado “sólida” para ser un líquido ordinario. En 1891, H. H. V. Vernon postuló que las moléculas de agua se adherían unas a otras, confiriendo al líquido altas densidades. Guillermo Roentgen, descubridor de los rayos X, investigó las propiedades del agua, y aventuró en 1892 explicaciones cualitativas basadas en suposiciones moleculares. No obstante, ninguno de estos intentos despertó mayor interés en la comunidad científica. En 1933 dos grandes investigadores de los líquidos, Juan Bernal y Roberto Fowler publicaron un interesante y hoy clásico artículo proponiendo el primer modelo plausible del agua líquida, en el que se sientan las bases de los modernos estudios sobre el tema. En años subsecuentes se empezaron a medir con mayor sistematicidad sus propiedades. En 1940, N. E. Dorsey publicó una monografía intitulada Propiedades de la sustancia agua ordinaria, en la que describe los trabajos de los anteriores 50 años y registra todas las anomalías que exhibe este líquido. Por el resto de esta década hubo mayor actividad científica alrededor del “agua ordinaria”: se investigaron sus propiedades estructurales por medio de rayos X y luz infrarroja, así como por la transmisión de ondas sonoras. Se reconoció que las interacciones entre el medio acuoso y los solutos son fuertes y se inició la interpretación en términos de las ligaduras entre los hidrógenos y el oxígeno que forman la molécula del agua. La década de los años cincuenta vio surgir un gran número de modelos fisicoquímicos; por fin, en los sesenta, el estudio del agua empezó a ser un campo aparte: se reconocieron estructuras extrañas, como

asociaciones de moléculas en cúmulos dentro del seno del líquido; se investigaron con mayor profundidad las fuerzas moleculares que generan los hidrógenos del agua y cómo afectan éstas las propiedades observables. Fue también en esta década cuando se formalizaron los estudios fisicoquímicos del agua, especialmente en el campo de la teoría de las soluciones. Así se empezaron a relacionar las observaciones macroscópicas con la interpretación basada en las teorías microscópicas. Ello condujo a W. Kauzmann a sugerir un nuevo enfoque al estudiar el papel del agua en la conformación de las proteínas, lo que llamó la atención de los bioquímicos al peculiar líquido en el cual se produce la vida. Los primeros modelos basados en las consideraciones microscópicas de la mecánica estadística3 fueron publicados por G. Nemethy y H. A. Scharega a principios de los años sesenta, y con ellos se realizó el primer intento de fincar una base cuantitativa en lo que hasta entonces había sido un camino lleno de hipótesis empíricas. El advenimiento de las modernas computadoras permitió abordar el estudio de la materia siguiendo nuevas rutas. Por medio de complejos programas de cómputo basados en la mecánica cuántica, llamados métodos ab initio (de principio), se han estudiado las interacciones entre las moléculas de agua, investigando pares y tríos de moléculas. Con ello se ha alcanzado una mejor comprensión de la forma en que se conglomeran las moléculas y especialmente cómo influye la fuerte interacción entre los hidrógenos. La ciencia moderna ha permitido caracterizar las propiedades fundamentales del agua con bastante precisión; se conoce bien cómo es y cómo interactúa con otros materiales. Ello ha permitido desarrollar aplicaciones tecnológicas de gran significado tanto para la vida diaria (acarreo, purificación y distribución de este preciado líquido en las ciudades) como para diversos procesos industriales. Ahora las interrogantes van sobre fenómenos mucho más complejos: el papel del agua en el control global del clima. En estos estudios intervienen disciplinas complejas, como la teoría del caos, y sus predicciones aún son muy aproximadas y llenas de hipótesis empíricas, como lo eran las explicaciones sobre la naturaleza del agua en los años sesenta. Lo interesante es que las sutiles propiedades del agua, que le hacen ser como es, son las que determinan que este compuesto en particular, y no otro, juegue tan importante papel. El agua será un elemento común en nuestro planeta, ¡pero sus propiedades nada tienen de corriente!

I.3. ESE EXTRAÑO ELEMENTO, TAN COMÚN Y TAN POCO CORRIENTE El agua es la sustancia más extraordinaria. Casi todas sus propiedades parecen

encontrarse al revés: es un líquido a temperatura ambiente cuando debería ser un gas; su forma sólida (hielo) flota sobre su forma líquida; lejos de parecerse a un líquido normal en el que sus moléculas se mueven con mucha independencia, en el agua existe un cierto orden colectivo, es decir, las moléculas se “pegan” unas a otras y ello le confiere valores extremadamente altos en su viscosidad, tensión superficial y calores latentes de evaporación y solidificación. El agua disuelve una gran variedad de sólidos, pero no reacciona químicamente con ellos; por eso pueden purificarse las aguas contaminadas, aunque a expensas de mucha energía. En realidad poco se pone uno a meditar sobre estas discrepancias entre lo que es y lo que “debería” ser el agua, quizá por lo común de esta sustancia. Adentrándose un poco en la ciencia del agua, uno descubre que las sutiles interacciones moleculares son las responsables de tan curioso comportamiento; resulta que es la particular asociación de dos átomos de hidrógeno con uno de oxígeno lo que se traduce en las peculiaridades del agua; tal cosa no sucede con la molécula de ácido sulfhídrico, dos átomos de hidrógeno y uno de azufre, que, desde el punto de vista químico, podríamos considerar una molécula “hermana” de la del agua. En efecto, el ácido sulfhídrico es perfectamente “normal” desde todos los mismos puntos de vista por los que llamamos “anormal” al agua:4 es gas a temperatura ambiente, su forma sólida es más densa que su forma líquida y el líquido posee muy poca estructura. Existen muchas y muy refinadas teorías para explicar sus propiedades: algunas pueden hacerlo con muchas de ellas pero ninguna con todas. Hay dos grandes caminos para investigar la materia: la teoría microscópica y la teoría macroscópica, llamada también fenomenológica. La teoría microscópica da alguna explicación sobre el comportamiento de la materia, pero requiere de conceptos y matemáticas complicadas. La termodinámica macroscópica ayuda mucho pero, aunque muy elegante, no permite realizar cálculos detallados, así que para entender todas las propiedades hay que echar mano de una y de otra. El estudio de las propiedades fisicoquímicas es importante porque esclarece muchos de los misterios sobre el comportamiento de esta nada común sustancia. La investigación sobre la naturaleza molecular ha mostrado que una de las principales claves, quizás la más importante, es la ligadura de hidrógeno. El agua está formada por tres átomos, dos de hidrógeno (el elemento más ligero) y uno de oxígeno, dispuestos en un ángulo de 105 grados, con el oxígeno en el vértice; el ángulo no varía, ya esté la molécula formando parte de un sólido, un líquido o un gas. La distancia entre el átomo de oxígeno y uno de los de hidrógeno es de 0.96 ángstrom (1 ángstrom es igual a un cien millonésimo de centímetro). Los átomos están formados por un núcleo que lleva prácticamente toda la masa del átomo, posee carga eléctrica positiva y está rodeado por una nube de electrones de carga negativa. Para asociarse, los átomos forman o ceden electrones hasta que adquieren la configuración más estable.

En una molécula de agua el oxígeno se liga con dos hidrógenos. El hidrógeno es el elemento más ligero; se halla formado por una sola partícula en el centro (un protón) y un electrón que lo rodea, así que al unirse el oxígeno a los hidrógenos pasan dos cosas: los electrones forman una nube alrededor de los tres núcleos, uniéndolos, pero los dos núcleos de hidrógeno se repelen. El resultado es que se forma el ángulo referido de 105 grados con el cual la molécula completa alcanza la máxima estabilidad.

FIGURA I.6. La fórmula química del agua es H2O, que quiere decir que dos átomos de hidrógeno se ligan a uno de oxígeno formando un ángulo de 105°, como se muestra en a). Varias moléculas de agua se asocian para formar un tetraedro como se aprecia en b).

La nube electrónica, por su parte, adquiere la forma que se muestra en la figura I.7, que puede imaginarse contenida dentro de un cubo, con el oxígeno en el centro, los hidrógenos en los vértices opuestos de una cara y unas protuberancias que se proyectan en la cara opuesta, que son las nubes electrónicas. Estas nubes atraen a los átomos de hidrógeno de otra molécula de agua y dan lugar a lo que se conoce como una ligadura de hidrógeno. No es el agua la única molécula que tiene ligaduras de hidrógeno: el amoniaco,

el ácido fluorhídrico y los alcoholes también la tienen. Lo que parece ser único en la estructura del agua es que las moléculas fácilmente se aglomeran en redes tridimensionales, con muchos huecos, cuya geometría depende del ángulo que forman los tres átomos componentes. Esto le confiere gran cohesión.

FIGURA I.7. Los átomos tienen unas nubes de electrones que los rodean; al formarse la molécula de agua, estas nubes engloban los tres átomos dando lugar a la forma caprichosa que se muestra en la figura. Éste es el origen de la ligadura de hidrógeno, responsable de las propiedades del agua.

Esta estructura, por cierto, se mantiene en las fases líquida y sólida. Para un físico tal información es muy importante, pues puede relacionarla con las propiedades que observamos del agua. Por ejemplo, si en vez de estar los átomos dispuestos en un ángulo de 105 grados estuvieran alineados, el agua no sería tan buen solvente como en realidad lo es, y si así fuera, entre otras cosas no podría acarrear los nutrientes en los seres vivos. Si no tuviera la estructura que tiene no podría almacenar el calor en tan grandes cantidades como lo hace (la propiedad se llama capacidad calorífica) y así no serviría para regular la temperatura de los seres que vivimos inmersos en un medio de aire, en donde las variaciones externas de temperatura son tan altas. Los átomos de los extremos (los hidrógenos) interactúan fuertemente con las moléculas de agua vecinas. En su fase gaseosa las moléculas están muy separadas para sentir entre ellas un efecto muy importante; así, encontramos normalmente moléculas aisladas y ocasionalmente dos moléculas unidas, pero en la fase líquida y en la sólida estas interacciones son muy importantes. Al congelarse, las moléculas de agua forman rápidamente estructuras ordenadas. Bajo la presión atmosférica ordinaria, cuatro moléculas se asocian en la forma de un tetraedro, las que a su vez conforman una estructura de anillos hexagonales. Ésta, por cierto, es una estructura muy poco compacta (con muchos huecos); es por ello que el agua sólida es menos densa que el agua líquida y por eso el hielo flota en el agua ordinaria.

Esta peculiar estructura tan fofa rige la variación que tiene la densidad del agua. Como en cualquier sustancia, la densidad cambia con la temperatura, pero de una manera singular. A 4° C, muy cerca del punto de congelación, la densidad del agua alcanza su máximo valor. Esto no se observa en ningún otro líquido común, ni tampoco en los sólidos comunes. Sucede en sustancias de estructura elástica semejantes al hule.

FIGURA I.8. Modelo del agua en el que se ve el gran orden que prevalece debido a las ligaduras de hidrógeno.

Por esta misma razón, las masas de agua se congelan de la superficie hacia abajo. No quisiera dejar pasar esta observación sin reflexionar un poco sobre ella. Si el agua no fuese así, los océanos se congelarían en las zonas frías del fondo hacia arriba. Ello haría que durante el verano se deshelaran solamente las capas superficiales del mar; el fondo seguiría congelado y frío. Con el tiempo, cada vez menos agua fluiría hacia los climas templados e iría perdiendo calor. Al fin todos los mares se convertirían en hielo. La expansión del agua al congelarse tiene otro papel muy interesante en la naturaleza. En su forma líquida, penetra en los pequeños intersticios de las rocas por un efecto que discutimos en el capítulo de experimentos con el agua, cuando se mencionó que asciende por un tubo pequeño introducido en ella y que se llama presión capilar y es consecuencia de su alta tensión superficial. Cuando se congela, ejerce presiones tan altas que llega a fracturar las rocas, y de esta manera las convierte en tierra. En su fase líquida, la tenaz interacción entre las ligaduras de los hidrógenos hace que se preserve un poco de la estructura del sólido; a ello me refería al inicio de este apartado con la idea del “orden colectivo”. Siendo así, “romper” la superficie del líquido es difícil, como cualquiera que haya caído en una alberca podrá haberse dado cuenta: ésta es una manifestación de la tensión superficial.

FIGURA I.9. En esta fotografía puede notarse cómo la nieve exhibe la estructura hexagonal del agua.

La estructura del agua líquida es tan extremadamente ordenada que la energía que se le suministra al calentarla se “absorbe” por las vibraciones moleculares, aceptando grandes cantidades de calor antes de elevar su temperatura (que representa el movimiento molecular). Inversamente, al perder energía, su temperatura disminuye lentamente. Esta propiedad se llama calor latente, que para el agua es muy grande. Las implicaciones de este hecho son muchas y muy importantes. El motor de un automóvil requiere enfriarse porque no puede aprovechar toda la energía que se libera en la combustión de la gasolina. Por cuestiones del diseño, la temperatura no debe rebasar los 80° C, por lo que se utiliza agua que circula a presión en un circuito cerrado por unos conductos dentro de él; el calor se transmite al agua y es después liberado en el radiador, que está construido de tal manera que el agua lo ceda rápidamente. Si el calor latente del agua no fuese tan grande, ésta se evaporaría y no serviría para controlar la temperatura del motor. Lo notable es que con tan sólo 17 litros de agua se puede mantener operando perfectamente enfriado a un motor por varias horas. En la naturaleza, los mares y lagos atenúan los cambios de temperatura y favorecen la vida en su seno. La enorme capacidad del agua para transportar calor puede exhibirse mediante un cálculo sencillo: si un kilómetro cúbico de agua en un océano fluye de una región caliente a otra muy distante que se halla 20° C más fría, la transferencia de calor es de diez billones (10 con doce ceros) de kilocalorías, que es equivalente al calor generado por la combustión de 2 millones de toneladas de carbón. José Black fue un científico británico del siglo XVIII, el primero que se detuvo con gran cuidado a meditar acerca de esta importante propiedad: la llamó “calor latente”. Puesto que una masa de hielo en un ambiente cálido se derrite, ¿cómo es que no lo hacen los glaciares y las nieves perpetuas? Aunque de hecho hay transformación de hielo (o

nieve) en agua, no es súbita, menos aún cuando existen grandes masas de uno u otra. Más aún, Black analizó cómo en el verano puede guardarse un cubo de hielo en “las estructuras denominadas cajas de hielo” (los primeros refrigeradores o “hieleras”), en donde se impide la entrada del aire exterior y por consiguiente el calor penetra con lentitud. La clave, pues, está en que el hielo tiene la capacidad de absorber grandes cantidades de calor y que éste pasa a las vibraciones moleculares; al derretirse al fin el hielo, va a la fase líquida, pero con una temperatura cercana (aunque un poco más alta) a la del hielo. Black, en lenguaje claro e intuitivo, lo resume: Salta a la vista, pues, que el hielo, al derretirse, recibe calor con mucha celeridad; pero el único efecto de dicho calor es mudarlo en agua, la cual no es sensiblemente más caliente de lo que era el hielo antes. Si, en seguida de derretido el hielo, se aplica un termómetro a las gotas o chorritos de agua, éste marcará la misma temperatura que cuando se aplica al hielo mismo, o de haber alguna diferencia, ella es de tan poca monta que no merece notarse.

Black prosiguió sus experimentos con el agua en ebullición y pudo observar un fenómeno semejante, de manera que: […] el calor absorbido no calienta los cuerpos circundantes, sino que convierte el agua en vapor. En ninguno de los dos casos nos percatamos de la presencia del calor como causa del calentamiento. El calor está oculto o latente; y yo lo denomino calor latente.

Los estudios sistemáticos del hielo fueron iniciados en la segunda mitad del siglo por el británico Percibaldo Bridgman y el alemán Gustavo Tammann. Sus experimentos mostraron que el hielo es una compleja estructura que tiene formas estables y metaestables5 que pueden cambiar de unas a otras. La mayor parte de la gente habla del hielo refiriéndose a la forma sólida que toma el agua cuando se congela en las condiciones normales de un refrigerador doméstico. Empero, en el laboratorio se producen otras variedades de hielos, aparte de los tradicionales “cubitos”.6 En la figura I.10 se muestra un mapa, o un diagrama de fases del hielo, del que existen nueve formas distintas, cada una de ellas con una cristalización peculiar. La razón por la que no observamos frecuentemente estos hielos es que existen a temperaturas muy bajas. El hielo normal, denominado Ih, tiene una estructura hexagonal, y de él hay una variedad que se llama hielo cúbico o Ic, que es una especie metaestable, que ocurre entre los –80° y –120° C. Este hielo cúbico no puede producirse solamente bajando la temperatura a un hielo normal Ih, pues su misma metaestabilidad lo impide; hay que llegar por otro camino: condensando vapor a –80° C. Del hielo IV se sabe muy poco, salvo que es una forma metaestable que puede coexistir con el hielo V. Otra forma de hielo parece surgir al enfriar agua líquida al vacío (es decir, en ausencia de aire). Lo que se obtiene es hielo más pesado que el agua, aunque su XIX

existencia todavía está por demostrarse. Como puede observarse en el diagrama, los hielos II, VIII y IX no se encuentran próximos al líquido y por tanto no pueden producirse a partir de él; han de obtenerse enfriando los hielos III, V, VI o VII a presión, o descomprimiendo a temperatura constante uno de ellos. Así, el hielo II normalmente se prepara a partir del hielo V por descompresión a –35° C y el hielo IX enfriando el hielo III a –100° C.

FIGURA I.10. Para representar las transformaciones entre los distintos tipos de hielo, los científicos elaboran estos diagramas. Cada región representa las condiciones de temperatura y presión en donde se presenta cada uno de ellos. La línea gruesa marca la frontera entre el líquido (parte superior) y los hielos (parte inferior).

Una característica de todos los hielos es su arreglo cristalino en el que cada oxígeno se liga por hidrógenos a cuatro oxígenos vecinos. En el hielo I la estructura es tetraédrica pero, a medida que se eleva la presión, el ángulo entre el hidrógeno y el oxígeno se distorsiona, acercando a los oxígenos vecinos. Aun cuando la anterior descripción puede pasar por una simple curiosidad científica, el estudio de los cambios en los arreglos de estructura es más fácil en un sólido que en el líquido. El agua, recordemos, tiene una estructura muy ordenada, de modo que las observaciones del hielo han servido grandemente para estudiar al líquido, el cual ha heredado parte de los términos. Normalmente, pensamos en las tres formas físicas del agua, hielo, líquido y vapor, como si fueran tres cosas distintas, aunque de hecho no nos es desconocido que son lo mismo. Para conocerla un poquito más, caminemos por el mundo de los cambios de fase, con un mapa llamado diagrama de fases en la mano.

FIGURA I.11. Un diagrama de fases es una representación matemática de lo que sucede en la naturaleza. Los científicos lo utilizan para describir los procesos de transformación entre las fases, como los que se describen en el texto.

Las direcciones en las que nos podemos mover son tres, como en el mundo en que vivimos: en este caso, en vez de largo, ancho y alto, hay presión, volumen y temperatura. En este mundo, sin embargo, cuando se dan valores a dos dimensiones la tercera queda fija automáticamente. El gas, al que llamamos comúnmente vapor, es una fase en donde las moléculas están muy distantes unas de otras. Prácticamente son ajenas a las interacciones moleculares y no existe orden. Esta fase, sin embargo, comienza a adquirir propiedades nuevas cuando se disminuyen la presión o la temperatura, lo que resulta en una contracción, haciendo que las moléculas “sientan” la influencia de otras. Ésta puede llevar al estado líquido, en cuyo caso se presenta una condensación, o al sólido, que es una sublimación inversa. El sólido es la otra cara de la moneda: reina el orden. Las moléculas de agua se agrupan en estructuras bien definidas, normalmente hexagonales. Existe una limitada agitación molecular, que disminuye con la temperatura, aunque nunca cesa por completo, ni en el cero absoluto. Si se calienta, el hielo se derrite en un proceso llamado fusión, y llega al líquido. Los líquidos son estructuras intermedias entre el orden del sólido y el total desorden del gas. Normalmente el orden persiste tan sólo localmente, pero el agua es la gran excepción: su líquido tiene la mayor estructura de todas las sustancias normales. El líquido se evapora constantemente, es decir, las moléculas en su seno tienden a escapar al gas, en donde hay menores atracciones entre ellas (más desorden), aunque las moléculas vecinas intentan, por lo contrario, retener a las prófugas. La retención se llama cohesión, su medida es la tensión superficial y requiere de energía para romperse. Por consiguiente, cuando una molécula al fin consigue

incorporarse al gas se lleva consigo parte de la energía del líquido, enfriándolo ligeramente. Esto puede acelerarse si se agita el agua, pues ello rompe la tensión superficial y se forman burbujas llenas de vapor. Este fenómeno se llama cavitación (del latín cavitas = hueco). Una manifestación muy importante de la tensión superficial es el ascenso del agua por el tubo delgado descrito en nuestros primeros experimentos. Este fenómeno sucede porque las moléculas del agua son muy “pegajosas”, entre ellas y con otras sustancias, debido a sus ligaduras de hidrógeno. Al fenómeno se le conoce como “capilaridad” y al efecto de desplazamiento del agua hacia arriba se le llama “mojado”. Este fenómeno sucede siempre que el agua entra en contacto con un conducto estrecho, o capilar (de capillus, cabello en latín, por lo delgado); así, una toalla, cuyo material es poroso, es decir, lleno de pequeños conductos, absorbe el agua no importando si es hacia arriba o hacia un lado, porque esta atracción capilar es más grande que la gravedad, hasta equilibrar el peso del agua absorbida. ¡Por eso el agua moja!, porque las interacciones de las moléculas son muy fuertes y la capilaridad grande. No todos los líquidos “mojan”. Por ejemplo, el mercurio no moja las superficies; si se introduce un tubo capilar en una tina con mercurio, la superficie dentro del tubo desciende porque las moléculas no se “adhieren” al vidrio. El alcohol las moja muy poco. La capilaridad hace que el agua subterránea ascienda hacia la superficie. En terrenos arcillosos el agua puede ascender hasta 10 metros por encima del nivel del manto freático. La evaporación del agua brinda la humedad al aire. Si el aire está muy seco, el proceso será rápido, hasta llegar a saturar la humedad ambiental, en cuyo momento se detiene. Por eso, si se disipa la humedad superficial, continúa evaporando el líquido y disminuyendo su temperatura, razón por la que es más baja cuando sopla viento. En el momento en que la temperatura llega a 100° C (al nivel del mar), el líquido ebulle hasta convertirse íntegramente en vapor. Para poner en ebullición un litro de agua, se requieren 539 kilocalorías (abreviado kcal); en tanto no se suministre esa energía, el agua se irá calentando pero no hervirá.

FIGURA I.12. En la figura de arriba hay agua, que forma un menisco cóncavo porque moja la superficie (se adhiere). En la de abajo hay mercurio, que forma un menisco convexo porque no moja la superficie.

La temperatura de ebullición depende de la presión atmosférica. Por ejemplo, al nivel del mar el agua hierve a 100° C, en la Ciudad de México (2 km de altitud) a 92.6, en la cumbre del Popocatépetl a 82 y en el monte Everest a poco menos de 70° C. Se puede tener agua hirviendo a 0° C, pero habría para ello que bajar la presión a 4.6 mm Hg. Los líquidos pueden aceptar ciertas cantidades de gases y sólidos en su seno: esto se conoce como disolución: no todo sólido o gas puede incorporarse a un líquido, ni en cualquier cantidad. Al límite de concentración de un soluto (la sustancia que se agrega) en un solvente (la que recibe) se le llama solubilidad. Esta propiedad puede modificarse por la temperatura y por la presión. La propiedad de disolución se conoce desde la Antigüedad. Los alquimistas buscaron una sustancia que disolviese todas las demás. Esta sustancia no existe, pero lo más cercano a ella es el agua. Además, el agua es extremadamente corrosiva, una de las más corrosivas… y no obstante es fisiológicamente inocua. Los gases se disuelven en los líquidos en distintas cantidades. Por ejemplo, el

agua disuelve inmensas cantidades de ácido sulfhídrico y bióxido de carbono. El amoniaco es también muy aceptado (100 gramos en medio vaso de agua). Aunque el oxígeno y el nitrógeno se disuelven con mucha menos facilidad (0.07 y 0.03 gramos por litro, respectivamente), ello es muy importante para la vida acuática, pues aunque hay un centésimo de gramo de aire por litro, éste es suficiente para los peces. El agua, dentro de sus particularidades, parece haber sido pensada como el líquido de la vida: disuelve los nutrientes que necesitan los seres vivos (mejor que cualquier otro líquido), regula la temperatura tanto del medio ambiente como del interior de los organismos, favorece el crecimiento y da cuerpo a las estructuras vivas: la turgencia de las plantas se debe a su contenido de agua. Es el elemento más común y, sin embargo, no siempre se encuentra en el sitio requerido y con la pureza adecuada.

FIGURA I.13. La temperatura de ebullición del agua (y de cualquier otra sustancia) depende de la presión, como se ilustra en la figura.

Cabe hacer un comentario sobre la disponibilidad de este recurso. La escasez del agua es el problema ambiental más alarmante del inicio del siglo XXI, solamente antecedido por el cambio global del clima. Esta crisis no se debe a la falta de agua: existe la misma cantidad de ella desde que el planeta se enfrió y se formaron los cuerpos de agua líquida, hace 3 000 millones de años. Es una consecuencia del mal manejo que históricamente se ha dado a este recurso y lamentablemente se sigue dando. Invito ahora al lector a recorrer nuestro planeta en busca de agua.

1

Puede consultarse en Internet: http://buscon.rae.es/diccionario/drae.htm En la primera versión del libro citaba 52 referencias; en estos años en el diccionario se han recogido otras tantas, muestra del aumento del interés por el tema. 3 Por medio de la mecánica estadística puede analizarse el comportamiento de grandes cantidades de partículas utilizando métodos basados en la teoría de la probabilidad. Lo interesante de este enfoque es que se estudian fenómenos físicos utilizando muy pocas hipótesis. 4 En realidad, el agua solamente es anómala a temperaturas y presiones bajas, pero puesto que en esas condiciones vivimos, para efectos prácticos no haré distinción. 5 Metaestable quiere decir que puede existir, pero que cualquier cambio pequeño destruye esa estructura; en contraposición, si fuese estable no se alteraría fácilmente. Una estructura inestable está prohibida por las leyes de la física. 6 Esto, que parecería una curiosidad del laboratorio, se ha vuelto de actualidad, pues se ha observado que fuera de nuestro planeta el hielo toma alguna de estas formas. 2

II. El agua en nuestro planeta II.1 ¿DE CUÁNTA AGUA ESTAMOS HABLANDO? DESDE EL ESPACIO SIDERAL a 160 000 km, nuestro planeta destaca en el fondo negro del vacío como una esfera azul, cruzada por las manchas blancas de las nubes. Tres cuartas partes de su superficie la cubren los mares y los océanos, y de las tierras emergidas una décima parte la cubren los glaciares y las nieves perpetuas. El agua conforma todo el paisaje del planeta: aparente en ríos, lagos, mares, nubes y hielos; sutil en la humedad superficial; notada sólo en el rocío de la madrugada; oculta dentro de la corteza terrestre, misma en donde hay una gran cantidad: hasta a cinco kilómetros de profundidad. En esta sección daremos una idea de la magnitud de los recursos acuáticos.

FIGURA II.1. El 16 de diciembre de 1992 la nave espacial Galileo tomó esta vista de la Tierra y la Luna desde una distancia de 6.2 millones de kilómetros. (Cortesía NASA/JPL-Caltech.)

El volumen de agua en nuestro planeta se estima en unos 1 358 millones de kilómetros cúbicos. Un kilómetro cúbico es un volumen muy grande: la Ciudad de México recibe aproximadamente 40 m3 por segundo, es decir, 1.26 km3 por año, de manera que si se bombeara toda el agua de la Tierra por nuestra ciudad tendrían que pasar 1 076 547 años. Noventa y siete por ciento del volumen total del agua existente en la Tierra está

en los mares y océanos, dos por ciento en las capas de hielo de los polos, poco más de medio por ciento dentro de la corteza terrestre, hasta una profundidad de 5 km. El resto en los glaciares y nieves eternas, en lagos, humedad superficial, vapor atmosférico y ríos. El agua de los mares y océanos tiene un contenido de sales que la hace inapropiada para su uso directo por los seres terrestres, de manera que puede aprovecharse solamente después de quitarle esas sales. Este proceso es industrial desde 1869 (aunque la idea no tiene nada de nueva, pues Aristóteles narra cómo los marineros griegos del siglo IV a.C. desalaban agua marina por evaporación y condensación); se utiliza en muchos países, entre ellos México, pero tiene un costo. El agua de los hielos permanentes es dulce, pero no es fácil tener acceso a ella. Del 1% restante, poco más de la mitad está en las primeras capas de la superficie, atrapada en rocas, y tan sólo una fracción (0.03%) está disponible como agua dulce entre glaciares, lagos y ríos. En el cuadro II.1 se muestra la cantidad de ella.

FIGURA II.2. La mayor cantidad de agua dulce está en las capas de hielo, aunque es muy poco accesible. CUADRO II.1. Distribución del agua en la Tierra

Por supuesto, estas cifras sólo tienen el propósito de dar una idea de la magnitud del recurso. De hecho, los científicos que las han estudiado consideran que sus

cálculos fácilmente tienen un error de 10 a 15% o más; inclusive hay evidencias, aunque no conclusivas, de que dentro de la corteza terrestre hay muchísima más agua que lo que aquí se cita. Ello se debe principalmente a que las aguas están en continuo movimiento: se evaporan, se condensan, se filtran por la tierra o son arrastradas por los ríos al mar, los hielos de los polos se rompen, migran y se funden… Hay pues tan sólo una pequeña cantidad de agua dulce disponible, que además está muy desigualmente repartida en el planeta. Por ello, para que un país pueda ofrecer la seguridad del suministro a sus habitantes, debe conocer con precisión cuánta del agua global puede captar y aprovechar, y cuánta tiene como recurso en sus mantos subterráneos y lagos. La Tierra es un planeta de agua, pero muy poca está disponible para el hombre, de manera que es necesario hacer un esfuerzo para obtenerla y conservarla.

II.2 ¿DE DÓNDE SALIÓ TANTA AGUA? La Tierra se formó hace unos 5 000 millones de años por la conglomeración de partículas sólidas. La desintegración de las especies radiactivas y la conversión en calor de la energía cinética y potencial del polvo que formó al planeta, elevó la temperatura hasta formar un núcleo líquido de metales que se enfrió liberando gases volátiles que formaron una atmósfera de agua, gases de carbón y de azufre, y halógenos (flúor, cloro, bromo y yodo). Se calcula que este proceso tomó 500 millones de años. Cuando la temperatura era de 600° C, casi todos esos compuestos estaban en la atmósfera, pero al descender por debajo de 100° C, el agua y los gases ácidos se condensaron, reaccionando con la corteza terrestre y formando los primeros océanos. Los mecanismos por los que esto sucedió son todavía un gran misterio, aunque se han sugerido dos caminos: un enfriamiento rápido por el cual el agua y el ácido clorhídrico se condensaron formando océanos calientes y ácidos que reaccionaron vivamente con la corteza, o un enfriamiento lento en el que el agua de la atmósfera fue atrapada por las rocas: en este segundo caso la atmósfera habría sido rica en bióxido de carbono y no habría habido océanos, siendo nuestro planeta como ahora es Venus; los océanos, en este caso, se habrían formado más tarde. En todo caso, la presencia de bacterias y posiblemente algas en rocas de hace 3 000 millones de años indica que para ese tiempo la temperatura era ya inferior a 100° C y ya se habían formado los océanos. Además, es muy probable que los gases ácidos originales hubiesen sido ya neutralizados por las reacciones con los minerales de la corteza y que ya no hubo más liberación de ellos. Así que la composición de los océanos muy probablemente ha sido la misma desde entonces. Los principales compuestos disueltos en el agua de

mar se muestran en el cuadro II.2. CUADRO II.2. Principales constituyentes en un kilogramo de agua de mar

El único compuesto que faltaba en aquel entonces era el oxígeno, pues este gas no provino del enfriamiento de la corteza. Las primeras cantidades de oxígeno se formaron por la fotodisociación del agua, es decir, por el rompimiento de moléculas de agua debido a la acción de los rayos ultravioleta del Sol.1 Más tarde, cuando hubo organismos capaces de efectuar la fotosíntesis, se enriqueció la atmósfera en este compuesto. El volumen total del agua en el planeta ha permanecido estable desde ese entonces. El balance local entre tierra y mar es otra cosa: de hecho, en los últimos dos y medio millones de años los cambios han sido grandes, incluyendo destacadamente varios avances y retrocesos de los glaciares. La principal causa de estos cambios se ha debido al clima. Hasta ahora la climatología ha sido dictada fundamentalmente por las fuerzas naturales, pero la creciente actividad industrial humana caracteriza el régimen de balance de agua y calor con una gran inestabilidad. Por ejemplo, las observaciones del nivel promedio del mar en los últimos 60 a 80 años muestran un incremento promedio anual de 1.2 milímetros: ello implica que 430 km3 de reservas acuáticas de la Tierra están pasando al mar cada año. Finalmente, un comentario sobre la composición del agua en nuestro planeta. El agua “incolora, inodora e insípida” es aquella químicamente pura. En la naturaleza no hay tal: justamente por la gran capacidad de disolución de este líquido. Su “presentación” en los anaqueles del planeta varía: desde agua con un enorme

contenido de sólidos (como el agua salada de los mares) hasta otra potable, sin contar la contaminada a la que me referiré más adelante. Y algo sobre la composición del agua. El agua de mar tiene en promedio 3.5% de sales disueltas, cuyos extremos se encuentran en el Mar Muerto, que tiene 30%, y en el Golfo de Finlandia que tiene 0.3%. Los hielos que se forman del agua marina tienen un proceso natural de desalación: cuando se forma, puesto que es agua de mar congelada, incorpora el 3.5% de sales, pero para el verano la salinidad baja a 0.4%; y si el hielo subsiste un año, su salinidad puede llegar a 0.1%. Al evaporarse, el agua pierde sus sales, de modo que el agua atmosférica es dulce (sin sales). Al precipitarse y fluir por la tierra y los ríos corre como agua dulce, aunque su capacidad de disolución hace que incorpore las sales que encuentra a su paso, así que puede tornarse muy salada. La salinidad de un río (que varía grandemente) es, sin embargo, aproximadamente 300 veces menor que la del mar. De cualquier suerte, hay un movimiento natural de agua entre tierra y mares que se llama ciclo hidrológico.

II.3. LA EVAPORACIÓN El agua en nuestro planeta está en continua transformación: se evapora, cae en forma de lluvia, se filtra por la tierra y fluye en los caudales de los ríos. A grandes altitudes o en las latitudes altas se halla presente en forma de hielo o nieve y éstos, a su vez, se transforman también. La ciencia de la hidrología estudia todos estos movimientos y sus observaciones conforman lo que se conoce como el ciclo hidrológico. Éste comprende todos los desplazamientos del agua que forman varias trayectorias que alcanzan 15 kilómetros de altitud, en las nubes más altas, y profundidades hasta de 1 km, en las infiltraciones más profundas. El agua que existe a mayores profundidades no participa en el ciclo hidrológico. En el ciclo hidrológico están presentes muchos fenómenos físicos: el agua se evapora de la tierra y los océanos; el vapor de agua flota por su baja densidad y es arrastrado por las corrientes de circulación de aire atmosférico hasta que finalmente se precipita como lluvia, granizo o nieve. El agua que cae puede ser interceptada y asimilada por las plantas, y de ellas ser transpirada y devuelta a la atmósfera; puede fluir por la tierra hacia corrientes o ríos o filtrarse a depósitos subterráneos, o bien llenar las depresiones formando lagos, de donde más tarde se evaporará de nuevo. La figura II.3 muestra esquemáticamente todos estos procesos. La cantidad de agua comprendida en el ciclo hidrológico permanece esencialmente constante, aunque localmente cambia y mucho. El comportamiento del ciclo hidrológico lo dicta fundamentalmente el clima, y éste varía de lugar a lugar y también en el tiempo. Más aún, existen factores locales, como el cambio de vegetación o la ocurrencia de fenómenos geológicos (como la actividad de un

volcán) que pueden afectar grandemente al ciclo hidrológico. La actividad humana, por su parte, tiene una gran influencia: el crecimiento de las ciudades y la interrupción de ríos por presas o sistemas de riego afecta también el movimiento natural del agua.

FIGURA II.3. El agua en la naturaleza está en constante transformación. El ciclo hidrológico es la representación de este cambio.

El ciclo hidrológico evidentemente no tiene principio ni fin puesto que los muchos procesos que lo componen están inter-conectados. Así que, para empezar, cualquier lugar es bueno y podemos hacerlo por el proceso de evaporación, que es el que lleva la humedad de la superficie del planeta a la atmósfera. L a evaporación es un intercambio de moléculas entre un líquido y un gas; el fenómeno inverso se llama condensación. El balance entre la evaporación y la condensación depende de la temperatura del líquido, de su pureza, de la humedad del aire (es decir, de cuánta agua disuelta hay en él), del viento y de otros factores. Para comprender el proceso de evaporación, podemos imaginar lo que sucede en el ámbito microscópico: en todos los cuerpos las moléculas se hallan en movimiento continuo, tanto más vivo cuanto mayor sea la temperatura del cuerpo. Cuando un líquido y un gas están en contacto a través de una superficie, algunas de las moléculas del líquido consiguen escapar hacia el gas en tanto que otras de éste son atrapadas por el líquido; las moléculas que consiguen escapar constituyen la evaporación y las que son atrapadas por el líquido forman la condensación. Fenómenos semejantes suceden entre el hielo y el aire. En general las atracciones son más intensas en el líquido que en el gas: en éste las moléculas se encuentran prácticamente libres, de manera que las moléculas del líquido deben adquirir la energía suficiente para pasar de un medio más “pegajoso” a otro libre; además, al escapar, la molécula se lleva consigo la energía de movimiento que adquirió, reduciendo la energía total del líquido.

FIGURA II.4. Las moléculas están en continuo movimiento; en el gas se hallan más libres y su movimiento es más agitado, en tanto que en el líquido experimentan mayores atracciones entre ellas: mientras unas “caen” al líquido, otras “escapan” al gas, manteniendo el número constante en uno y otro.

Así que, para que se produzca y mantenga el fenómeno de evaporación, es necesario que una fuente externa de calor suministre la energía necesaria que será menor en la medida que las moléculas tengan ya de por sí mayor movimiento, es decir, mayor temperatura. La fuente principal de calor para evaporar el agua en la naturaleza es el Sol. Los procesos de evaporación y condensación compiten entre sí estableciendo un cierto equilibrio, aunque el proceso de evaporación se produce con mayor celeridad y, en general, hay una transferencia neta de moléculas del líquido al gas. La capacidad del aire para recibir más de las moléculas que escapan del líquido varía de acuerdo con su saturación de humedad: la evaporación predomina sobre la condensación mientras la humedad relativa del aire es baja, y el proceso esencialmente se detiene cuando llega al 100%. Cuando esto ocurre, el número de moléculas que escapan del líquido es esencialmente igual al que regresa, por lo que el proceso de evaporación y el de condensación se equilibran. En una situación real, un lago por ejemplo, existen varios fenómenos entrelazados que gobiernan la evaporación del agua. Desde luego, la temperatura del líquido constituye un factor muy importante, pero la evaporación se verá afectada por otras causas. El viento actuará de varias maneras: al eliminar las moléculas que acaban de escapar del líquido, impedirá que regresen por condensación y habrá otras que ocupen su lugar. Si el viento es caliente proveerá mayor energía para acelerar el proceso de evaporación, pero si es frío detendrá el proceso quizás hasta invertirlo, favoreciendo la condensación. Este fenómeno se conoce como advección. Los sólidos disueltos en el agua también afectan la evaporación, pues introducen atracciones adicionales en el seno del líquido que hacen que las moléculas se “peguen” más. Aproximadamente, en el agua por cada 1% de salinidad, se reducirá en 1% la evaporación; así, el agua marina con 3.5% de sales disueltas se evapora 3% menos que el agua dulce. Otro efecto de la materia disuelta en el agua es que refleja la radiación solar y por consiguiente reduce la cantidad de energía transferida a ella. El resultado es una menor evaporación. El agua no solamente se evapora de las superficies líquidas libres, como las de lagos y mares. Todo cuerpo húmedo intercambia su contenido de agua con el aire de los alrededores de forma esencialmente idéntica a la descrita, salvo que existen fuerzas adicionales que modifican este proceso. En un suelo húmedo, por ejemplo, las moléculas de agua están sometidas, además de a la atracción entre sí, a la atracción de las moléculas de la Tierra, lo que reduce la velocidad de evaporación. Además, existe menor cantidad de agua en contacto con el aire que en una superficie líquida, de manera que para mantener una evaporación constante es necesario que de capas más profundas de la Tierra salga agua en mayor cantidad que la que haya en el aire que la recibe. Cuando baja mucho el contenido de humedad de la Tierra o sube mucho la del aire, la evaporación cesa.

Los primeros cinco centímetros de la capa de tierra ejercen un control definitivo en el ritmo de la evaporación, pues cuando la tierra está completamente seca no produce evaporación, ya que la superficie actúa como aislante. El subsuelo puede estar completamente húmedo, pero el movimiento vertical del agua no se produce. La textura del suelo afecta también la evaporación. Un suelo rugoso induce un movimiento capilar de desplazamiento del agua. Las fuerzas capilares se deben a las fuerzas atractivas que existen entre las moléculas del agua y las moléculas de la tierra. Estas fuerzas contrarrestan la fuerza de gravedad y causan un ascenso del agua por los pequeños conductos que forman el suelo rugoso: entre más pequeños sean los conductos es menor la masa de agua dentro de ellos y por lo tanto puede ascender más fácilmente. Así que la rugosidad del suelo puede en cierta medida suplir la falta de humedad de las capas superiores para dejar escapar el agua. El color del suelo modula también la evaporación. De él depende qué tanto se reflejan los rayos solares y, en consecuencia, el tanto de energía que se suministre al proceso. Los suelos claros reflejan más la luz del Sol y tienen menor evaporación que los suelos oscuros. La presencia de vegetación reduce la evaporación directa del suelo, pues crea una capa aislante, protege al suelo de los rayos solares e impide que el viento arrastre la humedad superficial. En estos suelos el proceso de evaporación del agua superficial se lleva a cabo por medio de las plantas, a través de su transpiración. La transpiración de las plantas se efectúa a través de las hojas, al absorber éstas la radiación solar necesaria para la fotosíntesis. Las hojas se calientan y pierden el agua contenida en sus espacios intercelulares a través de unas pequeñas válvulas llamadas estomas, que son poros formados por dos células en forma de media luna que aumentan su volumen al fluir agua hacia ellas y, al hacerlo, el poro se abre. Cuando han dejado pasar el agua, se contraen y cierran el poro. Así la hoja controla la pérdida de agua. Al perder agua por evaporación, se descompensa el equilibrio en la planta, así que hay fuerzas capilares semejantes a las que se inducen en los suelos rugosos y de la misma manera se provoca un ascenso del agua, de las raíces hacia el tallo, arrastrando nutrientes y alimentando así a la planta; el exceso se observa en forma de rocío por las mañanas.

FIGURA II.5. El rocío que aparece en las mañanas sobre las hojas es una manifestación del proceso de respiración.

FIGURA II.6. El agua disuelve los nutrientes que son absorbidos por capilaridad a través de las raíces y distribuidos a la planta. Por los estomas se evapora en las hojas, proporcionando la fuerza motriz para arrastrar más agua.

II.4. EL VAPOR ATMOSFÉRICO Y LA PRECIPITACIÓN Una vez que el agua se ha evaporado, se incorpora a la atmósfera en forma de vapor. Fundamentalmente toda el agua de la atmósfera se encuentra en esta forma; el líquido que hay en la precipitación pluvial y en las gotitas de agua de las nubes, o el sólido

de la nieve y el granizo, ocurren temporalmente y en zonas muy localizadas. La cantidad de agua en la atmósfera es relativamente pequeña: constituye un cien milésimo de toda el agua del ciclo hidrológico, y si toda ella se precipitara, formaría una capa de apenas 2.5 cm de espesor en la superficie del planeta. Sin embargo, a pesar de constituir una parte modesta del ciclo hidrológico, el vapor atmosférico tiene un papel muy importante, pues cierra el ciclo al precipitarse en forma de lluvia, nieve o granizo y así contribuye a distribuir el agua en el planeta. Además, las nubes forman una capa que permite pasar la radiación solar que llega a la Tierra, pero impide que la radiación reflejada por la superficie de la Tierra escape de nuevo al espacio. Esto tiene una función reguladora sobre la temperatura de nuestro planeta, que descendería drásticamente si no hubiese vapor atmosférico. Dicho sea entre paréntesis, por esto los desiertos son muy calientes en el día y muy fríos en la noche. La cantidad de vapor atmosférico depende no sólo de la evaporación local, sino también de los desplazamientos horizontales de éste. Entre menor sea la temperatura del aire habrá menos vapor y como ella desciende con la altitud, el contenido de vapor atmosférico disminuye a grandes alturas. A más de 8 km de altura ya no hay vapor de agua. La humedad del aire disminuye con la altitud, así como la presión y la temperatura; es por eso que los aviones que vuelan a 8 000 m, requieren de equipo especial para mantener un ambiente apropiado para los pasajeros. En el cuadro II.3 se muestran algunos valores indicativos de la relación entre altitud, presión, temperatura y humedad. Estos datos, por cierto, han sido calculados para distancias medidas verticalmente sobre el nivel del mar. Por supuesto que la temperatura en la Ciudad de México no es de 2° C, pues el suelo, por un lado, y las nubes, por el otro, regulan la temperatura. CUADRO II.3. Valores indicativos de la relación entre humedad del aire, altitud, presión y temperatura

El aire experimenta desplazamientos horizontales y verticales. Los primeros arrastran el vapor y contribuyen a distribuir la humedad en la atmósfera. Los segundos llevan el vapor de agua a capas más altas de la atmósfera que, por ser más frías, provocan su condensación. Los vientos son resultados del calentamiento de la atmósfera por el Sol. Durante el día, la tierra se calienta y el aire sobre ella asciende, lo que provoca un desplazamiento del aire más frío del mar hacia tierra (brisa marina). En la noche el proceso se invierte, acarreando la humedad terrestre al mar. Esto mismo sucede a mayor escala y en “cámara lenta” con la humedad de las masas continentales: se mueve hacia el mar en la estación fría y en sentido inverso en la estación caliente. El vapor atmosférico es arrastrado por las corrientes de aire, atravesando capas de distinta temperatura. En algún momento sufre el proceso de condensación, el proceso inverso a la evaporación. El agua pasa de la fase gaseosa a la fase líquida, en la cual las moléculas se agrupan por efecto de su atracción. Por efecto de la condensación, el agua se desprende de la atmósfera y finalmente cae a tierra. Si la temperatura del ambiente es superior a 0° C, el vapor se condensa en gotitas de agua líquida; si es inferior se solidifican formando cristalitos de hielo, conocidos como granizo. En determinadas condiciones, cuando tanto la temperatura como la presión es baja y la densidad del vapor es alta, puede suceder otro fenómeno que es el paso directo del vapor a la fase sólida; el proceso se llama sublimación inversa y da lugar a la formación de copos de nieve.

FIGURA II.7. La diferencia de temperaturas entre el día y la noche invierte el sentido del desplazamiento de la humedad superficial del mar a tierra.

En su primera formación, las gotitas de agua o los cristalitos de hielo son muy pequeños, de 5 milésimas a 5 centésimas de milímetro. Estas gotitas o cristalitos son tan pequeños que flotan libremente en el aire y forman las nubes. Si la densidad de las gotitas aumenta, se conglomeran en gotas más grandes, de una a cinco décimas de milímetro, dando lugar a la lluvia. Las nubes se forman porque el vapor de agua atmosférico se enfría y pasa de la fase gaseosa a la fase líquida. La temperatura a la que esto sucede se llama temperatura de rocío y dependerá de la presión atmosférica y de la densidad del vapor. En algunas condiciones, particularmente cuando no hay gotitas de agua en el aire, la temperatura puede descender por debajo de la temperatura de rocío sin producirse el fenómeno de la condensación, dando lugar a la llamada atmósfera supersaturada. Ésta es muy inestable y a la menor perturbación varias moléculas de agua se agrupan

y forman una gota que se llama núcleo de condensación. Puede también suceder que haya partículas sólidas flotando que atraigan a las moléculas de agua y actúen como núcleos de condensación. La sal es un excelente núcleo de condensación pues tiene gran atracción para el agua, de manera que cerca de los suelos fríos o en el mar, donde hay un alto contenido de sal en la atmósfera, es relativamente frecuente que esto que describimos suceda: es el fenómeno de la niebla. Cuando cae la lluvia puede pasar una de cuatro cosas: 1) volver a evaporarse al caer o poco después de hacerlo; 2) ser interceptada por la vegetación y más tarde evaporarse por las hojas; 3) infiltrarse y formar parte de la humedad del subsuelo o de capas más profundas o 4) incorporarse al flujo de un caudal que la lleve a los lagos o al mar. Las grandes manchas urbanas provocan principalmente el primer fenómeno, la reevaporación, pues las superficies pavimentadas o construidas son impermeables y no pueden retener el agua que reciben. El alcantarillado, por su parte, conduce el exceso de agua por lo general lejos de las ciudades. Así se provoca una seria interferencia local con el ciclo hidrológico. La única salvedad se da en los parques, donde penetra una poca de agua al subsuelo. Ésta será menor cuanto más pequeñas sean las áreas verdes en las zonas construidas. Cuando el agua penetra al subsuelo, es gradualmente conducida a capas más profundas y puede penetrar a través de los mantos rocosos subterráneos pasando a través de sus pequeñas hendiduras por el fenómeno conocido como percolación. De esta manera, el agua adquiere parte de las sales del suelo que se disuelven en ella. La infiltración depende de las características del suelo: en ausencia de vegetación, la tierra puede compactarse por el impacto de las gotas de lluvia y formarse una capa impermeable que impida que el agua penetre a zonas más profundas. Esto es particularmente notable en terrenos arcillosos. Por el contrario, no sucede en terrenos areniscos que son más difíciles de compactar. A la velocidad con la que el agua penetra un suelo se le llama ritmo de infiltración y la máxima velocidad a la que sucede es la capacidad de infiltración.

FIGURA II.8. Las áreas verdes, además de servir de esparcimiento, permiten la absorción de la lluvia.

La vegetación aumenta el ritmo de infiltración, pues por una parte protege el suelo de la evaporación y por otra las raíces conducen el agua a capas más profundas del subsuelo, de donde puede empezar a percolarse. Cuando la tierra está seca, las fuerzas capilares que dependen de las atracciones entre las moléculas de agua y las de los poros de la tierra, actúan para acelerar el proceso de infiltración, más que la propia gravedad. El fenómeno que dicta la absorción del agua cuando empieza a llover es la infiltración, pero a medida que la tierra se satura, el agua comienza a llenar las cavidades hasta formar corrientes que la arrastran siguiendo la pendiente del suelo. Esto forma una parte muy importante del ciclo hidrológico y constituye el drenaje natural de las cuencas. En valles naturalmente cerrados, como el de México, la cuenca no puede drenar y se forman grandes depósitos en lagos. Cuando la actividad humana interfiere con estas funciones se pueden provocar inundaciones que, como veremos más adelante, llegan a tener efectos devastadores. El agua que penetra por percolación en las capas más profundas forma mantos subterráneos, algunos de los cuales quedan atrapados por rocas superiores y están sometidos a grandes presiones. Los mantos subterráneos, en algún momento, pueden llegar a una depresión superficial y entonces el agua aflora; aunque pueden no hacerlo y quedar bajo tierra formando los llamados mantos fósiles. El agua subterránea es mucho más difícil de observar y medir que la superficial, de manera que los científicos han tenido que idear métodos refinados para determinar su movimiento. Un método muy estudiado consiste en medir las relaciones de los isótopos de los átomos constituyentes del agua: el hidrógeno y el oxígeno. Los isótopos son variedades de un átomo que son químicamente idénticas pero difieren en su composición nuclear. En la naturaleza hay isótopos más abundantes que otros, y sus proporciones son bien conocidas, de manera que cualquier desviación de las proporciones naturales puede servir de “marca” para

identificar el agua, y relacionarla con su origen.

FIGURA II.9. El Matterhorn, en los Alpes suizos, muestra los efectos característicos de la erosión glaciar. La forma puntiaguda de su cima se debe a la erosión de los glaciares.

En su fase sólida, hielo o nieve, el agua recorre el ciclo hidrológico de manera semejante al agua líquida. Lo equivalente a los ríos, para el hielo, son los glaciares, masas de hielo en movimiento que cubren las tierras emergidas. Los glaciares se originan en la llamada línea de las nieves, que es el límite inferior de la zona en donde hay nieve todo el año. Este límite varía con la latitud, desde el nivel del mar en los polos hasta una altitud de 5 000 m en el ecuador. En todos los continentes, excepto en Australia, hay glaciares; en los polos son un elemento normal del paisaje, pero a medida que nos acercamos al ecuador son más infrecuentes, pues solamente se les localiza en las montañas más altas.

II.5. LOS RÍOS, LAGOS Y CUERPOS SUPERFICIALES Al caer el agua se acomoda según el relieve del terreno: puede escurrir o infiltrarse, acumularse en las montañas como nieve o en las depresiones como lagos. Al paso de los años ha generado no solamente la orografía sino también las divisiones políticas: los ríos y lagos proveen fronteras naturales entre regiones y países. Los ríos transportan 35 000 km3 de agua anualmente, la mitad de la cual es acarreada por los tres más caudalosos: el Amazonas, el Congo y el Misuri-Misisipi. Algunos ríos destacan por su importancia como vínculos entre países y regiones, como el Misuri-Misisipi, tercero en longitud (considerados ambos ríos como un solo sistema). Este río surge en las Montañas Rocallosas del norte, drena la gran planicie

central de los Estados Unidos y divide políticamente a 11 de los 12 estados que atraviesa. Ha sido un elemento central en el comercio de esa región de los Estados Unidos y consecuentemente un foco de conflicto durante la guerra civil del siglo XIX. Otro río de singular importancia comercial, política y cultural, aunque no destaque ni por su longitud ni por su área de influencia, es el Rin, que nace modestamente en los Alpes centrales a 2 700 metros de altitud, cerca del lago Constanza, en Suiza, y desemboca en el Mar del Norte en Rotterdam, Holanda, después de haber delimitado fronteras en Suiza, Alemania y Francia y atravesado Holanda de oeste a este. Este río es rico en leyendas a lo largo de sus márgenes, como las del Cantar de los nibelungos, que datan de la era en la que los germanos adoraban a sus dioses en los bosques que cubrían casi por completo el territorio que hoy ocupa Alemania. El Danubio es el río que más países atraviesa: Alemania, Austria, Eslovaquia, Hungría, la antigua Yugoslavia, Rumania, Bulgaria y Ucrania, probablemente más recordado por su paso por Viena, la capital de Austria, y la música que inspiró. Los principales ríos del mundo, con la extensión de su área de influencia, aparecen en el cuadro II.4. Los ríos se alimentan de la lluvia, los escurrimientos super-ficiales, las fuentes subterráneas y de la fusión de las nieves de las montañas. Todas las aguas que concurren a alimentar a un río forman lo que se conoce como su cuenca, es decir, el área drenada por él, que aparece en el cuadro. Al correr hacia el mar, arrastran sólidos y nutrientes que benefician a la vida acuática, pero también elementos indeseables cuando se descargan sobre ellos productos contaminantes de la actividad industrial.

FIGURA II.10. En el mapa se pueden apreciar los ríos y lagos más importantes del mundo. CUADRO II.4. Principales ríos del mundo

Ellos son la causa principal de la formación del relieve terrestre. Un río joven corre a lo largo de un valle formando un perfil en “V”; al transcurso del tiempo disminuye la erosión vertical y comienza a moverse más lentamente, provocando una erosión horizontal que, por las inundaciones que provoca el río a lo largo del año, va dando lugar a una capa de tierra fértil en sus márgenes. Así, las crecidas del Nilo propiciaron el desarrollo de la civilización egipcia. Más tarde, en la vida del río su

cauce serpentea, formando brazos muertos y meandros. El agua de los ríos acarrea una enorme energía, que normalmente se aprovecha en las plantas hidroeléctricas. México, a pesar de no poseer grandes ríos, tiene una respetable capacidad de generación hidroeléctrica de 9 000 MW, que significa 30% de la capacidad total de generación eléctrica del país. Canadá es el país con mayor aprovechamiento de esta energía. Aunque en el balance total de agua en la Tierra los lagos contienen tan sólo el 0.009% del agua existente, la mayor cantidad de agua dulce depositada en la Tierra está en ellos, constituyendo el 98% del agua superficial disponible. Cuatro lagos contienen poco más de la mitad del total de los recursos, los cuales aparecen en el cuadro II.5. CUADRO II.5. Principales lagos del mundo

Como todos los recursos hídricos, los lagos no están distribuidos por igual, sino que se concentran en Canadá y Estados Unidos, África y Asia. Su papel es muy importante desde varios puntos de vista: como parte del ciclo hidrológico, pues actúan como receptores y amortiguadores de los escurrimientos superficiales, incluyendo los ríos; como grandes evaporadores que regresan agua a la atmósfera, contribuyendo a la estabilidad de la humedad en ella y al ciclo de lluvias; y por su capacidad de almacenamiento de calor que contribuye a la estabilidad térmica local, mucho más que la tierra. Por otro lado, desde los albores de la civilización, junto con los ríos constituyen importantes vías de comunicación. Son, además, fuente importante de pesca y otras especies animales que habitan a su alrededor.

II.6. LOS OCÉANOS, LAS CORRIENTES Y LAS MAREAS La gran cobertura que representan los océanos y los mares de la superficie total de nuestro planeta, y que ésta sea de agua, es uno de los secretos de la vida en él. Éstos

cubren una superficie de 354 millones de km2, aproximadamente. La diferencia entre un océano y un mar es arbitraria —básicamente por su tamaño—, como lo son las fronteras entre ellos. En realidad, los mares y océanos están conectados y podrían llamarse el océano mundial; esto es muy interesante, pues este hecho geográfico permite el intercambio de calor y materia entre los grandes cuerpos de agua del planeta. Según un acuerdo internacional, hay cinco océanos y 13 mares, cuyas principales características aparecen en el cuadro II.6. Sucede que en la superficie de estos grandes cuerpos se da un continuo intercambio de calor, humedad, sales y gases entre el agua y la atmósfera. Siendo el agua tan buen conductor del calor, la radiación del Sol recibida provoca que las capas de agua se pongan en movimiento, a lo que contribuye la rotación de la Tierra, movimiento que está tan bien marcado que las corrientes marinas bien podrían llamarse “ríos dentro del mar”. CUADRO II.6. Mares y océanos del mundo

En la figura II.11 se muestran las principales corrientes del planeta, unas frías y otras calientes; unas de poca extensión y otras muy extensas. Las corrientes marinas se conocen bien desde hace mucho, pues de ellas han dependido los navegantes. Fluyen en el sentido de las manecillas del reloj en el hemisferio norte y en sentido contrario en el sur; en el centro del Atlántico tienen un movimiento relativamente lento y forman el Mar de los Sargazos, al que los antiguos marinos le achacaban la pérdida de muchos navíos (aunque esto es un mito) pues es un mar notablemente calmado.

FIGURA II.11. Las corrientes marinas son una manifestación de la rotación de la Tierra y contribuyen a la estabilidad térmica del planeta.

Una corriente de particular importancia para el desarrollo de la civilización europea es la Corriente del Golfo. Esta circulación fluye desde las aguas templadas ecuatoriales hacia el Golfo de México (de donde toma su nombre) y corre por la costa oriental de los Estados Unidos hacia el norte. En la latitud de Groenlandia, las aguas frías que descienden del Ártico le desvían hacia Islandia y desciende por la costa occidental de Europa hasta África. La rotación de la Tierra le impide proseguir al sur y regresa a Sudamérica. Lo importante para el desarrollo de la civilización europea es que esta corriente transfiere enormes cantidades de calor (debido a la gran capacidad calorífica del agua) del ecuador a Europa. Por ejemplo, aunque el Reino Unido y la península de Labrador, en Canadá, están a la misma latitud, el primero es mucho más templado que la segunda. En el hemisferio sur existe una corriente semejante, pero no llega hasta la Antártida por la forma de la costa occidental de África. La Corriente Circumpolar Antártica es la más intensa en el mundo. Sus aguas frías giran a gran velocidad, pues no encuentra islas que atenúen su energía. Por ese motivo, al pasar por la franja relativamente estrecha que separa Tierra del Fuego de la Antártida (1 000 km), se provocan enormes desplazamientos de agua en poco tiempo. Para agravar esto, la región es muy tormentosa, y frecuentemente hay vientos y olas extremas, lo que la hace una de las rutas más peligrosas para la navegación. Por otro lado, el agua que se evapora lleva calor y humedad a la atmósfera, con lo que le da una estabilidad térmica a nuestro planeta. Así, las regiones polares que no pueden acumular el calor recibido del Sol no se siguen enfriando porque la atmósfera y las corrientes reponen ese calor perdido, y las regiones tropicales que absorben mucho del calor recibido no se siguen calentando porque la circulación de la atmósfera las enfría. En ausencia de esta circulación tanto de aire como de agua, nuestro planeta perdería su capacidad de mantener la vida. El movimiento más predecible del océano son las mareas, pues se deben a un efecto combinado de la rotación de la Tierra con la atracción gravitacional de la Luna, que es muy estable. Si la Luna no girase en su órbita, no habría mareas. Las mareas varían grandemente de una parte a otra del mundo y conforme a las posiciones del Sol y de la Luna a lo largo del año. Local-mente se ven afectadas por los relieves de la costa y el fondo del mar. Pero todos estos datos pueden conocerse con la experiencia y, por consiguiente, pueden predecirse las mareas con bastante precisión.

II.7. EL AGUA Y LA VIDA El agua es constituyente necesario de todas las células, animales y vegetales, y la

vida no puede existir en su ausencia ni siquiera por un periodo limitado. El agua que contienen los organismos vivos varía entre los extremos de 97% en los invertebrados marinos hasta 50% en las esporas. El hombre adulto contiene en su organismo 70% de agua en promedio, y en los siguientes órganos y tejidos su porcentaje es el que a continuación se describe:

En los fluidos biológicos, tales como la saliva, plasma y jugos gástricos, el contenido de agua es hasta de 99.5 por ciento. Aproximadamente el 50% del contenido de agua en los organismos se encuentra en las células, 35% en materia no acuosa, 5% en el plasma y el 10% restante, distribuido en el cuerpo. Es el agua la que da la turgencia a las células. El agua es el solvente que promueve la digestión, en la que se rompen los carbohidratos y las proteínas. Los lípidos, aunque no cambian químicamente, se solubilizan en el medio acuoso para su asimilación.

FIGURA II.12. Los seres vivos participan en el ciclo hidrológico global del planeta. En la figura se ilustra de qué manera las plantas y los animales contribuyen al movimiento del agua.

Otro papel muy importante que desempeña el agua es el control de la temperatura del cuerpo mediante el aprovechamiento del calor latente del agua. Este proceso impide que existan zonas demasiado calientes o demasiado frías. La reserva de un humano adulto de peso promedio (70 kg) es de unos 45 kg, de los que se pierden entre 300 y 400 gramos por la respiración y entre 600 y 800 gramos por la evaporación cutánea. Ello disipa un 20% del calor producido por el cuerpo. Los organismos vivos no pueden sobrevivir sin una alimentación mínima de agua, aunque ésta varía grandemente en los reinos animal y vegetal. Un humano adulto ingiere aproximadamente 2.5 litros de agua diariamente por medio de los líquidos y sólidos que toma. En el cuadro II.7 se muestra la cantidad de agua que adquiere un adulto por cada 1.5 kg de comida “sólida” (que contiene 57% de agua). Además, un adulto genera diariamente cerca de 350 gramos de agua acompañados por la liberación de 1.31 kilocalorías de energía por la combustión de la comida. Esta combustión se produce por medio de una serie de reacciones químicas en las que se forman proteínas a partir de los aminoácidos y glicógeno de la glucosa, y en las que resultan hidrógeno y oxígeno que se recombinan en agua. CUADRO II.7. Cantidad de agua contenida en varios alimentos

El agua sirve para irrigar, distribuir nutrientes y remover desechos. La circulación del agua procede por la absorción intestinal, el flujo de la sangre y la diuresis. Las enfermedades relacionadas con el agua están conectadas con las irregularidades en la distribución sanguínea, la composición del agua intracelular y extracelular y la deshidratación. La ingestión de agua y su generación interna por medio de reacciones químicas se ajusta con la pérdida del agua por la excreción, transpiración y pérdida de vapor por la respiración para dar lugar al ciclo hidrológico propio de los organismos.

Éste, a su vez, se acopla al ciclo hidrológico de la naturaleza. El subciclo relacionado con las plantas se completa con el proceso de la fotosíntesis, en el cual se asimilan el vapor de agua y el bióxido de carbono. Los estudios que se han hecho con isótopos trazadores han demostrado que el oxígeno liberado se reconvierte en agua. Esta breve descripción muestra las diferentes formas en las que el agua se liga con la vida, actuando como solvente, dispersante y lubricante. Es además un insumo y producto de las reacciones bioquímicas. Por lo tanto, no es de sorprender que un cambio en las propiedades del agua afecte, en algunos casos fatalmente, a los seres vivos. Por ejemplo, cada especie tiene un límite de temperatura del agua arriba del cual le es peligrosa. En los mamíferos, esta temperatura es de aproximadamente 40° C. La pureza del agua es fundamental: algunas especies químicas son nocivas, y la tolerancia varía según su efecto sobre la vida. Puesto que el agua es tan buen solvente, los contaminantes fácilmente se incorporan a ella y por tanto son llevados a los organismos y asimilados por ellos. El agua químicamente pura es inadecuada para la vida por varios motivos. En primer lugar, es extremadamente reactiva y ataca los delicados procesos vitales. Existe además un equilibrio de sales en las células que el agua químicamente pura rompería con consecuencias fatales, pues tendería a asimilar los sólidos disueltos, robándolos a las células. En el otro extremo, un agua con demasiadas sales tiene un efecto similar por la misma razón. Así, el Mar Muerto tiene una salinidad tan alta que no existe la vida en su seno. Serían necesarios muchos estudios más para conocer con mayor precisión el papel del agua en la vida. Por ejemplo, sobre la manera como el agua participa en la organización de las estructuras moleculares biológicas, estabilizando los biopolímeros. Se sabe que se requiere 30% de agua para mantener la estructura de estas cadenas moleculares, que se derrumban por la deshidratación. Se supone que las fuertes interacciones eléctricas que provocan las ligaduras de hidrógeno contribuyen a esta estabilización e inclusive se han caracterizado algunas de ellas en los elementos constituyentes. Empero, el panorama para los científicos es todavía incompleto.

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Hoy en día esa radiación, sumamente energética, se atenúa por la capa de ozono que es una especie molecular formada por tres átomos de oxígeno.

III. El consumo urbano del agua III.1. LA CAPTURA DEL AGUA AUNQUE EL 80% DEL AGUAque consume el hombre es para usos agrícolas, en el campo el agua se toma y desecha de una forma muy natural. Los habitantes acuden a pozos, ríos o lagos para su procura y normalmente allí envían sus desechos. Siempre y cuando la población (humana y animal) sea de un tamaño relativamente pequeño, los propios agentes naturales se encargan de realizar las tareas de limpieza y los sistemas son estables; o lo han sido por siglos, hasta que la población creció más allá de la capacidad natural de amortiguar su impacto. El 20% restante es para las ciudades y las industrias. Aunque es la menor proporción, en este 20% se centran los problemas del agua, además los ritmos de crecimiento proyectados para el año 2025 son mucho mayores en el consumo urbano (70%) que en el agrícola (17%). Las ciudades, aun las primeras que eran pequeñas, trajeron muy pronto impactos tan fuertes sobre su medio ambiente que se inició su deterioro: se quemaban más árboles que los que naturalmente se reponían; la concentración de hombres y animales trajo cantidades de desechos, particularmente orgánicos, que generaron poblaciones crecientes de parásitos, roedores y otros animales que medraban a costa de la salud humana. Los cuerpos de agua menguaron. Para las pequeñas comunidades bastaban las represas, los aljibes y los pozos. Pero las ciudades son comunidades sedientas por la concentración de sus habitantes y por la actividad industrial que desarrollan. Fue necesario diseñar formas para capturar al agua. Las presas son un elemento fundamental para almacenar el agua destinada a las ciudades. Indudablemente han hecho una contribución significativa al bienestar del hombre, pues regulan las avenidas, riegan regiones mejorando su fertilidad y son importantes elementos en la generación de electricidad.

FIGURA III.1. Las obras hidráulicas aprovechan las fuentes de agua de la naturaleza para su consumo en las ciudades.

Como en toda actividad de transformación de la naturaleza, debe pagarse un

precio, y en algunos casos el costo ha sido excesivo para asegurar esos beneficios, especialmente en términos sociales (comunidades desplazadas y comunidades afectadas río abajo), ambientales (por la fuerte perturbación de los ecosistemas locales) y económicos. No es infrecuente que haya una inequidad en el reparto de los beneficios obtenidos.

III. 2. CÓMO LLEGA EL AGUA A LAS CIUDADES Y CÓMO SE VA La posesión de las fuentes de agua ha sido de extremada importancia para los asentamientos humanos. Los primeros vestigios de civilización se localizan en la vecindad de fuentes, pues su posesión les significaba una ventaja a los grupos ahí asentados, por lo que habrían defendido estos sitios como el tesoro más preciado. Las luchas hace millones de años deben haber sido en grande. Ya en épocas históricas, las tribus continuaban disputando por asegurar su suministro de agua. En el primer libro de la Biblia se narra cómo los pastores de Isaac lucharon en contra de los habitantes del valle de Gerar por la posesión de pozos. Con el desarrollo de técnicas constructivas, los hombres pudieron realizar obras de acarreo, lo que les dio mayor libertad para escoger la ubicación de sus asentamientos, tomando otros factores en cuenta. El segundo Libro de los Reyes narra cómo Ezequías (700 a.C.) “hizo el estanque y el acueducto con que trajo agua a la ciudad” que era un canal de 500 metros cortado en roca viva. En la misma época, Senaquerib, rey de Asiria, construyó un canal para abastecer a la capital, Nínive, que llevaba el agua desde un manantial a 80 km de distancia. Un aspecto notable de esta obra era un acueducto de 300 metros de longitud y que se elevaba 10 metros para salvar un valle. Las piedras del recubrimiento encajaban con exactitud y estaban impermeabilizadas con betún. Los acueductos de esta época se basaban exclusivamente en el escurrimiento por gravedad del manantial a la ciudad, principalmente por la falta de tuberías que resistieran presiones elevadas, de manera que no era posible salvar grandes desniveles. Los griegos aplicaron su gran ingenio mecánico en el desarrollo de sifones. Estos dispositivos consisten en tubos en forma de “U” con brazos desiguales: la acción depende de la diferencia de presión entre los dos extremos. Si uno de ellos está abierto, la máxima altura que puede lograrse es de 9 m, que es lo que da la presión atmosférica; pero si el extremo está sometido a una presión mayor la altura dependerá de la magnitud de esta presión. Para el año 180 a.C., en la ciudad de Pérgamo se construyó el acueducto que posiblemente era el más avanzado de su época. Llevaba el agua desde un manantial en las montañas hasta un tanque de recolección a 55 km de distancia; hasta aquí la conducción era por escurrimiento natural. A partir de este punto, el agua se acarreaba en tuberías a presión para cruzar dos valles, en uno de los cuales un sifón permitía salvar una depresión de 200 m de

profundidad, por lo que la presión debió de haber sido de 20 kilogramos por centímetro cuadrado. Es una incógnita de qué material estaba hecha la tubería, ciertamente no era ni de arcilla ni de plomo. En el mundo antiguo, posiblemente Roma haya sido el pueblo que desplegó la más impresionante actividad en ingeniería hidráulica. Grandes acueductos surcaron los valles del mundo romano: más de 600 kilómetros de acueductos llevaban el agua a la capital del imperio. El agua se conducía a través de conductos, la mayor parte subterráneos, a unos tanques de distribución elevados, de los cuales se llevaba por tuberías de distribución alojadas en zanjas o en túneles. Estos últimos estaban a profundidades hasta de 20 m, con tiros para prevenir que burbujas de aire detuvieran el flujo, así como para inspeccionarlos y limpiarlos. A las casas se distribuía el agua en tuberías de plomo. Los romanos apreciaban mucho el agua; los baños públicos o termae eran sitios de esparcimiento… y para hacer política. La disposición de las casas romanas comprendía un pequeño estanque en la entrada, o atrium, y fuentes en los patios y jardines. Las ciudades disponían de redes de distribución, como puede verse actualmente en Pompeya, cuya red llegaba a numerosas fuentes dispersas por toda la ciudad. Para el primer siglo a.C., el suministro diario de agua a Roma alcanzó 144 000 metros cúbicos, que para una población de 1 000 000 en aquel entonces daba un promedio de 144 litros por día, cifra comparable a la de las ciudades con buen abastecimiento de hoy en día. Pero, además, los romanos eran grandes higienistas, de modo que se preocupaban por seleccionar fuentes adecuadas de agua. Vitruvio, ingeniero hidráulico del siglo I a.C., escribió un tratado en el que se señalaban los cinco criterios básicos: 1) la salud general de la gente que vivía en las inmediaciones del manantial debía ser buena, 2) el agua debía poder ser salpicada en una vasija de bronce y no debía dejar manchas, 3) el agua debía poder hervirse y verterse después sin dejar sedimentos, 4) las verduras debían cocerse rápidamente, y 5) el agua debía ser clara, y no tener musgo ni juncos. Cuando había una evidente diferencia de calidad entre dos fuentes, las aguas no se mezclaban y se utilizaban para distintos propósitos: la del acueducto de Marcia, por ejemplo, era potable mientras que la de Anio Vetus se usaba exclusivamente para lavado de ropa.

FIGURA III.2. En la Roma antigua se daba mucha importancia al agua, como puede apreciarse con esta fuente pública de Pompeya.

FIGURA III.3. Las casas romanas solían tener un estanque en la entrada, llamado pluvium, que recogía el agua de la lluvia.

No hay evidencia de que los romanos utilizaran técnicas para el tratamiento de aguas, salvo una sedimentación en piscinas. Sin embargo, Plinio atribuye al emperador Nerón el invento de hervir el agua y luego almacenarla en recipientes de vidrio para dejarla enfriar; según esto el agua era “más saludable”. En Constantinopla, hoy Estambul, el emperador Constantino creó un sistema de almacenamiento y distribución cuyos elementos sobresalientes eran un gran acueducto de suministro y dos enormes estanques subterráneos para almacenar el

agua: uno (ya desaparecido) llamado el Salón de las Mil y Un Columnas — supuestamente porque tenía ese número de columnas—; y el otro, que a la fecha existe, que tiene 365 columnas de mármol de una altura de 12 metros dispuestas en 28 hileras. Durante la Edad Media la recomposición de la sociedad trajo en general un retroceso. Las ciudades perdieron su vigor y la población se hizo fundamentalmente rural; en el campo, y lo que quedó de las ciudades, se tuvo que recurrir de nuevo a los pozos, pues no había una administración que se encargara del suministro y distribución del agua. La excepción fueron las comunidades monacales, complejas y bien organizadas, que pudieron desarrollar obras de abastecimiento en sus monasterios. En Canterbury, al sur de Inglaterra, un monasterio benedictino de 1153 contaba con pozos internos que utilizaban como reserva y un acueducto que llevaba agua de manantiales cercanos. Al llegar, el agua pasaba por una mampara porosa para quitar las impurezas mayores y se almacenaba en un tanque cerrado. El agua se distribuía por el monasterio a través de tuberías de plomo. El agua fue después compartida con la comunidad. Más tarde, tanto por razones económicas —pues los monjes ya no podían costear el mantenimiento—como de control político, las autoridades civiles se hicieron cargo, aunque no con la misma eficacia, y Europa cayó en épocas de escasez que contribuyeron al incremento de enfermedades. Se salvaba de esta situación el mundo árabe, en España. Los árabes tenían tanto aprecio por el agua como los romanos. Puede verse una imagen de lo que fue en los jardines de construcciones majestuosas como las de la Alhambra, en Granada, España. Los habitantes del México prehispánico construyeron grandes e interesantes obras hidráulicas. Se dice que el palacio de Netzahualcóyotl incluía un sistema de distribución de agua fría y caliente, así como de drenaje. En el México de la Colonia se construyeron obras de gran envergadura, como el acueducto de Otumba, del siglo XVI, obra de un humilde franciscano, el padre Francisco Tembleque. Para salvar el problema que presentaba una cañada, el padre Tembleque dirigió la construcción de una arquería cuyo arco mayor alcanza una altura de 38.75 m, bajo el que pasa holgadamente el tren y es 14 m más alto que la catedral de México. El acueducto distribuye agua a los pobladores vecinos a lo largo de sus 16 km de longitud a través de cajas de agua, lo que convierte al padre Tembleque no sólo en un gran ingeniero de la Colonia, sino también en el primer higienista.

FIGURA III.4. En los jardines del Generalife de la Alhambra se ve el aprecio que tenían los árabes por el agua.

FIGURA III.5. El acueducto de Otumba, estado de Hidalgo, fue una de las primeras obras de acarreo de agua en la Colonia. El padre Francisco Tembleque dirigió la construcción en el siglo XVI.

FIGURA III.6. En los acueductos se construían cajas de agua para que la gente pudiese aprovechar la obra de conducción. Esta caja de agua es parte del acueducto de Zempoala (siglo XVI).

Hasta los siglos XVII y XVIII el agua se seguía distribuyendo por cañerías de madera como se hacía en la antigüedad, pero el avance de la Revolución Industrial hizo posible el uso del hierro colado, con lo que fue posible incrementar la presión de distribución y consecuentemente su cobertura. Sin embargo, el agua llegaba a pocos hogares, de manera que el aguador que llevaba agua por las calles era una figura común en aquel entonces. Los barrios populares tenían, en el mejor de los casos, una toma pública de donde los habitantes tenían que llenar sus recipientes. En las casas de las clases acomodadas no había una distribución interna, de modo que los sirvientes tenían que llevarla de la única entrada al resto de la casa. Ya entrado el siglo XIX los avances tecnológicos permitieron crear los sistemas de bombeo y tuberías que resistieran presiones elevadas para llevar un caudal suficientemente grande de manera que las casas pudieron tener su distribución interna. Para la primera mitad del siglo XIX se tuvieron los primeros cuartos de baño. Se destinó un cuarto de las casas en donde se podía lavar el cuerpo (antes se hacía en las habitaciones con aguamaniles y jarras) y se tuvieron los primeros excusados. Esto se hizo popular, muy lentamente, hasta la segunda mitad de ese siglo: los retretes y las bañeras se hicieron por fin una comodidad más del hogar moderno ¡hace menos de 150 años! Las máquinas de vapor proveyeron la energía necesaria para aumentar la presión en las redes municipales de distribución. Así, con estos dispositivos, la invención de las válvulas de compuerta de Jaime Nasmyth y las nuevas tuberías de hierro colado, fue posible introducir redes internas de distribución en los hogares.

FIGURA III.7. En el grabado, un aparato de purificación de agua del siglo XIX, desarrollado por Gaillet y Huet con base en la adición de un producto químico para eliminar las impurezas y la decantación de los sólidos resultantes a través de diafragmas inclinados.

En paralelo a la solución de los problemas de suministro de agua, hubo que desarrollar técnicas para el desecho de las aguas, principalmente pluviales, para prevenir inundaciones.1 Se han encontrado restos de drenajes en las civilizaciones de Creta y Asiria (2600 a 1600 a.C.). Los romanos construyeron drenajes pluviales en la Cloaca Máxima de Roma que todavía están en uso, y eran principalmente zanjas a cielo abierto que solamente hasta su incorporación a la cloaca se hacían subterráneos. La función principal era desaguar la lluvia y estaba prohibido arrojar desechos, aunque los habitantes lo hacían con frecuencia, lo que provocó una contaminación sustancial del río Tíber. En ese entonces no se relacionaba la suciedad del agua con las enfermedades, por lo que la población de menores recursos que no tenía acceso a otras fuentes tomaba agua del río. Ahora podemos imaginar qué tan grandes epidemias debió de haber entre esa población. En la Edad Media las casas de las familias más acomodadas tenían unas fosas sépticas a las que llegaban las aguas negras. Esto se hacía para aprovechar los desechos, muy apreciados como fertilizante, y no tenía nada que ver con cuestiones de salud. Cuando se llenaban las fosas, unos trabajadores las vaciaban y los residuos los llevaban a sus hortalizas o los vendían. Hacia el Renacimiento, hubo un resurgimiento en la construcción de drenaje pluvial, pero en el que se continuó la práctica romana de descargar los desechos. En las últimas décadas del siglo XIX se unieron los esfuerzos para desahogar de agua pluvial y evacuar los desechos en lo que fueron los primeros drenajes municipales. La combinación del agua con los desechos semisólidos hacía más fácil

su desalojo. Sin embargo, estos drenajes solamente llevaban el agua de las ciudades hacia el campo, en donde las aguas pluviales y las aguas frescas se contaminaban. Cuando se daba tratamiento al agua era para usos específicos; por ejemplo, como los sedimentos arrastrados causaban problemas a los tintoreros, el inglés Jaime Simpson desarrolló en 1829 un filtro de arena para este propósito, lo que marcó el inicio de los modernos sistemas de tratamiento de agua. Sin embargo, no era clara en aquel entonces la relación entre la salud pública y la calidad del agua. A mediados del siglo XIX hubo un brote de cólera en una barriada del centro de Londres, y el respetado médico Juan Snow no pudo demostrar que se debió a la contaminación por excrementos en un manantial vecino, aunque tenía el convencimiento de que así lo era. Fue hasta la década de 1860, cuando las investigaciones de Luis Pasteur, Roberto Koch y otros científicos demostraron la existencia de las bacterias, que se sentaron las bases para un tratamiento científico del agua. A partir de 1885, en Londres se impusieron análisis sistemáticos para verificar la ausencia de organismos nocivos en las redes de distribución. Hasta finales del siglo XIX los principales criterios para juzgar la calidad del agua potable eran su transparencia, la ausencia de olor y de sabor, y la ausencia de efectos nocivos apreciables, no demasiado distintos a los que sugería Vitruvio en la Roma imperial. Pero fue realmente en el siglo XX cuando se alcanzó un conocimiento suficiente para garantizar un grado de calidad seguro para el agua potable, aunque pocos se daban cuenta —o querían darse cuenta—de que las descargas de aguas contaminadas sin un tratamiento adecuado estaban generando un problema serio de salud pública. En la década de los sesenta por fin se empezó a despertar una conciencia de la contaminación y sus efectos negativos en el hombre; empezó la educación sobre la preservación de nuestro ecosistema y la sociedad consciente presionó a los gobiernos para que emitiera leyes que obligaran a la industria y a la sociedad en su conjunto a tratar los efluentes y evaluar los efectos de la contaminación.2

III.3. EL TRATAMIENTO DEL AGUA QUE RECIBEN LAS CIUDADES El agua en la naturaleza tiene impurezas suspendidas o disueltas, resultado de su continuo movimiento, que deben ser eliminadas para su uso. Será necesario filtrarla y sedimentarla para quitar los materiales suspendidos y darle un tratamiento más profundo para eliminar los contaminantes disueltos. Cuando el agua se toma de un río, el ingeniero debe decidir si éste en su mínimo caudal puede satisfacer los requerimientos de la comunidad. El calor del verano reducirá la corriente por evaporación y al mismo tiempo incrementará la demanda. Así, un cálculo cuidadoso

indicará la necesidad de presas o vasos reguladores. Éstos requieren de la consideración de muchos factores importantes: que no haya escurrimientos por debajo de la cortina; que las pendientes de la presa sean moderadas para que no se produzcan derrumbes, aun en el caso de que se sature de humedad la tierra, etc. La cortina debe ser lo suficientemente pesada para que no ceda por la presión del agua y deberá haber vertederos que conduzcan el exceso de agua en caso de avenidas. El agua fluye al sistema de suministro a través de tomas en las que se colocan filtros gruesos para impedir la entrada de objetos flotantes y que, en su interior, tienen filtros más finos que detienen las hojas, vegetación acuática y peces. Los filtros requieren de mantenimiento frecuente que en los grandes sistemas lo proporciona un artefacto mecánico. Una parte considerable del agua para suministro proviene de fuentes subterráneas cuya extracción requiere la perforación de pozos. Ésta se hace por medio de una broca que se deja caer desde una torre montada en la plataforma de un camión, a la que se da movimiento rítmico ascendente y descendente, dejando ir el cable poco a poco a medida que progresa la perforación. En terrenos poco firmes los pozos se refuerzan con tubos concéntricos que van extendiéndose hacia abajo como un telescopio. Existen varias técnicas para incrementar el rendimiento de un pozo, incluyendo la perforación de ramas radiales en el acuífero que pueden penetrarlo hasta varias decenas de metros.

FIGURA III.8. Las aguas subterráneas han sido aprovechadas por medio de la excavación de pozos. En algunos pozos profundos las aguas ascienden por su propia presión: son los pozos artesianos, llamados así porque fueron construidos por primera vez en Artois, Francia. La figura muestra un grabado de 1886 de un pozo artesiano en Argelia.

Normalmente el agua se extrae con una bomba centrífuga. Ésta consiste en un conjunto de paletas montadas en un eje largo que llega de la boca del pozo, en donde está el motor, hasta el acuífero. Una variedad es sumergir el motor sellado que impulsa las paletas. Otra forma de extracción se efectúa mediante la inyección de aire comprimido al fondo del pozo por medio de una tubería llamada eductor, lo que provoca que se forme una mezcla de aire y agua, más ligera que el agua, y que por lo

tanto flota hacia arriba; tiene la ventaja de no requerir partes móviles y de oxigenar el agua. Su principal desventaja es la baja eficiencia. En general los acueductos continúan construyéndose aprovechando las pendientes, que deben ser lo suficientemente marcadas para que el agua fluya, mas no demasiado para evitar presión excesiva. Para salvar montañas, se incluyen sifones y, si esto no es suficiente, el agua se bombea.

FIGURA III.9. En el siglo XIX se construyeron ingeniosos dispositivos para extraer agua del subsuelo, como las bombas que aquí se muestran.

Normalmente estas vías de agua las conforman tubos cerrados, aunque hay tramos que pueden estar al descubierto. A fin de llevar el agua con eficiencia, la línea debe tener la mínima superficie para el volumen transportado; geométricamente, la mejor solución es un tubo de sección circular, aunque en el caso de grandes volúmenes no es práctico en cuestión de la resistencia de los materiales y se construyen canales de sección transversal en forma de herradura, lo que brinda

mayor simplicidad en la construcción. El concreto preesforzado es un magnífico material de construcción. Otro buen elemento es el hierro fundido que puede fabricarse de modo que resista grandes presiones; el principal problema es que si el contenido de sales del agua es muy alto la corrosión también lo es. Esto puede corregirse por medio de recubrimientos. Los tubos de asbesto son fáciles de moldear e instalar y ofrecen una solución muy práctica. Los acueductos terminan en los sistemas de purificación y tratamiento de aguas. Una vez conducida el agua a su destino de uso, es tratada para hacerla agradable, de buen sabor y dejarla libre de sustancias peligrosas para la salud o inadecuadas para su uso industrial o doméstico. Existe una variedad de procesos para darle este tratamiento. Los más importantes son el almacenamiento, la aireación, la coagulación, la sedimentación, el ablandamiento, la filtración y la desinfección. Otros procesos físicos y químicos se emplean con el fin de tratar aguas contaminadas con sustancias más difíciles de eliminar, pero con la descripción de los anteriores se puede tener una buena idea del esfuerzo que significa disponer de agua fresca pura y cristalina. El agua se almacena por periodos largos (más de un mes) antes de entrar a las plantas de tratamiento con el objeto de que sedimente la mayor cantidad posible de partículas sólidas suspendidas. Esto, además, reduce el contenido de bacterias.

FIGURA III.10. Entre 1943 y 1951 se introdujo el agua del río Lerma para abastecer a la Ciudad de México. En las fotografías se muestran las obras de conducción y tratamiento que están en la segunda sección del Bosque de Chapultepec. La fuente es obra de Diego Rivera.

Después empieza el tratamiento. Primero se airea el agua, esto es, se mezcla con aire por medio de agitadores, cascadas en charolas o por aspersión a través de boquillas. El propósito de este proceso es suprimir el bióxido de carbono disuelto, que causa corrosión, y eliminar malos olores y sabores. El siguiente paso es someter el agua a la coagulación, es decir, a un proceso en el que se provoca que las partículas mayores que forman coloides sedimenten. Esto se logra por la adición de productos químicos como aluminato de sodio, sulfatos de hierro y de cobre y otros. La coagulación y sedimentación reducen el contenido de bacterias, eliminan el color y la turbiedad, e indirectamente también reducen los olores y sabores. El calcio, magnesio y otros metales normalmente presentes en el agua debido a su incorporación en su paso por las rocas son perjudiciales en exceso. Para reducir estos minerales, el agua se somete a un ablandamiento, que opera por precipitación

al añadir productos químicos o por un filtrado a través de unas membranas llamadas de intercambio iónico, que atrapan estos minerales. Después el agua se filtra en recipientes con arena que eliminan la materia suspendida. La arena está compuesta de sílice, cuarzo molido o antracita (carbón). Las algas, cuando se encuentran en grandes cantidades, se suprimen con un filtro de esponja de metal. En lo que toca a desinfectar el agua, el compuesto más común que se emplea es el cloro, aunque puede también recurrirse al ozono o a la radiación ultravioleta. El cloro se aplica antes del filtrado (preclorinación) así como antes de la distribución (posclorinación). La mayor parte de las plantas de tratamiento emplean cloro líquido que asegura la cantidad suficiente de cloro libre para actuar sobre las bacterias, a las que mata, y los virus, a los que inactiva. Sin embargo, cuando el agua tiene olores intensos, el cloro puede reaccionar con la materia orgánica disuelta causando un sabor desagradable. Otros procesos adicionales se emplean en casos especiales, como la adición de sulfato de cobre que elimina el exceso de algas, la filtración con carbón activado para suprimir los olores penetrantes y el uso de amoniaco y cloro (cloroamina) con los que se obtiene la desinfección profunda y el control del olor. Algunas industrias dan al agua tratamientos posteriores, porque la que requieren debe ser muy pura. Emplean membranas especiales que prácticamente reducen a cero la materia suspendida.

III.4. EL AGUA QUE SALE DE LAS CIUDADES Víctor Hugo, el más grande escritor romántico de la Francia del siglo XIX nos ofrece en la última parte de Los miserables (1862) una descripción colorida de las cloacas de París. Las alcantarillas de París se fueron construyendo como un laberinto de túneles cuyo único hilo es la pendiente para descargar sus inmundicias en el Sena. Crecieron erráticamente desde tiempos antiguos de tal manera que para la Edad Media ya eran legendarias. El rey Enrique II en el siglo XVI intentó sondearlas, pero desistió de su proyecto por la enormidad de la tarea y por lo peligroso de ella, pues eran guarida de todo tipo de maleantes, quienes sólo ellos sabían por dónde entrar y por dónde salir. El personaje principal de Los miserables, conocedor de esto, aprovecha las alcantarillas para salvar al que será su yerno de uno de los motines que se dieron en las calles de París. Es muy interesante leer en Víctor Hugo sus propias reflexiones y las citas a los científicos de su época sobre el valor como fertilizante de los excrementos depositados ahí.3 El problema es que fluían por su propio peso muy lentamente y más bien quedaban atrapados en “el intestino de Leviatán”, como dice Víctor Hugo, provocando una enorme insalubridad. Por tanto, sugiere la creación de

acueductos que lleven agua pura al sistema de alcantarillado para arrastrar los excrementos. Sería un doble aparato provisto de válvulas “sencillo como el pulmón del hombre” con el que se enviaría el “agua rica de las ciudades” (en fertilizantes) a los campos. Víctor Hugo tenía toda la razón; fue hasta la década de 1880 cuando se hizo esto realidad en los primeros sistemas de drenaje municipal. La función de los actuales es muy parecida, aunque hoy en día el problema es más complejo porque, además de los desechos orgánicos que finalmente los propios agentes de la naturaleza se encargan de reciclar, hay aceites, jabones y productos químicos que restan el valor que correctamente le daba Víctor Hugo al “agua rica de las ciudades”. Las casas modernas arrojan mezclada el agua de las duchas, tinas, lavadoras y fregaderos; las industrias y los negocios contribuyen con productos aún más agresivos y, finalmente, en las propias calles hay derrames de gasolinas y aceites de los autos así como caída de productos químicos nocivos arrastrados por la lluvia ácida. Los drenajes municipales exigen un tratamiento antes de descargar sus aguas en el campo y evitar el daño de los ríos y los lagos. Normalmente esto se hace una vez que se han reunido los escurrimientos de todo tipo de origen, desde el agua pluvial, relativamente pura, hasta el agua industrial más contaminada; ello evidentemente incrementa los costos. Muchos jóvenes lectores me han preguntado qué pueden hacer. Como todo, lo mejor es empezar en el origen de uno de los problemas. Las aguas que salen de un hogar son relativamente fáciles de manejar, siempre y cuando no se mezclen las aguas negras con las demás. Con un poco de voluntad es posible reducir el consumo de agua y por ende el volumen de desecho. Podemos empezar con analizar la idea de captar las aguas pluviales, algo novedoso en las ciudades pero cotidiano en el campo: no es más que almacenar los escurrimientos de techos y azoteas en depósitos que pueden utilizarse para riego de jardines u hortalizas domésticas o drenaje de excusados (una vez filtrada para no tapar las tuberías), que es el mayor consumo de agua que hay en las ciudades. Es muy educativo observar la enorme cantidad de agua que puede obtenerse por este medio, inclusive en un departamento, aplicando un poco de ingenio. Otra forma de reducir la descarga es utilizar las aguas grises. Éstas son el producto del uso del agua potable en el lavado o higiene personal, y se distinguen de las aguas negras por no tener residuos orgánicos o heces fecales. El tratamiento de las aguas grises es relativamente sencillo, pues consiste fundamentalmente en eliminar las grasas disueltas y el sodio de los jabones y detergentes, y pueden recircularse para usos en los que no hay un contacto directo con los humanos, como el drenado de los excusados. El problema es que las instalaciones hidráulicas suelen conducir aguas grises y negras por la misma tubería. Las aguas negras son las más peligrosas y es mejor entregarlas al drenaje urbano para evitar problemas de epidemias.

En los últimos años se han desarrollado tratamientos bioquímicos que actúan sobre las bacterias presentes en las aguas negras fundamentalmente evitando que se conglomeren para incrementar su actividad en la descomposición de la materia orgánica.

III.5. HISTORIA DE DOS CIUDADES. UNO: MÉXICO EN UNA LAGUNA La República Mexicana está geográficamente localizada entre los 37° 43’ y 14° 33’ latitud norte, en la franja de grandes desiertos de la Tierra. Las dos terceras partes de su territorio son áridas o semiáridas, y no hay ríos importantes que lo crucen: el agua es escasa en la mayor parte del país. Las áreas de clima benigno, templado, se deben más a su altitud que a su latitud; la más importante de ellas es el Altiplano, que es la más densamente poblada y en donde se aloja la capital. La Ciudad de México es la única gran metrópoli del mundo que ni tiene acceso directo al mar ni le cruza un río importante. El país está surcado por tres grandes estructuras montañosas, la Sierra Madre Oriental y del Sur, la Sierra Madre Occidental y el Eje Volcánico Transmexicano. Su morfología, sus amplios litorales y su forma triangular que se estrecha hasta 200 kilómetros en el Istmo de Tehuantepec, hacen que se intercepten los vientos húmedos de los océanos Pacífico y Atlántico y precipiten como lluvia, particularmente en el sur y el sureste. Sin embargo, el 67% de la lluvia cae en tan sólo cuatro meses y está muy desigualmente distribuida: en el norte, la tercera parte del país, solamente se recibe el 4% mientras que en el sureste y zonas costeras se recibe el 50%. Además, en el norte, por las características desérticas del territorio, la evaporación es muy grande, por lo que realmente se recauda solamente el 27% de la precipitación total. La creciente deforestación ha ido disminuyendo este porcentaje de agua retenida.4 El Valle de México está situado al sur de la Mesa Central; tiene una extensión de 9 600 km, su forma es elíptica, con el eje mayor orientado de noreste a suroeste y longitud de 110 km; el eje menor va de este a oeste con una longitud de 80 km. El valle se encuentra completamente rodeado de montañas y las altitudes de su planicie central oscilan entre 2 240 y 2 390 m sobre el nivel del mar. Un hecho característico que ha acarreado sinnúmero de problemas a sus habitantes es que forma una cuenca cerrada, sin salida natural a los escurrimientos generados dentro de él. En la actualidad, de los grandes lagos que cubrían su superficie quedan solamente dos, que además son someros: el de Texcoco, que es el mayor, y el de Zumpango, que le sigue en importancia. El de Chalco, en su tiempo el tercero en importancia, se extinguió por completo a principios del siglo XX. El clima del Valle de México es subtropical de altura, templado, semiseco, con temperatura media anual de 18° C. La época de lluvias abarca de mayo a octubre y

la precipitación media anual equivale a una lámina de 700 milímetros. Corren por la cuenca pocos ríos y no son aprovechables. Los manantiales y acuíferos —ligados entre sí—han desempeñado un importante papel en saciar la sed de la ciudad. Pero los manantiales fueron desapareciendo al aumentarse el bombeo: la extracción de agua del subsuelo se inició a mediados del siglo pasado, lo que ocasionó el hundimiento del terreno. En la época en que fue fundada la Gran Tenochtitlan, el Valle de México estaba cubierto por grandes lagos y las laderas de las montañas de bosques que fijaban la tierra y los depósitos acuíferos estaban llenos a su capacidad. El equilibrio hidrológico era estable y el clima también, y muy confortable. Para tener una idea de lo hermoso que era nuestro valle antes de que se iniciara su sistemático deterioro ecológico, es muy interesante leer las descripciones de Bernal Díaz del Castillo, quien vino con los primeros europeos a nuestro país, y las de Alejandro de Humboldt, uno de los europeos más universales que han existido. Bernal Díaz del Castillo, en su Historia verdadera de la conquista de la Nueva España,5 narra sus primeras impresiones de la Ciudad de México: Y de que vimos cosas tan admirables no sabíamos qué nos decir, o si era verdad lo que por delante parecía, que por una parte en tierra había grandes ciudades, y en la laguna otras muchas, e víamos todo lleno de canoas, y en la calzada muchos puentes de trecho en trecho, y por delante estaba la gran ciudad de Méjico […]

FIGURA III.11. México corre un serio riesgo de perder sus acuíferos. En el mapa se ven los acuíferos sobreexplotados, según datos de la Comisión Nacional del Agua (El agua en México: retos y avances, octubre de 2000).

Y luego le tomó [Moctezuma a Cortés] por la mano y le dijo que mirase su

gran ciudad y todas las más que había dentro en el agua, e muchos otros pueblos alrededor de la misma laguna en tierra, y que si no había visto muy bien su plaza, que desde allí [en el Templo Mayor] la podría ver muy mejor, e ansí lo estuvimos mirando, porque desde aquel grande y maldito templo éstaba tan alto que todo lo señoreaba muy bien; y de allí vimos las tres calzadas que entran el Méjico, ques la de Istapalapa, que fue por la que entramos cuatro días hacía, y la de Tacuba, que fue por la que después salimos huyendo la noche de nuestro gran desbarate […] y la de Tepeaquilla. Y víamos el agua dulce que venia de Chapultepec, de que se proveía la ciudad […] e entre nosotros hubo soldados que habían estado en muchas partes del mundo, e en Constantinopla e en toda Italia y Roma, y dijeron que plaza tan bien compuesta y con tanto concierto y tamaño e llena de tanta gente no la habían visto. No es menos hermosa la descripción que hizo el naturalista alemán Alejandro de Humboldt a principios del siglo XIX, quien en su Ensayo político sobre el Reino de la Nueva España relata que:6 Ciertamente no puede darse un espectáculo más rico y variado que el que presenta el valle, cuando en una hermosa mañana de verano, estando el cielo claro y con aquel azul turquí propio del aire seco y enrarecido de las altas montañas, se asoma uno por cualquiera de las torres de la catedral de México, o por lo alto de la colina de Chapultepec. Todo alrededor de esta colina está cubierto de la más frondosa vegetación. Antiguos troncos de ahuehuetes, de más de 15 o 16 metros de circunferencia, levantan sus copas por encima de los Suchinus, que en su parte o traza se parecen a los sauces llorones de Oriente […] La ciudad se presenta al espectador bañada por las aguas del lago de Texcoco, que rodeado de pueblos y lugarcillos, le recuerda los más hermosos lagos de las montañas de la Suiza. Por todas partes conducen a la ciudad grandes calles de olmos y álamos blancos: dos acueductos construidos sobre elevados arcos atraviesan la llanura y presentan una perspectiva tan agradable como embelesadora […]

En el subsuelo de México se encuentra el agua por todas partes a muy corta profundidad; pero es salobre como la del lago de Texcoco. Los dos acueductos que conducen a la ciudad el agua dulce son monumentos de construcción moderna muy dignos de la atención de los viajeros. Los manantiales de agua potable están al este de la ciudad, uno en el montecillo escueto de Chapultepec y el otro en el cerro de Santa Fe, cerca de la cordillera que separa el valle de Tenochtitlan del de Lerma y de Toluca. Continúa Humboldt su narración mencionando que el agua que proviene de Chapultepec ya no era muy pura (como lo era en tiempos de los aztecas) y sólo se consumía en los arrabales, en tanto que la que provenía del cerro de Santa Fe (ahora un arrabal) estaba menos cargada de carbonato de cal, “sigue a lo largo (el segundo acueducto) de la Alameda y viene a parar en Tlaxcapana, en el puente de la Mariscala”. Existían, además, dos fuentes de aguas termales, la de Nuestra Señora de Guadalupe y la del Peñón de los Baños. “Estas fuentes —dice Humboldt—contienen

ácido carbónico, sulfato de cal y de sosa, y muriato de sosa. En la del Peñón, cuya temperatura es bastante elevada, se han establecido baños muy saludables y bastante cómodos. Cerca de esta fuente es donde los indios fabrican la sal.” Según Humboldt, las aguas de los lagos eran ricas en sales: De los cinco lagos del valle de México, el de Texcoco tiene el agua más cargada de muriatos y carbonatos de sosa. El nitrato de bario prueba que esta agua no tiene en disolución ningún sulfato. El agua más limpia es la del lago de Xochimilco; yo he hallado que su peso específico es de 1.0009, cuando el agua destilada a la temperatura de 18 grados es de 1.000 y cuando el agua del lago de Texcoco es de 1.025. Por consiguiente, esta última agua es más pesada que la del mar Báltico y menos que la del océano, la cual a diferentes latitudes se ha encontrado ser de 1.0269 y 1.0285. La cantidad de hidrógeno sulfurado (ácido sulfhídrico) que se desprende de la superficie de todos los lagos mexicanos contribuye sin duda en ciertas situaciones a la insalubridad del aire del valle. Sin embargo, es muy digno de notar que en las orillas de estos mismos lagos, cuya superficie está cubierta en parte por juncos y yerbas acuáticas, son muy raras las fiebres intermitentes.

FIGURA III.12. Esta fuente barroca (1755-1760), de autor anónimo, pertenecía al acueducto de Chapultepec.

Con el transcurso del tiempo estas características se han alterado; las formas de recarga han disminuido por la urbanización, se aprovecha una pequeña parte del agua superficial, otra se regula por medio de presas y el resto se desaloja de la cuenca; los acuíferos se explotan más allá de su nivel natural y el agua se contamina. Desde 1951 ha sido necesario traer agua de otras cuencas, que también empiezan a mostrar signos de sobreexplotación. La historia del suministro y desalojo del agua en el Valle de México es muy interesante. En 1325, los aztecas fundaron lo que sería la Gran Tenochtitlan. Éste es el episodio más característico de la historia de este pueblo: revela íntimamente su modo de ser: una combinación de inteligencia práctica, habilidad política, fanatismo y estoicismo. El sitio, un islote rodeado de cañaverales, era tan poco atractivo que los anteriores habitantes del valle lo habían despreciado. Pero el lugar constituía un sitio estratégico, de fácil defensa, que estaba en los confines de tres reinos, pero no

pertenecía a ninguno de ellos; además, en poco tiempo la ubicación resultó de un valor comercial nada despreciable. El crecimiento de la gran urbe que describen Bernal Díaz del Castillo y Alejandro de Humboldt estuvo plagado de calamidades. La ciudad creció sobre una laguna y hubo que construir grandes calzadas que la conectaran con tierra firme. La amenaza de un embate de las aguas estaba siempre presente; bastaban veranos muy lluviosos para que el nivel del lago desbordase a la ciudad. El problema se contuvo con bardas y diques: Netzahualcóyotl, en 1450, construyó uno muy extenso, de 16 km de longitud y el gran conquistador Ahuizotl mandó realizar una colosal obra de suministro de agua que en la inundación de 1502 se rompió, causando la muerte del emperador y constructor. El abastecimiento de agua inició poco después de la explotación de los manantiales vecinos. Netzahualcóyotl construyó el primer acueducto de Chapultepec a la ciudad. Después de la Conquista, en 1521, se prosiguieron las obras de suministro y de contención de las aguas del lago debido a las periódicas inundaciones, como las de los años de 1604 y 1607, causadas por grandes avenidas del río Cuautitlán. Enrico Martínez (nacido Heinrich Martin, en Hamburgo, Alemania) fue un ilustre hombre de la Colonia, cosmógrafo real, impresor y escritor científico. Desde 1607 trabajó en la magna obra de desagüe del Valle de México. Dirigió la construcción de un tajo que iba desde Nochistongo, al noroeste del valle, hasta encontrarse con el río Tula. Con esta obra se pretendió dar salida a las crecidas del río Cuautitlán y las de los lagos de México y de Texcoco. Pero el tajo, que en parte era abierto y en parte subterráneo, resultó demasiado estrecho y se derrumbó, dando lugar a los serios daños de la inundación de 1629. El ingeniero Martínez, a pesar de las críticas, reanudó la obra aunque no pudo verla finalizada, pues fue hasta 1789 cuando el río Cuautitlán pudo ser controlado por la primera salida artificial del Valle de México. También se inició así, sin pretenderlo, el proceso de cambio ecológico. El tajo de Nochistongo alteró parcialmente las condiciones hidrológicas del valle: los lagos ya no crecían, pero continuaban las inundaciones debidas a las crecidas de los ríos. Hacia 1856 las inundaciones fueron cada vez más alarmantes y hubo que levantar diques de hasta de 3 m de altura. Dos grandes obras más de desagüe se realizaron: el Gran Canal del Desagüe y el Túnel de Tequisquiac; ambos se inauguraron en 1900. En el siglo XIX empezó la perforación de pozos. En 1847 había 500; en 1886 más de 1 000. La consecuencia fue el inicio del hundimiento de la ciudad. Entre los años de 1891 a 1895 se registró un descenso de 5 cm por año, se redujo la presión de los acuíferos y disminuyó el caudal del manantial de Chapultepec. Ya en el siglo XX, y como resultado del gran crecimiento de la ciudad, a partir de 1936 aumentó la explotación del agua del subsuelo. Entre este año y 1944 se perforaron 93 pozos profundos, cuya consecuencia fue acelerar el hundimiento de la

ciudad, que entre 1938 y 1948 aumentó a 18 cm por año.

FIGURA III.13. Por cuatro siglos, lagos y canales fueron rutas de comercio y aprovisionamiento de la Ciudad de México. Todavía en el siglo XIX existían líneas de navegación en el valle. Aquí se muestra la de Chalco.

En 1942 se hizo necesario iniciar los trabajos para traer agua del río Lerma con el fin de abastecer las necesidades de la ciudad, aunque por diversas razones las obras se retrasaron hasta 1951. No hubo, pues, más remedio que continuar perforando pozos. Para estas fechas ya los estudiosos estaban preocupados por el daño al subsuelo. Así, el doctor Nabor Carrillo dejó bien claro, con demostraciones técnicas, que el hundimiento de la ciudad se debía al abatimiento de la presión del acuífero. Los permisos de perforación de pozos fueron suspendidos en 1953, aunque en 1954 se tuvieron que perforar 10 pozos más, a pesar de que estaba en construcción el acueducto de Chiconautla, inaugurado en 1957. Entre 1960 y 1967 se perforaron todavía 50 pozos más que, aunque alejados del centro de la ciudad, la zona más

afectada, también causaron hundimientos locales. Al menos los del centro disminuyeron apreciablemente de 1960 a 1970. Ante el exceso de demanda, se empezó a tratar el agua para su reúso. En 1954 se empezó a trabajar la primera planta de tratamiento de aguas residuales en el Bosque de Chapultepec. La calidad no era muy buena, pero bastaba para regar áreas verdes y llenar lagos. El otro gran problema de la época virreinal, relacionado con el suministro de agua, fue la contención de las inundaciones y el desalojo de las aguas pluviales. Este problema persistía en el siglo XIX. Se tenía también, por supuesto, problemas con las aguas residuales, pero puesto que ello era de menor envergadura debido a lo reducido de la población, las autoridades permitían que los drenajes de las casas desaguaran sus líquidos en acequias y zanjas, y los desechos sólidos se recolectaban y eran arrojados en las afueras de la ciudad. A principios del siglo XX, Roberto Gayol construyó una red de alcantarillado que se extendía de poniente a oriente, siguiendo la pendiente del terreno, y que desaguaba en el Gran Canal, pero de 1940 a 1950 hubo varias inundaciones graves en la parte baja de la ciudad. La sobreexplotación del subsuelo deterioró el drenaje y por tanto disminuyó la capacidad de desalojo de aguas, por lo que hubo que ampliar el Gran Canal y construir un segundo túnel en Tequisquiac. El hundimiento de la ciudad ha sido tan grande que a principios de siglo XX el Gran Canal tenía una pendiente de 19 cm/km y, en la actualidad, es casi horizontal. En 1910 el lago de Texcoco regulaba las aguas del Gran Canal, pues estaba situado a 1.9 m por debajo del nivel del centro de la ciudad. En 1970 el hundimiento progresivo colocó tal sitio a 5.5 m por debajo del lago de Texcoco. De esta suerte, el Gran Canal, que fue proyectado para captar agua por gravedad, quedó en su tramo del centro de la ciudad bajo el nivel de descarga, por lo que hubo necesidad de bombear el agua. De 1952 a 1966 se instalaron 29 plantas de bombeo, lo que implicó un notable aumento en los costos de operación y mantenimiento. En esa época se entubaron total o parcialmente los ríos Consulado, Mixcoac, La Piedad y Churubusco. El río Consulado conducía aguas residuales a cielo abierto con la consiguiente insalubridad. Tal situación obligó a la construcción del drenaje profundo, cuya primera etapa se inició en 1967 y terminó en 1975, con ampliaciones posteriores que han llegado a un sistema formado por 165 km de túneles, cuyo diámetro es en unos tramos de 3 m y en otros llega a 6.5 m. Su profundidad va de 15 hasta 220 m, lo que la hace una de las obras de ingeniería más ambiciosas emprendidas en la Ciudad de México. Se excavó a profundidad calculada para que no se afectaran los canales debido al hundimiento del terreno, y para que el desagüe se produjera sólo por gravedad. Lo notable de este proyecto es que fue hecho en un subsuelo compuesto de arcillas muy

blandas, que requirieron del desarrollo de una máquina de excavación diseñada específicamente para él, y sin perturbar la vida urbana que se desarrolló ignorante de lo que sucedía muchos metros abajo.

FIGURA III.14. El Valle de México ha perdido sus lagos, y con ello gran parte de la estabilidad del ecosistema. Cortesía del ingeniero Manuel Aguirre Botello: http://www.mexicomaxico.org/Tenoch/Tenoch4.htm

Las grandes inundaciones se han controlado, pero ahora surgen problemas nuevos: las aguas de lluvia no pueden infiltrarse al subsuelo debido a la gran área pavimentada; además, con mayor población, debiéramos contar con mayor dotación de agua y, a la vez, hay más agua por desechar. Las obras viales, como el Metro, interfieren con el alcantarillado y disminuyen su eficiencia. Hay insalubridad, deterioro de los ríos y peligro de contaminar los acuíferos. La ciudad más grande del orbe incuba problemas congruentes con su tamaño.

III.6. HISTORIA DE DOS CIUDADES. DOS: SANTAFÉ DE BOGOTÁ, AL PIE DE LOS ANDES La República de Colombia está situada en la parte noroeste de Sudamérica, entre los 12° 30’ latitud norte y los 4° 10’ latitud sur. Los Andes entran al país en la frontera con Ecuador, en donde se bifurcan en dos cordilleras: la Occidental, paralela a la costa del Océano Pacífico, y la Central, que tiene muchos volcanes y corre de suroeste a noreste adentrándose finalmente en Venezuela. Esta orografía privilegiada le da agua en abundancia al país, que drena en cuatro direcciones principales: hacia el Caribe, hacia el Pacífico, hacia el Amazonas y hacia Venezuela. La orientación de los Andes hace que corran grandes ríos hacia el Caribe, como el Magdalena; las aguas de bajada hacia el este alimentan el Orinoco y el Amazonas, que forman las fronteras del país.

Por la localización del país, su clima es tropical con poca variación por las estaciones. En la región de la selva tropical del Amazonas, en la costa norte del Pacífico y en el Valle del Magdalena, la precipitación es alta, 2 500 milímetros anuales y la temperatura promedio es de 23° C. En la sabana tropical se alternan periodos secos y húmedos y la precipitación es de 1800 milímetros anuales y una temperatura también de 23° C, y en la costa del Caribe la precipitación es menor y la temperatura más alta (27° C). El clima de las regiones montañosas varía mucho, según la altitud. Santafé de Bogotá, capital de Colombia, está ubicada en una fértil planicie a 2 640 metros de altitud sobre el nivel del mar en la cordillera oriental de los Andes. Estas majestuosas montañas se elevan bordeando a la ciudad por la parte oriental alcanzando una altitud de 3 100 y 3 317 en los cerros de Monserrate y Guadalupe, que son emblemáticos del paisaje bogotano. Bogotá es una ciudad moderna, con las comodidades y problemas que eso significa. Tiene anchas vías por las que es muy fácil orientarse: en general se llaman “carreras” las que corren de norte a sur y se numeran a partir de las montañas, y “calles” las que van de oriente a poniente y se numeran a partir del centro antiguo; algunas vías se llaman avenidas y pueden ser lo uno o lo otro. El tránsito es intenso, aunque ha sido controlado por buenos programas viales, y la contaminación ambiental consecuente es alta.

FIGURA III.15. De los cerros de Monserrate y Guadalupe baja el río San Francisco.

Al estar al pie de los Andes, el agua es un elemento explícito en el paisaje en escurrimientos y caídas. El Río Arzobispo cae desde el cerro de Monserrate, desde donde hay una espléndida vista de la ciudad; en la terminal del funicular se ve escurrir el agua de las montañas hacia una fuente. El Salto de Tequendama, a dos horas de la ciudad, es una bella vista, siempre y cuando tenga caudal, pues el río se desvía en determinadas épocas y horarios hacia una central de generación de

electricidad. Como lo hiciera para la Ciudad de México Alejandro de Humboldt, otro estudioso alemán, Alfredo Hettner —quien por cierto nació en Dresde en 1859, el año de la muerte de Humboldt—, hizo una descripción muy viva del país y la ciudad capital de aquella época. Su libro Viaje por los Andes Colombianos describe la gran belleza que encontró, aunque no deja de mostrar en sus expresiones la inexperiencia de su juventud (tenía 23 años), prejuicios y cierto racismo muy propios de un europeo de esa época, sobre todo cuando describe a las personas que encuentra. Con todo, es una lectura amena e instruida.7 Lo primero que llama la atención al llegar a Bogotá es la imponente masa de los Andes que se levanta abruptamente hasta alcanzar las cimas de Monserrate y Guadalupe que, sin embargo, […] no forman una muralla continua, hallándose, en cambio, separados por hondos abismos. Justamente en frente tenemos el boquerón del río San Francisco, encajonado como un cañón estrecho hasta encontrar el nivel de la sabana. A manera de nidos de águila, las dos capillas parecen coronar sus flancos, recordándole al viajero los castillos de los caballeros bandidos de otros tiempos, antes que templos para venerar a Dios. Distanciadas tan sólo kilómetro y medio entre sí las capillas, se requiere, sin embargo, una caminata de dos a tres horas para llegar de la una a la otra. Más al sur, la Peña se precipita al boquerón del río Fucha, mientras que más al norte tenemos el río Arzobispo corroyendo la montaña.8

La ciudad tiene un declive hacia las montañas, Mientras que la parte inferior de Bogotá está ubicada todavía en la sabana, el propio centro ya se halla suavemente inclinado, dominando así, visto desde la planicie, el suburbio inferior. A la izquierda de las estribaciones de Belén, abajo del pico de la Peña, encontramos la capilla del mismo nombre a una altura superior todavía en 250 metros de la sabana. Un poco más a la izquierda, pero a una elevación menor en 100 metros, está el espacioso templo de Egipto, pintado de blanco. Ambas iglesias, circundadas en forma escalonada por numerosos ranchos con sus áreas verdes intercaladas, tienen un efecto bastante pictórico.

Muy a menudo una capa espesa de niebla envuelve la montaña desde el nivel de estas capillas y los suburbios hacia arriba. Pero con la misma frecuencia se muestra sin disfraz en todo su esplendor, presentándole la atmósfera matices de color tan fuerte e intenso que uno no se cansa de contemplar el espectáculo.9 Es necesario el ascenso a la capilla de Monserrate para tener una vista completa de la ciudad y la sabana que se extiende más allá de ella; sin embargo, le molesta la urbanización tan regular de la ciudad, “ajedrezada”, pues está acostumbrado al caos urbano de las ciudades alemanas. Comenta sobre la denominación de las calles, que le parece simple, aun cuando hace tan fácil orientarse en Bogotá. En su narración sigue un recorrido por el centro. No es de su gusto la sobriedad de las construcciones que constituyen la plaza mayor en donde está la catedral “de estilo español-jesuítico feo” y la casa de gobierno, y muestra su molestia por la falta de higiene en las calles (superada apenas pocos años atrás en Europa), sobre todo cuando los aguaceros convierten las calles en arroyos. No obstante, toma uno un poco el gusto de esa época:

[…] pronto alcanzamos la Casa de la Moneda y luego el Palacio Arzobispal. Hacia el norte, al fin, conducen las dos mejores vías que tiene la capital: la Calle Real y la Calle Florián, sector que cuenta con los mejores almacenes y las habitaciones más elegantes de la ciudad. Aquí, lo mismo que en dos calles más, encontramos ya tapados los caños y la calzada pareja y bien pavimentada. En la Calle Florián tenemos a Santo Domingo, el más espacioso y más hermoso de los antiguos conventos, cuyo patio amplio está cubierto de bellos jardines y circundado por numerosas oficinas gubernamentales […]

FIGURA III.16. En esta vista panorámica de las calles de Bogotá se aprecia el trazo del río San Francisco (hoy Avenida Jiménez).

Ya en las afueras, Hettner adopta un estilo más profesional cuya narración seguramente hace más justicia a la belleza del lugar: Apenas pasada la montaña, borde de la sabana, entramos en un monte extraordinariamente exuberante. Atravesándolo en su profunda soledad, apenas interrumpida por un solo rancho, llegamos a la pequeña laguna de Pedro Palo, que nos recuerda los lagos circundados de bosques en el norte de Alemania, abstracción hecha del carácter diferente del bosque, lo mismo que del hecho de encontrarnos aquí a una altura de 2 000 metros sobre el nivel del mar. Ya al alcance del pueblo de Tena, el monte nos abandona, al igual que la espesa niebla que asciende del valle y que había venido envolviéndonos durante todo el día. Un cielo azul nos saluda, a la vez que el sol nos baña con sus intensos rayos, sin olvidar el aire, aquí todavía con aquella pureza y saludable frescura, tan reparadores para cuerpo y mente. Un panorama de inusitada belleza se nos ofrece desde la misma colina que abarca el cementerio de Tena. En el norte contemplamos la línea quebrada de los picos que coronan la escarpada vertiente rocosa, cabecera de la sabana de Bogotá, cubierta en su parte baja de un espeso monte, que, acercándose casi a los umbrales del pueblo, con su matiz oscuro de azul verdoso ofrece un contraste pintoresco contra el verde claro de los cañaverales y matas de plátano. La vista hacia el oeste queda vedada por uno de los numerosos espolones de montaña que descienden de la vertiente. Tornando los ojos hacia el suroeste, observamos una gran variedad de colinas de poca altura, entre ellas una con cima completamente horizontal y vertientes empinadas, que especialmente llama nuestra atención, y que es la planicie ocupada por la población de La Mesa. Hacia el sudeste el alcance de nuestra vista está limitado por una cadena de montañas altas e impresionantes, con vertiente escarpada y cresta dentada a la manera de sierra, cadena que en frente de nosotros se desvía de su dirección nordeste para continuar alejándose casi hacia el este hasta fundirse con la montaña que bordea la sabana, formando con ella en su encuentro un valle encajonado de impresionantes dimensiones. Pero, concentrando nuestra vista, notamos que la propia cresta de golpe se interrumpe en aquel rincón, para apenas continuar por el otro lado del valle, en exactamente la misma dirección dejada, ahora con carácter de bordeadora de la sabana, respetando así el valle cavado en ángulo recto en dirección a los estratos y a las cimas primitivas.

Es el río Bogotá el que allí ha ido creando su brecha y todavía sigue obrando

para agrandarla, anunciando su presencia en el sitio, o sea al fondo extremo del valle encajonado entre paredes de roca, con una vaporosa nube blanca, la señal del Salto del Tequendama.10 Lamentablemente, en aquel entonces ya empezaba una alteración del paisaje poco afortunada: “Solitarios árboles altos y frondosos sirven de recuerdo de lo que antes era puro monte, pero talado ya hace mucho tiempo, a diferencia de las zonas de mayor elevación, donde el hombre apenas en tiempo reciente ha empezado a aplicar su mano destructora.” Sin embargo, el río continúa su paso hacia el Magdalena incorporando “afluentes tranquilos y cristalinos”, en donde hay inclusive balnearios con propiedades curativas, como era tan popular en Europa: A la entrada a aquel paisaje, tanto del río Bogotá como de nuestro camino, se encuentra la antigua población de Tocaima, situada sobre una terraza de acarreo, cerca del río. Con su clima cálido y seco, unido a la agradable oportunidad de tomar baños en el río y de aprovechar los efectos saludables de la fuente azufrada llamada Catarnica. Tocaima goza de merecido renombre como balneario predilecto, una especie de Aquisgrán colombiana.

Y es precisamente un recorrido por el río Bogotá actual lo que ilustra cómo la actividad del hombre ha contaminado y reducido el bienestar del agua. Este río nace al noreste de la provincia de Cundinamarca a 3 300 metros sobre el nivel del mar; fluye hacia el sureste recorriendo 380 km para desembocar en el río Magdalena, en cuyo camino drena las aguas de una cuenca de 6 000 km2 poblada por 7 millones de habitantes. Confluyen a él varios ríos, tres de los cuales cruzan la ciudad de Bogotá provenientes de los Andes. Recibe diversos tipos de contaminantes, químicos y aguas negras, que deterioran su calidad; sin embargo, la incorporación de tributarios y grandes caídas, una de ellas en una central hidroeléctrica, ayudan a disminuir este deterioro. Se han definido tres tramos para analizarlo: el alto al norte de Bogotá, con una longitud de 170 km; el medio con unos 90 km, y el bajo que recibe directamente las aguas residuales de Bogotá y de la parte sur, hasta su desembocadura en el río Magdalena, con una longitud de 120 km.

FIGURA III.17. El Río Bogotá es un triste ejemplo del daño que hace el hombre a su ecosistema.

Puesto que el problema de determinar con precisión el nivel de contaminantes va más allá de la intención del presente libro, utilizaremos solamente un parámetro llamado demanda biológica de oxígeno (DBO5), cuyos niveles pueden verse en el cuadro III.1 y nos da una indicación bastante precisa del estado del agua:11 El primer tramo es de aguas cristalinas, ricas en oxígeno y muy poco contaminadas: es un río de montaña, su DBO5 es inferior a 2 mg/l al llegar a Villapinzón, en donde empieza a recibir descargas contaminantes, tanto de aguas negras como —peor aún—de residuos industriales. En su segundo tramo el río ha recibido cloruros, sulfatos, cromo y diversos sólidos, que elevan su DBO5 por encima de 6 mg/l, es decir, el agua ya es de “buena calidad”, pero acercán-dose al criterio “con indicio de contaminación”; la calidad del río es suficiente para el riego, aunque con ciertas restricciones. A medida que el río atraviesa la zona urbana de la capital, su proceso de deterioro se incrementa con los grandes aportes de carga contaminante. En su tercer tramo el río ya es una enorme alcantarilla abierta, con graves riesgos para la salud de las personas y animales que habitan en sus riberas o que hacen uso de sus aguas. Los peces, hasta entonces presentes, desaparecen totalmente y sólo sobreviven organismos especializados en la degradación de la materia orgánica. La DBO5 es casi siempre superior a 100 mg/l (la parte límite del criterio “con indicio de contaminación”). Al embalse del Muña el río llega con una DBO5 de 143 mg/l (“contaminada”) y concentraciones de oxígeno disponible cercanas a 0 mg/l, es decir, no es posible la vida en su seno. Ahí el río es trasvasado casi en su totalidad a uno de los principales generadores de energía del país, con el efecto de que el agua recupera una cantidad importante del oxígeno disuelto gracias a la aireación ocasionada por la caída y luego por el descenso del agua a gran velocidad por los túneles de carga a las turbinas de la central hidroeléctrica; la DBO5 sigue

siendo muy alta, del orden de 18 mg/l (parte intermedia del criterio “buena calidad”) y se incrementa el oxígeno disuelto. La contaminación bacteriológica en este tramo llega a valores, igualmente, muy altos. CUADRO III.1. Niveles de contaminantes según parámetro DBO5

En este breve recorrido por una vía de agua corta y pequeña comparada con los otros grandes ríos que atraviesan el país, encontramos cómo un agua pura de los Andes recorre la escala entera del criterio DBO5. El río en sus primeros dos tramos se deteriora paulatinamente hasta llegar a recibir las aguas de la capital, que son demasiadas para que las fuerzas naturales solas las contrarresten. Más tarde parece haber indicios de recuperación, principalmente por dos causas: una fuerte caída que le da aireación y por disolución con agua fresca. Pero esto no es suficiente y al final el río es al fin vencido por las agresiones a las que se somete. La recuperación del río Bogotá es un tema pendiente para los colombianos, y a él se están dedicando. Lo importante es darse cuenta del problema, analizar las soluciones posibles y sus costos y emprender un programa de rescate. Y que esto es posible queda demostrado con un proyecto que realizaron en Bogotá dos arquitectos visionarios, Rogelio Salmona y Luis Kopec.

Su propuesta fue recuperar el río San Francisco, que era el camino al santuario de Monserrate, para hacer presente en los visitantes que el agua es un elemento importante en el entorno. La quebrada de San Francisco nace tres kilómetros al fondo del cruce entre los cerros de Monserrate y Guadalupe y baja hasta ser enterrada por las calles de la ciudad. Este río puede aún verse en el trazo de la Avenida Jiménez, que rompe con la disposición regular del trazo de la ciudad. En el proyecto se recuperó la presencia del río enterrado por fuentes que corren a lo largo de andadores. Al fondo, los imponentes Andes, hacia delante las calles del centro histórico de la ciudad. En palabras de Salmona: Volver al origen ya es una originalidad. Uno no puede ser original por serlo, sino porque necesita recuperar algo que estuvo en el origen y que se fue perdiendo y desapareció de la memoria. Es la nuestra, por ejemplo, una ciudad que perdió la memoria del agua, es decir, la fuerza de su origen. La recuperación del agua es una recuperación de la memoria, que es la recuperación del agua del río, pero también del agua como elemento. Así mismo, el acto de salvar el piedemonte no concluye en el espacio arborizado, sino que se extiende hacia el rescate de un fragmento de nuestra geografía que ha sido olvidada y que se está deteriorando. Se trata de volver a recrear la ciudad con la memoria, pues la memoria es, en primera instancia, re-crear. Es el camino de la poesía. Si la dignidad de un árbol depende del esplendor de su fronda, el agua se dignifica cuando corre por encima y no cuando la confinamos a la oscuridad del subsuelo. No hay razón para que el agua continúe siendo uso exclusivo de las ratas. Lo que proponemos no es el destape de la quebrada de San Francisco sino la construcción de un canal. La parte que quedó enterrada, enterrada quedó. El canal pretende una interpretación de lo que fue y que hoy, en términos prácticos, es irrecuperable.12

El resultado es un paseo de una serenidad incomparable, en donde el visitante es acompañado por el agua en su paso por el centro de Bogotá.

1

Véase más adelante que los problemas de suministro y desalojo de aguas eran de naturaleza totalmente distinta: el suministro era para consumirla, el desalojo para prevenir inundaciones; y aunque la gente tiraba desechos al agua pluvial, las autoridades lo prohibían. Nadie, sin embargo, hasta el final del siglo XIX unió las dos cosas como un problema de salud pública. 2 Lamentablemente, fue ésta también la época del surgimiento de los grupos radicales autodenominados ecologistas, cuyos fines son fundamentalmente políticos y que a menudo exhiben una escandalosa ignorancia sobre el tema. 3 Véase el Libro II de la Quinta Parte, “El intestino de Leviatán”. 4 Comisión Nacional del Agua, El agua en México: retos y avances, México, octubre de 2000. 5 Bernal Díaz del Castillo, Historia verdadera de la conquista de la Nueva España, 3 vols., Pedro Robredo, México, 1944. 6 Alejandro de Humboldt, Ensayo político sobre el Reino de la Nueva España, Editorial Porrúa (Sepan Cuantos, núm. 39), México, 1978. 7 Este libro está disponible en su totalidad en la página de Internet de la Biblioteca Luis Ángel Arango de Colombia: www.lablaa.org/blaavirtual/historia/viaand/indice.htm 8 Hettner, op. cit., Parte II, Bogotá y los bogotanos, cap. 1, La ciudad. 9 Idem. 10 Ibid., Parte IV, Estampas de la cordillera de Bogotá, capítulo VIII, El valle del río Bogotá. 11 Comisión Nacional del Agua, México, página de Internet: www.cna.gob.mx 12 Magazín dominical El Espectador, núm. 708, 8 de diciembre de 1996, Bogotá, Colombia.

IV. Los problemas del agua Water is not a commercial product like any other but, rather, a heritage which must be protected, defended and treated as such.1

IV.1. LOS RETOS DEL SIGLO XXI LOS P ROBLEMAS DEL AGUA SURGEN de su naturaleza: es una sustancia fundamental para la vida, interviene en los procesos individuales de los seres vivos así como en los procesos del planeta y es indispensable para todas las actividades humanas, desde la agricultura rudimentaria hasta la industria más compleja. El agua no se encuentra en la naturaleza en su forma químicamente pura, compuesta solamente por moléculas H2O, que sólo se da en el laboratorio. Puesto que disuelve ávidamente a la mayoría de los compuestos sólidos, líquidos o gaseosos, en su forma natural se encuentra normalmente impregnada de ellos. Esto es bueno, pues es el oxígeno disuelto el que permite la vida acuática y los sólidos en solución modulan su actividad química y son aprovechados por los seres vivos. Es interesante hacer notar que el agua químicamente pura no es apropiada para la vida. Pero esta propiedad de disolver compuestos extraños a ella es la que provoca serios problemas de contaminación: los desechos domésticos o industriales incorporados a las masas de agua llegan a hacerla inadecuada y hasta peligrosa para la vida. Conocer los límites de impurezas que para cada uso pueden aceptarse y estudiar la manera de eliminarlas es una tarea de higiene extremadamente importante para conservar los recursos acuáticos así como tomar conciencia del daño que podemos causar, pues una vez contaminada, el costo de purificación del agua es muy alto. Muchos de los avances tecnológicos logrados desde la Revolución Industrial sirvieron para explotar más intensamente los recursos acuíferos, pues en estos últimos siglos ha habido un gran crecimiento económico y una explosión demográfica. En el capítulo anterior vimos cómo mejoraron los servicios de suministro de agua y de salud pública en las ciudades, a costa de una exigencia de mayores cantidades de agua, pero hasta muy tarde se cayó en la cuenta de que esa intensa explotación y el poco o nulo cuidado que se tuvo con el agua utilizada ponían en riesgo la disponibilidad del recurso en un horizonte más bien cercano. Este tema es muy grave, pues si no se controla rápidamente, el propio ciclo hidrológico llevará aguas cada vez más sucias que será más difícil y caro tratar. El panorama al principio de este siglo XXI sobre la disponibilidad de agua que sea utilizable para las actividades del hombre es más bien sombrío, tanto a nivel de cada nación como en el planeta en general. Los recursos hídricos han alcanzado su nivel máximo de utilización o lo están haciendo a gran velocidad en prácticamente

todos los países. En otras palabras, los problemas técnicos para remediar su contaminación, los consecuentes costos, y la reducción física de muchos recursos apuntan a un grave déficit de agua potable, que el continuado crecimiento demográfico, el crecimiento económico y los nuevos hábitos de consumo hacen cada día más serio. La consecuencia natural de este déficit es una creciente competencia entre los diferentes sectores sociales y económicos, e inclusive entre las regiones y países colindantes. Nunca será justa la acaparación de bienes, y menos de uno como el agua. Sin embargo, la política de dotar el agua a precios por debajo del costo que significa purificarla y llevarla al consumidor, que se sigue todavía en muchos países, solamente lleva a un mayor dispendio. Bien se dice que lo que no cuesta no se valora. El problema de la contaminación es grave, pero no es el único. En 1992 se celebró en Río de Janeiro, Brasil, una conferencia mundial sobre el medio ambiente; ahí se adoptó y se propuso hacer consciente al público del concepto desarrollado por las Naciones Unidas en 1987 sobre el “desarrollo sustentable”, que fue definido como “el desarrollo que satisface las necesidades del presente sin poner en riesgo la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer sus necesidades”. Esto quiere decir que no solamente es no dejarles aguas contaminadas, sino equitativamente accesibles,2 y cuyos ecosistemas naturales y recursos estén protegidos. Las desigualdades sociales, sobre todo durante la segunda mitad del siglo XX, se pronunciaron a tal grado que una quinta parte de la población vive en una situación peor que la que tenían los ciudadanos de la Roma imperial, de modo que el bienestar referido no es para todos. Esto implica meditar de una manera integral sobre los problemas del agua, para lo cual hay que empezar por definir qué es el agua, no desde el punto de vista natural, que hemos recorrido en los capítulos anteriores, sino en su dimensión social. La frase que inicia este capítulo —la definición que hace el Parlamento Europeo—lo dice con toda claridad: “El agua no es un producto comercial como cualquier otro sino, más bien, una herencia que debe ser protegida, defendida y tratada como tal.” Los retos del siglo XXI comprenden el entendimiento de esta perspectiva general, analizar las interrelaciones de captura y uso del agua, puesto que ahora hemos entendido que todo el planeta está vinculado, y analizar el delicado balance entre los requerimientos económicos y los sociales. Los problemas del agua desde la óptica del presente siglo dejan de limitarse a lo meramente técnico, comprenden lo económico, lo político y lo social.

IV.2. LA CONTAMINACIÓN DEL AGUA Tiempo atrás (y no mucho, como se vio en el capítulo anterior), cuando la cantidad

de agua parecía ser ilimitada o su costo de abastecimiento muy bajo, poca importancia se le daba a tirar el agua sucia al campo o al mar. Hoy en día la amenaza de la escasez y la conciencia de los altos costos de suministro han llevado a establecer reglamentos estrictos de control para las descargas a ríos, mantos y mares. La cantidad de agua total en la Tierra por supuesto que sigue siendo la misma desde que se estabilizó el planeta hace 3 000 millones de años; el término “escasez” se refiere a aquella disponible para las necesidades del hombre y la salud del ecosistema. Los contaminantes del agua pueden ser de muy diversa índole: residuos sólidos, líquidos o gaseosos; sólidos en suspensión; materia tóxica; microorganismos infecciosos; desechos radiactivos… Estas sustancias dan al agua propiedades indeseables, como corrosividad, incrustabilidad, toxicidad, mal olor, mal sabor y mala apariencia. Los sólidos en suspensión, cuando son excesivos, reducen la penetración de la luz y por consiguiente limitan la fotosíntesis de las plantas marinas, ocasionando su degradación, lo que a su vez disminuye la aportación que hacen de nutrientes al medio acuático. Cuando el daño es excesivo, las plantas mueren y se provoca la corrupción del medio; el oxígeno disuelto prácticamente desaparece y con ello la posibilidad de sustentar vida. Éstas son las “aguas estancadas”, de mal olor y apariencia. Los productos químicos causan alteraciones que pueden llegar a alcanzar gran peligrosidad. Por ejemplo, los plaguicidas tienen componentes de gran agresividad química cuya función es precisamente eliminar formas de vida nocivas. Sin embargo, al ser arrastrados por la lluvia o por las aguas de riego, indirectamente también los resienten otras formas de vida aunque originalmente no estuvieran dirigidos a ellas. Inclusive pueden ser asimilados por los peces, a los que causan daño, como también a los animales que los consumen, incluido el hombre. Los fertilizantes contienen fósforo, nitrógeno y potasio, todos ellos necesarios para el crecimiento sano de las cosechas. Pero al ser arrastrados a esteros y lagunas provocan un crecimiento desmedido de las especies acuáticas, alterando el equilibrio ecológico. El medio acuático, al no poder soportar un excesivo crecimiento, se deteriora, mueren muchas plantas y causan descomposición, consumo de oxígeno disuelto en la putrefacción y afectan al ecosistema. Los detergentes son uno de los peores enemigos del agua, pues en su estructura química contienen compuestos que no se degradan fácilmente. Los fosfatos que los forman generan verdaderas montañas de espuma que interfieren seriamente con la vida acuática, arruinan el valor estético de los cuerpos de agua y son un verdadero dolor de cabeza en los sistemas de tratamiento para su purificación. Otros contaminantes dañinos son los metales pesados, como el mercurio, el cadmio, el plomo, el arsénico, el cromo, etc., que provocan graves anormalidades en la salud. El cadmio, por ejemplo, trae consigo enfermedades cardiovasculares; el

mercurio, que por asimilación de los peces se transforma en metilmercurio o mercurio orgánico, provoca la pérdida de control en los movimientos, ceguera y, finalmente, la muerte. El arsénico es cancerígeno en pequeñas cantidades y letal en dosis medias, como lo son también el plomo y el cromo.

FIGURA IV.1. El crecimiento excesivo de la vegetación acuática provoca la reducción del oxígeno disuelto.

Hay que destacar la contaminación por microorganismos patógenos (nocivos) que producen cólera, hepatitis, fiebre tifoidea y diarreas que fácilmente pueden llegar a ser fatales, sobre todo en niños. Microorganismos mayores como las amibas y la triquina también habitan en las aguas contaminadas. Las aguas contaminadas pueden restaurarse a una condición de reúso, para ello es necesario identificar cuál ha sido el daño y poder así dar el tratamiento adecuado para la eliminación de cada una de las características indeseables del agua, según el destino que se pretenda darle. Estos tratamientos suelen ser muy complejos y costosos. Así, actualmente se ayuda en la economía del reúso del agua destinando aguas de diferente calidad según vayan a ser empleadas: en riego, industria o consumo humano, cosa que los antiguos romanos habían ya pues-to en práctica. Ciertamente la complejidad y el costo serían mucho menores si tratáramos aguas menos deterioradas.

FIGURA IV.2. El detergente en el agua es un enemigo mortal de la vida acuática.

El daño a los recursos acuáticos trae consigo una disminución en su disponibilidad. Un manto puede llegar a agotarse ya sea porque se seque debido a excesiva explotación y poca recarga o porque se contamine más allá de lo económicamente posible remediar. Este proceso es gradual y durante él la salud de los usuarios se puede afectar seriamente, inclusive con pérdida de vidas. Las tierras se verán afectadas y con ello la productividad agrícola y el consecuente descenso económico. Así, es necesario conjugar el cuidado de las cuencas con las estrategias de conservación de suelos y control de la contaminación.

IV.3. EL GRADO DE TOLERANCIA DE CONTAMINACIÓN DEL AGUA Es imposible interactuar con el agua y no provocarle algún daño: esto es un proceso natural. Así pues, debemos ver con realismo cuáles son los niveles tolerables de

contaminación del agua respecto al grado de interacción que se vaya a tener con ella. El agua para fines recreativos La vida humana se ha mantenido muy ligada al agua. Los artistas de las distintas civilizaciones han reflejado en la literatura y en el arte su fascinación por este elemento. La contemplación del agua añade un placer estético a las experiencias humanas: es agradable oírla, observarla, caminar o descansar junto a ella, tocarla y entrar en su contacto. Aumenta la belleza del paisaje del que forma parte en las ciudades o en el campo. La presencia de contaminantes reduce el valor estético del agua hasta casi hacerlo desaparecer. Más aún, la conciencia del daño que puede causar el agua sucia hace que el hombre la rehúya, perdiendo así su valor recreativo. Esta contaminación puede observarse cuando los desechos la tornan desagradable a la vista, o puede estar oculta y sólo saberse que contiene elementos químicos o bacteriológicos peligrosos para la salud.

FIGURA IV.3. La presencia del agua realza la belleza del paisaje.

FIGURA IV.4. Un tiradero de basura clandestino crece rápidamente deteriorando el ambiente.

Un objetivo fundamental de los programas de conservación de los recursos acuáticos es la preservación de sus valores estéticos y de la calidad del agua, así como el reconocimiento e identificación de los niveles de contaminación que pueden deteriorarla. El agua que no es adecuada para la recreación no lo es para ningún otro fin. Para que el agua tenga valor estético debe estar libre de sustancias ajenas (basura, espuma), malos olores y exceso de vegetación acuática. Como al ver esta agua uno desea tocarla, entrar en su contacto, entonces, cuando se persiguen fines recreativos, deberá ser adecuada, al menos para lo que se llama un contacto secundario, esto es, que puedan realizarse con ella actividades que no signifiquen un riesgo alto de ingestión: pescar, mojarse los pies, etc. En el caso de especies marinas, el criterio establecido dicta que éstas deben ser adecuadas para el consumo humano y que además debe haber un límite máximo de microorganismos de 400 bacterias coliformes fecales por 100 mililitros de agua.3 Para un contacto primario, por ejemplo al pasear en bote, donde existe la posibilidad de inmersión y por tanto de ingestión accidental, el contenido de bacterias coliformes, cuando mucho, debe ser la mitad de lo anterior (200 bacterias por 100 mililitros) de modo que no exista riesgo para la salud. Para actividades de natación, en las que es prácticamente inevitable la ingestión, la norma dicta que el contenido de bacterias coliformes sea a lo sumo de 100 en cada 100 mililitros. Pero no es éste el único factor: la acidez es importante también. Los líquidos tienen esta propiedad que se mide en una escala llamada pH y varía de 0 en los líquidos extremadamente ácidos hasta 14 en los más básicos; el valor de 7 corresponde a un líquido neutral, como la saliva. Las lágrimas sirven para reducir el efecto del contacto de partículas extrañas al ojo y tienen un valor de pH de 7.4. Aun cuando las lágrimas tienen asombrosa capacidad de amortiguamiento, una variación de pH de tan sólo 0.1 unidades causa molestias, así que para el contacto prolongado

se recomienda que el pH del agua no sea inferior a 6.3 ni mayor a 8.3. Otro parámetro importante es la temperatura. El agua caliente es más peligrosa que la fría porque no disipa el calor generado al hacer ejercicio; así, se ha encontrado que para un nadador corriente, que no gasta mucha energía, la máxima temperatura recomendable es de 30° C. En las aguas termales más calientes que este valor, deben controlarse cuidadosamente los movimientos y el tiempo de inmersión y por ningún motivo realizar ejercicios vigorosos. El agua para la agricultura El agua empleada en el campo para la producción de buenas cosechas y como bebida del ganado, debe ser de tal calidad que no provoque daño o enfermedades y en esto la presencia de sustancias extrañas tiene mucho que ver. Aparte de las lluvias, las tres cuartas partes del abastecimiento del agua en el campo provienen de corrientes y la otra cuarta parte de pozos, por lo que el hombre, para hacer un mejor uso del recurso, ha construido presas y sistemas de distribución. Así, es posible establecer un proceso productivo continuo a lo largo del año sin depender exclusivamente de las lluvias de temporal. Los costos, no obstante, son grandes, por lo cual todavía la mayor parte de la población agrícola queda a expensas de las lluvias.

FIGURA IV.5. Un grave problema para la agricultura, principalmente la pequeña, es la contaminación de las vías de agua.

En cualquier caso, para el adecuado funcionamiento de las labores del campo es necesario vigilar la calidad del agua; al respecto se han establecido criterios que rigen los principales factores que deben controlarse, especialmente el contenido de sales (salinidad) incrementado por la irrigación río arriba o los lavados de terrenos

y, por supuesto, los microorganismos presentes introducidos en las aguas de riego por las descargas de los drenajes. Desde tiempos remotos los agricultores han sabido que las aguas con gran contenido de sales son inadecuadas para plantas y animales. La salinidad afecta el crecimiento de las cosechas y el desarrollo del ganado, pues en grado excesivo los envenena. Cada tipo de planta y de animal tiene un grado de tolerancia, aunque el de las plantas es de hasta 5 000 miligramos por litro (mg/l) y para los animales de 10 000 mg/l. La salinidad del agua es más agresiva en las regiones áridas y semiáridas que en las húmedas, pues en éstas no suele haber acumulación de sales y los efectos nocivos normalmente desaparecen. Hay dos compuestos que deben tomarse en cuenta: el sodio y los cloruros. El primero puede ser un elemento perjudicial sobre todo en los terrenos arcillosos, pues reduce su permeabilidad; aguas con poca salinidad pero ricas en bicarbonatos pueden acarrear este problema. Los cloruros son particularmente malos para los plantíos de frutales, aunque inocuos para las demás cosechas. La contaminación por microorganismos puede acarrear graves problemas no solamente a la salud de las plantas y animales sino también a la del hombre, consumidor de ellos. Las descargas de drenajes en aguas de riego o mantos freáticos ha causado la inhabilitación de extensas zonas para la agricultura. La presencia de ellos debe vigilarse particularmente en los cultivos en que las raíces o las extremidades de los vegetales son consumidas por el hombre o los animales. Hay otros parámetros que es recomendable vigilar, por ejemplo la acidez del agua, cuyo pH debe estar entre 4.5 y 9.0; los pesticidas que frecuentemente se emplean para controlar las plagas son arrastrados a las corrientes de aguas de riego; en el uso normal no causan problemas, aunque deben controlarse los derrames. El problema de las aguas contaminadas por residuos industriales es materia de consideración aparte, pues normalmente estas descargas son extremadamente agresivas y por tanto deben eliminarse por completo. El agua para la industria El agua es también en la industria uno de los insumos más importantes. Interviene en un sinnúmero de procesos: para enfriar, para diluir o para lavar otros ingredientes en la transformación de los productos. La pureza del agua requiere cuidado especial, cuando interviene directa o indirectamente. La limpieza del agua industrial ha dado lugar a una importante industria de productos y servicios que genera ya miles de millones de dólares y sigue creciendo, pues la demanda es importante. Por ejemplo, una planta de tratamiento de aguas residuales cuesta entre 2 y 3 millones de dólares, pero su instalación puede significar la permanencia de la empresa en una región.

FIGURA IV.6. La industria es una gran consumidora de agua; en algunos procesos la calidad del agua debe ser controlada cuidadosamente.

Muchos procesos industriales generan una gran cantidad de calor que es necesario eliminar para proteger los productos que se manufacturan; el agua, con su gran capacidad calorífica, es un refrigerante ideal, fácilmente accesible y barato. En estos casos se ponen en contacto el producto que se pretende enfriar con un serpentín dentro del que circula agua. Ésta, a su vez, es llevada a unos dispositivos que son, en esencia, equivalentes a los radiadores de los automóviles (aunque no necesariamente tengan la misma forma), donde el agua cede su calor a la atmósfera. En estos casos el agua debe estar libre de sales disueltas, pues por efecto de la temperatura éstas se desprenden del líquido y se depositan en las paredes de los tubos provocando oclusiones. En su fase de vapor, el agua se utiliza con diversos fines: generar electricidad — aprovechando su poca compresibilidad—para mover turbinas generadoras; para calentar procesos que requieren operación a temperaturas de hasta 100° C (y un poco más si se “sobrecalienta” el vapor manteniéndolo a presión); o en la extracción de productos, pues el vapor es un buen disolvente. En estos casos, el agua para la formación de vapor suele primero limpiarse de sales, en particular bicarbonatos, y dársele una acidez moderada para reducir el efecto de ataque a los metales. El agua para dilución es muy importante en la industria textil, que la emplea como excipiente en los tintes, uso que requiere agua extremadamente limpia,

prácticamente agua destilada (menos de 150 mg/l de sólidos totales disueltos) pues de lo contrario, pueden estropearse los tintes. En los procesos químicos el costo del agua es mucho menor que el de los demás insumos, por lo que se le da un especial cuidado a su tratamiento sin costos significativos. Lo malo, en opinión de muchos industriales, es que cuando el agua se descarga, ya contaminada, el costo de estos tratamientos sí resulta exagerado. Es importante decir que la legislación actual ha puesto particular énfasis en controlar lo referente a la contaminación, aunque el daño hecho hasta ahora ya es enorme y tomará muchos años de esfuerzo sostenido poder eliminarlo. En la industria enlatadora de alimentos, la primera operación importante es el lavado de los productos que serán enlatados, para eliminar cualquier traza de tierra, insectos y otras impurezas, lo que se hace con un lavado a fondo con chorros de agua o de vapor, ambos de calidad potable (sin bacterias patógenas y un contenido de sales no superior a 1500 mg/l). Esta industria utiliza muchos sistemas de tratamiento, incluyendo la desinfección y la filtración. El agua para el abastecimiento público El agua interviene tan íntimamente en los procesos vitales que los contaminantes que contiene son incorporados de manera profunda por los seres vivos. Un caso espectacular y bien conocido es el del mercurio, que los peces asimilan y transforman en el temible metilmercurio o mercurio orgánico. Cualquier ser que consuma tales peces lo incorpora fácilmente a su cuerpo, provocándose un daño progresivo y letal. Las autoridades sanitarias cuidan que el tratamiento de las aguas para abastecimiento público pase por diferentes procesos de limpieza que aseguren un consumo seguro. Al respecto se han establecido parámetros que deben vigilarse; enseguida describiré los más representativos. E l color indica la presencia de materia disuelta, ya sea orgánica o inorgánica, que puede ser nociva; el olor se debe a la materia orgánica. Uno y otro pueden y deben eliminarse por completo. Relacionada con estos parámetros está la turbidez o medida de la cantidad de partículas sólidas disueltas; un contenido de sólidos totales disueltos mayor que 500 mg/l, especialmente de cloruros y de sulfatos, da un sabor desagradable y hace aguas corrosivas. Es muy importante que el agua destinada al consumo público esté libre de aceites y grasas, pues estas sustancias son muy aromáticas y le confieren pésimo olor y sabor. El remedio a estos problemas lo ofrecen los procesos de coagulación, sedimentación y filtración. La temperatura del agua varía según la región geográfica y el clima. En general, mientras no exceda los 30° C, no representa un problema mayor. L o s organismos coliformes y los coliformes fecales, que ya han sido mencionados, constituyen malas especies. De hecho éste fue el primer parámetro

sobre el que se puso atención (en 1880) para dictaminar la calidad sanitaria del agua. Aquellos bichos son habitantes normales de las descargas fecales de los animales de sangre caliente (los coliformes fecales) o de materia orgánica en descomposición (los coliformes a secas) y responsables de las enfermedades que se asocian con el agua. En general, la presencia de organismos coliformes fecales indica contaminación reciente y potencialmente peligrosa. Otros coliformes indican focos más distantes de contaminación o menos recientes de origen no fecal (insectos, plantas o drenajes lejanos). Los límites fueron explicados al principio de este capítulo y se recordará que 400 coliformes por 100 ml es la máxima cantidad permisible. Este contaminante se elimina por desinfección con cloro. La alcalinidad del agua se debe a los bicarbonatos, carbo-natos y otros iones en ella disueltos. La alta alcalinidad causa corrosión e incrustaciones, dentro de los límites tolerables. Puede eliminarse por coagulación. El contenido aceptable de estas especies químicas debe ser menor de 30 mg/l. Un producto de cuidado es el amoniaco, pues reacciona vivamente con el cloro que se añade para desinfectar el agua y reduce por lo mismo su eficiencia. Además, indica la probable contaminación por descargas de drenaje en la fuente de agua (el amoniaco es un componente de la orina). Los metales pesados (arsénico, bario, cadmio, cobre, fierro, plomo y mercurio, entre otros) son extremadamente venenosos y por desgracia poco puede hacerse en las plantas normales de tratamiento de aguas para eliminarlos. Lo mismo puede decirse de especies químicas como los fenoles, cianuros, metilos o sustancias radiactivas. El control de estos efluentes debe realizarse en las plantas industriales donde se generan. L a dureza del agua se la confiere su paso por las distintas formaciones geológicas que le ceden sales, especialmente carbonato de calcio. La tolerancia que a ella tienen los humanos es muy variable: más de 500 mg/l de carbonato de calcio es una cantidad excesiva y un valor deseable es de menos de 150 mg/l. En regiones como Zacatecas, la dureza es muy alta y causa una desagradable coloración en la dentadura, además de un excesivo consumo de jabón y costosas incrustaciones en las tuberías. Hay otros parámetros que deben vigilarse, como el oxígeno disuelto: éste en sí no tiene mayor efecto en la potabilidad del agua, pero una sustancial reducción de él puede indicar fuentes de contaminación por desechos orgánicos.

IV.4. EL AGUA Y LA SALUD El acceso al agua potable, libre de contaminantes y microorganismos nocivos, es un recurso distribuido inequitativamente, limitado y en riesgo de reducirse aún más. En consecuencia, éste es uno de los indicadores más importante para determinar si la humanidad está en camino de resolver los problemas regionales y globales del agua

o no. Actualmente la cifra es de 1100 millones de personas sin acceso adecuado a ella y 2 400 millones sin acceso a servicios básicos de sanidad. Se ha establecido la meta para 2015 de reducir estas cifras a la mitad.

FIGURA IV.7. En el mapa se muestra el porcentaje de población en el mundo que no tiene acceso al agua potable (según datos tomados de The World’s Water, 1998).

El “acceso adecuado” del estudio se refiere a que se cumplan alguno o algunos de los siguientes criterios: conexión doméstica, tubería pública, pozo protegido (de la contaminación), fuente natural protegida o recolección pluvial. La “sanidad” toma en cuenta: conexión al drenaje público, fosa séptica o letrina. Como puede verse, los criterios mínimos ya se cumplían por un ciudadano normal de Grecia o Roma, y que actualmente haya tal cantidad de gente que ni siquiera alcance estos criterios es algo alarmante. Las cifras son muy difíciles de evaluar, pues las definiciones de los términos mismos (agua potable, acceso y nivel de salud, e inclusive urbano y rural) varían de un país a otro y las desigualdades socioeconómicas de cada uno se esconden. De cualquier forma, éstos son datos que ilustran la severidad del problema. Las cifras fueron recolectadas por la Organización Mundial de la Salud con datos proporcionados por los gobiernos de los países participantes. En los cuadros IV.1 y IV.2, con datos del estudio citado, se muestran las cifras globales de acceso adecuado al agua potable y sanidad por región. Se han resaltado las cifras de población desatendida en uno y otro caso. Cada una de estas regiones a su vez tiene una enorme variación, por ejemplo, en

África hay países en los que toda la población tiene acceso al agua potable mientras que hay otros donde el 76% no lo tiene. El país más pobre del mundo en este sentido es Afganistán, en donde 87% de la población carece de ella. En sanidad las diferencias son más pronunciadas: aunque Asia en su conjunto es la región más débil, entre los 15 países en peores condiciones hay 10 de África, cinco de Asia, y Haití, en el Caribe (por mucho el más pobre de la región). CUADRO IV.1. Número de personas sin acceso adecuado al agua potable

CUADRO IV.2. Número de personas sin acceso adecuado a los servicios elementales de sanidad

Mala agua para tomar y condiciones peores de sanidad significa una enorme tasa de enfermedades y mortalidad. En el cuadro IV.3 pueden verse las principales enfermedades cuyo origen está en las malas condiciones que se describen. En los últimos años, ha habido un surgimiento de agentes de enfermedad, así como agentes que tiempo atrás estaban inactivos han vuelto a expandirse en áreas en donde no solían presentarse. Según un estudio de la Organización Mundial de la Salud,4 las razones son múltiples, entre las que se citan los cambios en el medio ambiente causados por la deforestación, proyectos hidráulicos que alteran los ecosistemas locales (como las grandes presas), diseños inadecuados de suministro de agua, intervención de las industrias en los ciclos hidrológicos, migraciones, usos inadecuados de antibióticos o usos inadecuados de pesticidas. No se excluye, lamentablemente, la liberación voluntaria o involuntaria de patógenos al agua. CUADRO IV.3. Enfermedades originadas por malas condiciones de sanidad

La pobreza y la ignorancia son importantes contribuyentes a estas muertes, como puede verse en los datos de la OMS para 2004 (véase referencias en la página de Internet). Por ejemplo: Diarrea: • 1.8 millones de personas mueren anualmente (incluyendo al cólera), de las cuales 90% son niños de menos de cinco años. • 88% de estas muertes se atribuyen a mala calidad del agua y hábitos de sanidad e higiene. • El simple hecho de lavarse las manos puede reducir estos eventos en un 35%. • Mejoras simples en la purificación del agua (como la desinfección) pueden reducir un 45% los casos. Malaria: • 1.2 millones de personas mueren anualmente; 90% de ellas son niños de menos de 5 años de edad. • La mayor cantidad de los casos sucede en África, en los países al sur del Sahara.

• Los proyectos hidráulicos mal llevados, como la irrigación intensiva y las presas, son contribuyentes importantes a estos casos.

IV.5. LA ADMINISTRACIÓN DEL AGUA El problema del agua para la satisfacción de las necesidades del ser humano debe entenderse en el contexto del ciclo hidrológico completo. Hemos aprendido que el agua que se utiliza en una parte es llevada a sitios muy lejanos por la acción de las fuerzas de la naturaleza que la circulan como vapor en la evaporación, y es acarreada por los vientos en forma de nubes que precipitan cuando las condiciones son adecuadas en otras partes, como lluvia, granizo o nieve. Así pues, las alteraciones en el agua cuando el hombre la utiliza, contaminándola en cualquiera de sus formas, pueden introducir alteraciones en sitios distantes. Por otra parte, los avances en la ingeniería y la tecnología han hecho posible extraer agua y llevarla a sitios lejanos en donde se requiere su consumo, pero ello trae consigo una alteración de la disponibilidad natural en las cuencas y acuíferos, lo que ha desencadenado una competencia por el agua. Los cambios climáticos, naturales o provocados por la actividad humana, podrían exagerar esa competencia. Algunas regiones tradicionalmente ricas en la disponibilidad del recurso pueden verse afectadas por un entorno alterado, y cuyos cambios pueden estar originados en sitios distantes. Los cambios en los patrones de precipitación y mayores niveles de evaporación pueden afectar a las reservas de agua superficial y aun a los mantos subterráneos. Esto empieza a suceder y su primera manifestación es un cambio en los patrones de inundaciones y sequías. Las cuencas áridas pueden ser las más afectadas, pues al ser ecosistemas frágiles, los más pequeños cambios climáticos pueden amplificar su impacto. Todas las cuestiones del agua pueden reducirse a uno o varios de tres factores: su calidad, su cantidad, y las prioridades que tienen que ver con las limitaciones en calidad y cantidad. La necesidad de contemplar un manejo integral del agua se origina en el reconocimiento de estas prioridades, acentuadas por la disponibilidad del recurso, particularmente en algunos sitios. La administración del agua debe verse de una forma integral, tomando en cuenta las instalaciones, los hábitos de los usuarios y las interacciones que hay entre comarcas vecinas que pueden competir por el recurso. Las instalaciones (que son el material de trabajo de los administradores) son: pozos, presas, lagunas de almacenamiento, acueductos y sistemas de bombeo, plantas de tratamiento de aguas, redes municipales de distribución, recolección de agua sucia y plantas de tratamiento, y sistemas de irrigación. De esto, lo que está generando mayor controversia en la actualidad es el tema de las presas, pues conllevan impactos económicos, ambientales y sociales muy fuertes. Las presas tienen beneficios sustanciales en cuanto a control de avenidas, riego y generación eléctrica, pero su gran costo puede desbalancear los presupuestos de administración

del agua, son proyectos de gran envergadura por lo que el impacto ambiental puede ser fuerte, y con frecuencia hay comunidades que deben ser desplazadas. La Comisión Mundial sobre Presas se formó en 1998 para estudiar éstos y otros aspectos; sus conclusiones actualmente son que los beneficios son innegables, pero a menudo se han pagado costos excesivos y los beneficios se distribuyen inequitativamente.5 Para medir y proponer mejoras en los hábitos de consumo de los usuarios, se ha desarrollado el concepto de control de la demanda que es una metodología relativamente reciente (demand side management, en inglés) y la cual se basa en proponer soluciones que los usuarios finales pueden poner en práctica y que, siendo muchas de ellas sencillas, son fáciles de implantar y su impacto puede ser significativo. El agua se desperdicia abundantemente. En la agricultura, su principal consumo, los métodos obsoletos y los escurrimientos por exceso de riego hace que se pierdan grandes cantidades. En las redes municipales de distribución, las fugas por tuberías defectuosas llegan a ser del 50% del agua que llega a ellas, particularmente en los países en desarrollo, en donde la cultura del mantenimiento es mínima. Los usuarios domésticos emplean más agua que la que realmente requieren, por ejemplo el drenaje de los excusados es el principal consumo doméstico, y muchos de ellos tienen tanques más grandes de lo que se requiere. Estos problemas se tratan con soluciones a corto y largo plazos. A corto plazo se raciona el agua, durante sequías o en emergencias. Pero la solución es a largo plazo y consiste en una combinación de educación al usuario para invitarle a ser parte de la administración en su campo, con instalaciones de consumo eficiente y hábitos mejorados, con una política de precios que lleve a hacer el esfuerzo para reducir el desperdicio. Aquí el problema reside en los gobiernos locales, poco conscientes y que no dan mantenimiento a las redes, algo que no sucede con los sistemas privados. Éste es el principal argumento para dejar el manejo de los servicios en manos de la industria, lo que ha demostrado ser positivo en los países en donde se ha hecho, siempre y cuando el gobierno mantenga su papel de supervisión. El manejo del agua está también relacionado con el de la tierra, pues la demanda por el recurso puede limitar las posibilidades de utilización de la tierra, particularmente en donde la carencia de él puede imponer limitaciones en el desarrollo de tierras disponibles. Una de las penalizaciones si esto no se observa es el peligro de la erosión e inutilización de tierras y el agotamiento de mantos acuíferos.

FIGURA IV.8. Por las fugas de agua se llega a perder el 50% del agua disponible. Esto es muy fácil de arreglar con una política adecuada de mantenimiento.

Es decir, el manejo integral del agua requiere de una administración de las regiones de oferta y demanda del recurso, tomando en cuenta las prioridades de desarrollo con las diferencias entre áreas rurales y urbanas, la competencia entre ellas y las alteraciones que cada una de ellas puede introducir en el agua. Las políticas a nivel del país tienen que reconciliar las justas demandas de los diferentes usuarios e integrar todos los aspectos, como ecología, economía, generación de energía y tecnología en un objetivo común. El público usuario en cualquiera de sus aspectos debe ser consciente de que no está aprovechando un recurso autónomo, sino más bien interdependiente. Por ello, es necesario que entienda no solamente los efectos de sus acciones sobre el recurso y cómo éstas pueden degradar la calidad y limitar la cantidad, sino también que debe estar sujeto a decisiones de bien común que se tomarán considerando el recurso a un nivel mayor que el regional, tanto por gobiernos locales como por el propio gobierno central. Los costos inherentes al transporte, tratamiento y distribución del agua deben reflejarse en el precio al usuario de una manera justa, de no ser así alguien estará perdiendo su dinero. En efecto, cuando existe un fuerte subsidio (que proviene evidentemente de los impuestos) hay una distribución inequitativa tanto de tarifas como de suministro: el resultado es una invitación al desperdicio del líquido. Esto llega a ser tan complicado que debe administrarse de manera descentralizada para actuar certeramente. La práctica de manejar centralmente la operación y el mantenimiento de los sistemas de agua ha demostrado ser muy ineficiente y ha inducido al desperdicio. Para tener éxito se requiere un esquema legal que tenga una reglamentación adecuada y un sistema justo de tarifas que incentive la mejora de los sistemas y el ahorro del agua. Y, finalmente, frente a la competencia entre proveedores, las compañías tienen

que utilizar, como cualquier otra, técnicas de planeación estratégica para enfocar mejor la satisfacción de las necesidades del cliente dentro de un adecuado manejo de tarifas y servicios. La administración del agua en América Latina6 En nuestra región ha habido en los últimos años un gran esfuerzo legislativo y organizacional para atender de una forma integral el problema del agua. A pesar de la diversidad entre los países, hay características comunes en los proyectos nacionales para la atención de esta tarea, fundamentalmente en cuanto al deseo de tener una administración más moderna y enfocada al problema como un todo, en concordancia con las conclusiones de los organismos internacionales que arriba se han descrito. El agua no reconoce fronteras, ni estatales ni entre los países, por lo que una visión integral necesariamente tiene que considerar las cuencas naturales que conforman los recursos hídricos. En este análisis deben considerarse a todos los actores, actuales o posibles: Estado (central y local), y usuarios y proveedores de bienes y servicios. El Estado debe tener una posición reguladora, de fomento y supervisión como le corresponde, pero hay inevitables aspectos económicos y de mercado que deben considerarse, a riesgo de no salir de la actual situación de ineficiencia y dispendio. En el documento se analizan los cambios llevados a cabo por 21 países7 de la región en cuanto a la gestión integral del recurso, la gestión por cuencas y la prestación de servicios de agua potable y sanidad.

IV.6. LOS ÍNDICES DE BIENESTAR DEL AGUA Para planear, diseñar e implantar las acciones de mejora es necesario establecer medidas. Éstas se expresan en datos y parámetros, como la acidez y el contenido de bacterias coliformes, que hemos empleado para hablar de grados de contaminación. El enfoque actual sobre el agua es complejo, porque tenemos que considerar dimensiones sociales al igual que técnicas, de modo que no bastan los parámetros, es necesario acudir a los índices (del latín index, y éste a su vez de indicare, indicar: dar a entender o significar una cosa con indicios y señales). Esto es más interesante, pero más difícil, porque se requiere ponerse de acuerdo en cuáles son los “indicios y señales” necesarios y suficientes para marcar un rumbo. Por ejemplo, cuando pedimos indicaciones para llegar a una dirección en una parte de la ciudad que no conocemos, preguntamos. Si nuestro interlocutor conoce la dirección nos dará las indicaciones necesarias: “vuelta a la izquierda en la próxima calle y cinco adelante hasta la tienda amarilla; de ahí doblar a la derecha y a 100 metros aproximadamente está la casa”. Pero si no conoce, o no sabe expresarse, lo más probable es que nos haga dar vueltas en círculo o que no nos transmita la idea de distancia; para ello es

necesario ponerse de acuerdo, tener un lenguaje común. En consecuencia, el concepto de los índices de calidad del agua debe exhibir no solamente el grado de contaminantes disueltos sino comprender cuestiones más amplias, como la disponibilidad (o escasez), vulnerabilidad de las cuencas y posibilidad de desarrollo. Esos índices deben ser útiles para evaluar los posibles cambios en una región, crear conciencia y determinar la responsabilidad hacia el manejo del recurso. Definen también áreas de preocupación y apuntan a acciones que deben tomarse. A través de los índices se deben poder relacionar entre sí los datos existentes y señalar en dónde hay carencias para recabar más información. En el caso más sencillo, un índice señala el déficit (o superávit) entre la demanda y la disponibilidad del recurso. Al conocer la cifra, es posible planear una estrategia para cubrir los faltantes (o aprovechar los sobrantes). Pero en la medida en que hemos ido entendiendo la complejidad del problema del agua y las interrelaciones que hay entre las comarcas o países vecinos, nos enfrentamos a la necesidad de voltear la mirada hacia algo más comprehensivo. Los organismos internacionales se han dado a la tarea de recolectar la información sobre las condiciones del agua en el mundo. Actualmente se conoce con bastante precisión la magnitud del recurso, su distribución por países y por regiones, los problemas relativos a la salud y los proyectos de infraestructura existentes y futuros, entre mucha otra información. Se conoce inclusive la influencia que tienen los cambios climáticos sobre la disponibilidad del agua.

FIGURA IV.9. Hay muchas desigualdades en la población en cuanto a acceso a los servicios de sanidad y agua potable en América.

La tarea que resta es reunir estos datos en los índices que permitan entender de una manera más amplia cómo puede mantenerse o generarse el bienestar del hombre con relación a la cantidad y calidad del agua con que se cuenta. En la sección anterior se mencionaron dos de estos índices: la salud en términos de la fracción de la población que carece de agua potable y servicios de sanidad. Ahí se señalaron las dificultades en el uso de esas cifras debido tanto a la carencia de información (solamente 84 de 130 países enviaron su información) como a la falta de definiciones en los términos empleados. Es interesante ver algunos de los índices que mejor han servido para entender esta problemática actual del agua.8 El índice de presión sobre el agua, desarrollado por la investigadora sueca Malin Falkenmark y sus colaboradores en 1989, da una medida de la calidad de vida en función del agua disponible. El índice establece cuatro estratos para la cantidad

de agua disponible:

A medida que crece la población, un país puede pasar de un estrato a otro inferior, de mayor presión. Se estima que en el año 2000 el 3% de la población mundial sufría de escasez de agua (menos de 1000 m3 per cápita y por año) y que esta cifra podría llegar al 7% en 2025. Pedro Gleick, del Instituto del Pacífico en California, EE UU, definió en 1996 otro enfoque, señalando el requerimiento mínimo de una persona para apenas satisfacer sus necesidades de beber, cocinar, higiene personal y sanidad. La cifra a la que llega es de 50 litros diarios por persona. Se considera que hay 960 millones de personas que no disponen de esa cantidad de agua, y de ellas 85 millones disponen de menos de 10 litros diarios. CUADRO IV.4

Otro índice que apunta a una situación muy seria, pues señala el riesgo de que un país se quede sin agua, lo desarrollaron David Seckler y sus colaboradores del Instituto Internacional para la Administración del Agua en Sri Lanka. Este índice correlaciona el ritmo de crecimiento de extracción entre 1990 y 2025 y la cantidad que será necesario extraer en 2025 con los recursos anuales disponibles en cada país. Los investigadores agrupan a los países en cinco categorías que se exponen en el cuadro IV.4. Puesto que el fenómeno es tan complejo, estas conclusiones deben tomarse con reservas; sin embargo, es claro que la situación para los países es potencialmente crítica y deben emprenderse cambios radicales, que pueden incluir el desarrollo intensivo de la desalación.

1

(El agua no es un producto comercial como cualquier otro sino, más bien, una herencia que debe ser protegida, defendida y tratada como tal.) Directiva 2000/EC del Parlamento Europeo y del Consejo para establecer un marco común de acción para la Comunidad sobre el tema de política del agua, Bruselas, 30 de junio de 2000. 2 Una quinta parte de los habitantes de nuestro planeta hoy en día no tiene acceso al agua potable, o tienen acceso a agua de menor calidad que la que tenían los antiguos romanos, y casi la mitad no tiene acceso a servicios sanitarios, según un estudio de la Organización Mundial de la Salud del año 2000. Las enfermedades prevenibles originadas por problemas en el suministro de agua llevan a la muerte a 10 o 20 000 niños diariamente en América Latina, África y Asia. El estudio Global Water Supply and Sanitation Assessment está disponible en la página de Internet de la OMS: www.who.docstore/water_sanitation_health/Globassessment/GlobalTOC.htm 3 De los microorganismos llamados coliformes, los fecales (provenientes de los excrementos) son los que significan un mayor riesgo para la salud, pues llevan consigo la presencia de virus. Un agua con 400 coliformes por 100 ml contiene el mayor límite aceptable. 4 Organización Mundial de la Salud, Emerging Issues in Water and Infectious Diseases, 2003. Véase la página de Internet: www.who.int/water_sanitation_health. 5 Pedro Gleick (comp.), The World’s Water 2002-2003, Island Press, Washington, 2002, capítulo 7. Véase su página en Internet, www.worldwater.org, para más información y referencias. 6 Comisión Económica para América Latina (CEPAL), Administración del agua en América Latina y el Caribe en el umbral del siglo XXI, por Andrei Juracicv, Santiago de Chile, julio de 2001. 7 Argentina, Barbados, Bolivia, Brasil, Chile, Colombia, Costa Rica, Cuba, Ecuador, El Salvador, Guatemala, Honduras, Jamaica, México, Nicaragua, Panamá, Paraguay, Perú, República Dominicana, Uruguay y Venezuela. 8 Véase The World’s Water, op. cit., capítulo 4.

V. El agua fuera de nuestro planeta V.1. NEVADAS CÓSMICAS EL AGUA ESTÁ FORMADA P OR HIDRÓGENO y oxígeno. El oxígeno se produce en las estrellas como resultado de sus reacciones nucleares y se dispersa por todo el universo cuando estallan como supernovas; el hidrógeno se formó cuando sucedió el gran estallido inicial (Big Bang).1 Así que tenemos la materia prima del agua, que fácilmente reacciona por la acción de los rayos cósmicos, luego entonces, en alguna parte se debió haber formado y quizás almacenado. De hecho se tenía evidencia de agua en meteoritos y en los análisis por los telescopios de los cuerpos celestes, pero hasta los años ochenta se consideraba que solamente había trazas de ella. A mediados de los años ochenta, Luis Frank y sus colaboradores de la Universidad de Iowa en los EE UU, propusieron la aparentemente descabellada teoría de que grandes bolas de nieve provenientes del espacio exterior llegaban a la Tierra y se vaporizaban a miles de kilómetros de altura. Como esta especie de meteoritos eran de agua y no de roca como los ordinarios, no dejaban trazas a su paso. Su hipótesis no fue muy bien vista: todo mundo estaba de acuerdo en que hay agua fuera de nuestro planeta, ¡pero tanta como para que haya nevadas…! Una década después, los satélites de la NASA detectaron rastros de lo que pueden ser estas bolas de nieve desintegrándose entre 960 y 24 000 kilómetros de altura. Frank y sus colaboradores han continuado su trabajo y si la frecuencia de estos eventos es como ellos sugieren, podría haber cantidades apreciables de agua llegando a la Tierra, como una nevada cósmica.2 Independientemente de esto, las sondas espaciales de la década de 1990 han revelado que hay bastante agua en el espacio. Nuestra idea de que era un sitio vasto, vacío salvo los cuerpos celestes que se encontraron fríos y hostiles, con nubes de ácido en Venus, la Luna como una inmensa roca yerma y los canales de Marte como fallas geológicas, se está modificando sustancialmente.

V.2. LA IMPORTANCIA DEL AGUA PARA LA EXPLORACIÓN DEL ESPACIO El agua es fundamental para considerar un programa sistemático de exploración espacial. Además de su importancia para los humanos, es la materia prima para la generación de la energía necesaria en las naves espaciales. En los cohetes es el combustible y comburente3 y la energía eléctrica se produce haciendo al revés la electrólisis del agua, es decir, alimentando hidrógeno y oxígeno controladamente

para generar electricidad, en lo que se llama una celda de combustible. Por otro lado, el agua es muy pesada (1 kilogramo por cada litro), de modo que es imposible transportarla en grandes cantidades, así que su existencia fuera de nuestro planeta puede ser el factor clave para pensar que en las próximas décadas el hombre estará más tiempo fuera de casa.

V.3. EL AGUA EN LOS CUERPOS CELESTES Los científicos han observado la presencia del agua en meteoritos, algunos de ellos formados antes que el Sistema Solar, de manera que vienen de muy lejos, así como en otros provenientes de nuestro Sistema Solar, de manera que no está en duda que el agua existe fuera de la Tierra, en nuestros planetas vecinos inclusive pero, ¿en qué cantidades? La búsqueda de agua en la Luna es natural, puesto que es la base de partida. Desde mediados de los años noventa la NASA ha realizado varias observaciones que sugieren la existencia de cantidades apreciables de agua mezclada con el material rocoso lunar que se encuentra principalmente en las capas polares, probablemente depositado ahí por meteoritos, aunque la hay también en cráteres fuera de los polos. En el polo norte, el área detectada se estima entre 9 300 y 46 600 km2, y en el sur, entre 4 600 y 18 000 km2; esto significa un área potencial en el polo norte que sería por lo menos del tamaño del estado de Querétaro y posiblemente casi como Quintana Roo, y en el sur al menos desde tres veces el Distrito Federal hasta casi el estado de Hidalgo, ¡no poca cosa! En cuanto al contenido de agua, se cree que puede ser hasta el 3% del material rocoso, de modo que podría haber desde centenares de millones de toneladas de agua pura hasta miles de millones, lo suficiente para justificar una operación minera que sustentaría colonias por siglos. Más tarde, con las distintas naves que circunvolaron y finalmente se aposentaron en el planeta rojo, se encontró que sí había agua, tanto en su fase de vapor en la atmósfera (aunque en pequeñas cantidades) y ciertamente mucha en el subsuelo en forma de hielo que bien puede recuperarse. En el polo norte, por ejemplo, hay una extensión de hielo de 1 200 km de diámetro y 3 km de profundidad, aproximadamente equivalente al 4% del polo norte terrestre. Se ha encontrado evidencia de agua líquida muy cerca de la superficie marciana, aparentemente con algunas manifestaciones en la superficie misma. La atmósfera de ese planeta es muy ligera (100 veces menos densa que la de la Tierra) por lo que el hielo pasaría rápidamente a vapor; es posible, sin embargo, que haya agua líquida en la superficie, solamente que herviría a 10° C. Estas condiciones prevalecerían durante el día, y el agua se congelaría de nuevo en las noches. Ahora bien, el punto de congelación del agua se deprime si su contenido de sales es alto, de manera que podría haber agua

líquida a mayor temperatura pero muy salada. Unos análisis de sondas que pasaron por Marte en 1976 indicaron que el agua era bastante salada, probablemente de 10 a 20% (a diferencia de la terrestre que es alrededor del 3%). En el año 2000 unos científicos de la Universidad Estatal de Arizona, en los EE UU, observaron la presencia en un meteorito de unos iones de cloro cuya presencia es típica del agua marina. Aunque este meteorito había sido recuperado en 1911, no se había planteado este ángulo de la investigación, que reveló la posibilidad de que hace 1200 millones de años, cuando se desprendió de Marte, pudo haber océanos ahí muy semejantes a los actuales de la Tierra.

FIGURA V.1. Esta vista de la región polar del norte de la Luna fue tomada por la nave Galileo el 7 de diciembre de 1992. Se cree que en esta región hay grandes volúmenes de agua mezclada con roca lunar. (Cortesía NASA/JPL-Caltech.)

Europa es uno de los 28 satélites conocidos de Júpiter, descubierto por Galileo junto con Calisto, Ío y Ganimedes en 1610; es aproximadamente del tamaño de la Luna. Lo que lo hace único es que su superficie es una de las más brillantes del Sistema Solar, puesto que está completamente formada de hielo; no tiene cráteres sino líneas irregulares que posiblemente sean grietas en la superficie debido a la actividad de su interior.

FIGURA V.2. En esta fotografía de la superficie de Marte, tomada por la nave Viking en mayo de 1979, se muestra una capa de hielo depositada en las rocas. (Cortesía NASA/JPL-Caltech.)

En 1996 se obtuvieron imágenes que indicaban que debajo de esta capa de hielo había agua líquida, lo que parece haber sido confirmado por imágenes posteriores. En Europa es muy probable que exista el mayor océano del Sistema Solar, que tiene varias veces más agua que toda la que hay en la Tierra; su atmósfera, aunque muy ligera, tiene oxígeno y posee una ionosfera. Se ha encontrado también evidencia de que puede haber un océano en Calisto, solamente que más profundo que en Europa porque este satélite sí tiene la característica superficie con cráteres; la evidencia de este océano es indirecta, a través de las mediciones del campo magnético. En Ganimedes también podría existir un océano subterráneo. Solamente Ío parece ser tan violento que no se cree posible, por ahora, que tenga agua.

FIGURA V.3. Europa es un satélite de Júpiter que se cree está cubierto completamente por agua. En esta fotografía tomada por la nave Galileo el 28 de junio de 1996, se sugiere que hay un movimiento del hielo superficial, como en un río de lava, que asciende y desciende, lo que parece indicar que hay un océano líquido bajo la superficie. (Cortesía NASA/JPL-Caltech.)

Saturno tiene también su parte de agua: los anillos están formados fundamentalmente por cristalitos de hielo, algunos del tamaño de las partículas del humo de un cigarrillo. Uno de sus satélites, Rea, es tan ligero que se piensa que está hecho principalmente de hielo con una pequeña parte de roca. El agua existe en grandes cantidades fuera de nuestro planeta. Bien puede ser la base para una colonización del espacio, no muy lejana. Estamos rodeados de agua, hechos de agua. Sin este maravilloso elemento la vida se colapsa. En este recorrido hemos visto que de no tener las propiedades que tiene esta sustancia “poco corriente” no sería posible la vida. El agua es la misma aquí y en la Luna, como se dice comúnmente… y en Marte, y en Europa y en Ganimedes. Es un recurso enorme, pero finito; es tan fuerte que puede viajar por el espacio y caer como nevada cósmica, pero al mismo tiempo tan delicado que puede hacérsele inservible para la vida.

1

O Gran Pum, como diría León Máximo. Citado en The World’s Water, op. cit. 3 El comburente es un elemento químico necesario para que reaccione el combustible; en la Tierra es el oxígeno del aire mismo, pero en el espacio no hay aire, así que se necesita cargar también con él. 2

CONCLUSIÓN: LO QUE SE QUEDA EN EL TINTERO

Y ASÍ P ODRÍAN SEGUIRmás capítulos: “El extraño caso del agua trepadora”, “Cómo sacar agua sin sal del mar”, “Otro tipo de agua, más pesada y mucho más escasa”, etcétera. El primer capítulo no escrito tendría que ver con un hecho curiosísimo que se llama efecto Coanda, y que se observa cuando se vierte un líquido lentamente; el líquido, en vez de caer verticalmente, se pega a la superficie externa del recipiente, deslizándose por ella antes de formar una gota y caer. En el agua el efecto Coanda es particularmente notable por la gran cohesión de este líquido, pues se acumula una gran masa antes de formar gotas. Cuando se sirve el café en una cena de manteles largos, el efecto Coanda se hace sentir como una de las propiedades más notables del agua, pues es el directamente responsable de las marcadas manchas oscuras que quedan en la mesa. En la boquilla de algunas teteras existe un diseño anticoanda, que es un orificio que hace retroceder a las inoportunas gotitas. El segundo capítulo no escrito tendría que ver con una aplicación extremadamente importante de los principios físicos para purificar el agua salada. Se recordará que hay un límite de salinidad más allá del cual el agua no es adecuada para el consumo humano. El agua de mar no lo es. Puesto que hay tal cantidad de agua de mar y salobre, y la escasez es una realidad desafortunadamente demasiado cercana, se han desarrollado técnicas para eliminar el exceso de sales y aumentar el caudal de agua potable. Existen varias formas, aunque las más usuales a nivel industrial pertenecen a una de dos clases: evaporación o filtración con membranas.

El efecto Coanda es una curiosa manifestación de la gran tensión superficial del agua: al escurrir por la boca de una jarra, ésta tenderá a adherirse a la superficie externa.

El tercer capítulo no escrito tendría que ver con una curiosa variedad del agua ordinaria que sirve fundamentalmente para moderar las reacciones en cadena en un reactor nuclear. Esta agua es tan poco abundante que, para fabricarla, hay que descartar 7 000 moléculas del hidrógeno ordinario para encontrar una molécula del tipo pesado que lleva (llamado deuterio), y esto hay que hacerlo muchas veces, pues se necesita una pureza del producto de 99.97 por ciento. Otra idea que se antoja desarrollar sobre el tema del agua versaría sobre la formación de las delicadas estructuras de los copos de nieve: una manifestación del orden molecular. O las caprichosas líneas en el interior de un cubito de hielo, producto de la desgasificación que se produce al congelarlo. En realidad podrían surgir nuevos temas, pero creo que esto es suficiente. De hecho en esta edición revisada los nuevos temas no han sido técnicos sino políticos, porque el futuro en este campo debe ser de una enorme conciencia, que debería ser el significado de “político”. Los problemas de agotamiento del recurso e inequidad en su distribución tienen las dos vertientes: mejor conocimiento científico y mejor tecnología, así como mejores decisiones políticas y de conciencia global. Pero ya ha sido suficiente para este libro. Suficiente para haber pasado un rato hablando, con letras, del agua, tratando de inducir al lector a dedicarle tiempo pues, como le dijo el zorro al Principito en el cuento de Saint-Exupéry, lo importante es el tiempo que le has dedicado a tu rosa; es lo que la hace diferente a todas las demás. Ya he bebido mi parte; la demás, la dejo correr.

AGRADECIMIENTOS

SIEMPRE TENDRÉ PRESENTES a quienes me llevaron a escribir este libro: Al equipo Guerrero: Guadalupe, Ana Carolina, Alejandro e Isela; ellos son mi impulso interno. Fermín Viniegra por la conversación que dio lugar a la primera versión; Alejandra Jáidar por encampanarme; Isaac Schifter por su aliento y consejo; Mario Hurtado por su apoyo, preguntas y entusiasmo; mi suegro, Carlos González Camarena, quien estaría encantado de saber que ya hubo una revisión; mi tío José Antonio Legarreta, que mucho tuvo que ver con mi pasión por el agua. Ruth Martínez, quien me apoyó tanto en la conformación del primer libro y en el camino hacia esta segunda edición. En la terminación de la primera versión, a lo largo de años de concursos, pláticas, entrevistas de radio y reuniones, ha estado siempre presente María del Carmen Farías, incansable, entusiasta y exigente. Me pidió actualizar el libro: aquí está. Gracias a ella y a su estupendo equipo. Juan Camilo Sierra y los maravillosos colombianos que he conocido gracias a él: Jorge Orlando Melo González, del Banco de la República, por su amable autorización para citar el libro de Alfredo Hettner; Rogelio Salmona, coautor del proyecto de la Avenida Jiménez, por su información y autorización para citarle, y los funcionarios, profesores y alumnos con quienes compartí en Bogotá el entusiasmo por el tema. Manuel Aguirre Botello amablemente me permitió utilizar el material gráfico de sus páginas de Internet sobre el agua en el Valle de México. César Sepúlveda, de la NASA, amigo de la juventud, me orientó sobre el material referente al agua fuera de nuestro planeta. Y todos esos jóvenes que me han enviado sus trabajos, que he leído y tomado de ellos las inquietudes para esta edición revisada; y a aquellos con quienes he tenido la oportunidad de charlar personalmente y recoger sus preguntas y sugerencias. Ellos constituyen la razón de ser de un libro: mientras haya eco en ellos, el libro será un ser vivo.

CRÉDITOS DE FIGURAS

FOTOGRAFÍAS GONZÁLEZ LOBO, GUADALUPE: figuras II.9, III.4, III.5 y III.6. GUERRERO GONZÁLEZ, ALEJANDRO E ISELA BONEQUI M.: figura I.9. NASA/JPL-Caltech: figuras II.1 (PIA00134); V.1 (PIA00126); V.2 (PIA00571); V.3 (PIA03878). SIERRA RESTREPO, ALBERTO: figuras III.15, III.16 y III.17. ZAVALA, HÉCTOR: figuras I.1a, I.3. (Nota: El doctor Manuel Guerrero es autor de las fotografías que no aparecen aquí mencionadas.)

GRABADOS La Nature, 2o semestre, 1888, p. 136: figura I.5. La Nature, 1er semestre, 1885, p. 276: figura III.7. La Nature, 1er semestre, 1889, p. 196: figura III.8. La Nature, 1er semestre, 1889, p. 123: figura III.9. ILUSTRACIONES Y MAPAS AGUIRRE BOTELLO, MANUEL (www.mexicomaxico.org/Tenoch/Tenoch4.htm): figura III.14. Geografía I, Fondo de Cultura Económica, México, 1999: figura II.11. ZAVALA, HÉCTOR: figuras I.6, I.7, I.8, I.12, II.2, II.3, II.4, II.6, II.7, II.10, II.12, III.1, IV.7 y IV.9.

ÍNDICE

PRÓLOGO A LA EDICIÓN REVISADA PRELUDIO I. EL AGUA, ¿QUÉ COSA ES? I.1. Algunos experimentos para conocerla I.2. Lo que se han preguntado los científicos I.3. Ese extraño elemento, tan común y tan poco corriente II. EL AGUA EN NUESTRO PLANETA II.1. ¿De cuánta agua estamos hablando? II.2. ¿De dónde salió tanta agua? II.3. La evaporación II.4. El vapor atmosférico y la precipitación II.5. Los ríos, lagos y cuerpos superficiales II.6. Los océanos, las corrientes y las mareas II.7. El agua y la vida III. EL CONSUMO URBANO DEL AGUA III.1. La captura del agua III.2. Cómo llega el agua a las ciudades y cómo se va III.3. El tratamiento del agua que reciben las ciudades III.4. El agua que sale de las ciudades III.5. Historia de dos ciudades. Uno: México en una laguna III.6. Historia de dos ciudades. Dos: Santafé de Bogotá, al pie de los Andes IV. LOS PROBLEMAS DEL AGUA IV.1. Los retos del siglo XXI IV.2. La contaminación del agua IV.3. El grado de tolerancia de contaminación del agua El agua para fines recreativos El agua para la agricultura El agua para la industria El agua para el abastecimiento público IV.4. El agua y la salud

IV.5. La administración del agua La administración del agua en América Latina IV.6. Los índices de bienestar del agua V. EL AGUA FUERA DE NUESTRO PLANETA V.1. Nevadas cósmicas V.2. La importancia del agua para la exploración del espacio V.3. El agua en los cuerpos celestes CONCLUSIÓN: LO QUE SE QUEDA EN EL TINTERO AGRADECIMIENTOS CRÉDITOS DE FIGURAS