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El riego con aguas subterráneas permite a los agricultores cultivar en el Valle Central de California, pero el recurso hídrico subterráneo está disminuyendo. Un estudio de la NASA ofrece una nueva herramienta para gestionar las aguas subterráneas.Créditos: Departamento de Recursos Hídricos de California/Dale Kolke

Los investigadores han desvelado los desconcertantes patrones de hundimiento y elevación de la tierra para precisar los lugares subterráneos donde se bombea el agua para el riego. 

Los científicos han elaborado un nuevo método que promete mejorar la gestión de las aguas subterráneas, algo fundamental para la vida y la agricultura en las regiones áridas. El método determina la cantidad de agua subterránea que se pierde en los acuíferos que se encuentran confinados en la arcilla, que pueden desecarse hasta el punto de no recuperarse, y la cantidad que procede del suelo que no está confinado en un acuífero, que puede reponerse en los años de lluvias normales.

El equipo de investigación estudió la cuenca de Tulare, en California, que forma parte del Valle Central. El equipo descubrió que la clave para distinguir entre estas fuentes subterráneas de agua está relacionada con los patrones de hundimiento y aumento del nivel del suelo en esta región agrícola intensamente regada.

El Valle Central representa sólo el 1% de las tierras de cultivo de EE.UU. y, sin embargo, cultiva anualmente un sorprendente 40% de las frutas de mesa, verduras y frutos secos del país. Esta productividad sólo es posible porque los agricultores complementan las precipitaciones anuales de 120 a 250 mm en el valle con un amplio volumen de aguas subterráneas. En los años de sequía, más del 80% del agua de riego procede del subsuelo. 

Tras décadas de bombeo, los recursos hídricos subterráneos están disminuyendo. Los pozos de la cuenca de Tulare deben perforarse a más de 1.000 metros de profundidad para encontrar agua suficiente. No hay forma de medir con exactitud la cantidad de agua que queda en el subsuelo, pero los responsables de la gestión tienen que hacer el mejor uso posible de la que haya. Eso implica controlar si el agua se extrae de los acuíferos o del suelo suelto, conocido como capa freática. En esta extensa región, con decenas de miles de pozos sin medidor, la única forma práctica de hacerlo es utilizando datos de satélite.

Este mapa muestra los cambios en la masa de agua, tanto en la superficie como en el subsuelo, en California desde 2003 hasta 2013, medidos por el satélite GRACE de la NASA. El rojo más oscuro indica la mayor pérdida de agua. El Valle Central está delineado en amarillo; la cuenca de Tulare cubre aproximadamente el tercio sur. El agotamiento extremo de las aguas subterráneas ha continuado hasta el presente. Créditos: NASA/GSFC/SVS

Un equipo de investigación del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, en el sur de California, y del Laboratorio Lawrence Berkeley del Departamento de Energía de EE.UU., en el norte de California, se propuso crear un método que hiciera exactamente eso. Para ello, combinaron datos sobre la pérdida de agua procedentes de los satélites Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) y GRACE Follow-On de la NASA con datos sobre los cambios a nivel del suelo procedentes de un satélite Sentinel-1 de la ESA (Agencia Espacial Europea). Los cambios en el nivel del suelo en esta región suelen estar relacionados con la pérdida de agua, ya que cuando el suelo se queda sin agua, acaba desplomándose y hundiéndose en los espacios donde antes había agua, un proceso que se denomina subsidencia.

La cuenca de Tulare se está hundiendo de manera dramática: El ritmo actual es de aproximadamente un pie (0,3 metros) de hundimiento por año. Pero de un mes a otro, el suelo puede bajar, subir o quedarse igual. Además, estos cambios no siempre se corresponden con las causas previstas. Por ejemplo, después de una fuerte lluvia, el nivel freático sube. Es obvio que esto haría que el nivel del suelo también subiera, pero a veces se hunde.

Los investigadores pensaron que estas misteriosas variaciones a corto plazo podrían ser la clave para determinar las fuentes de agua extraída. "La cuestión principal era cómo interpretar el cambio que se produce en estas escalas de tiempo más cortas: ¿Es sólo un episodio, o es importante?", dijo Kyra Kim, becaria postdoctoral en el JPL y coautora del artículo, que aparece en Scientific Reports.

Arcilla  y arena 

Kim y sus colegas creen que los cambios están relacionados con los diferentes tipos de suelos de la cuenca. Los acuíferos están confinados en capas de arcilla rígida e impermeable, mientras que el suelo no confinado es más suelto. Cuando se bombea agua de un acuífero, la arcilla tarda en comprimirse en respuesta al peso de la masa de tierra que presiona desde arriba. El suelo no confinado, en cambio, sube o baja más rápidamente en respuesta a la lluvia o al bombeo. 

Los investigadores crearon un sencillo modelo numérico de estas dos capas de suelos en la cuenca de Tulare. Al eliminar la tendencia de subsidencia a largo plazo de los datos de cambio del nivel del suelo, produjeron un conjunto de datos de sólo las variaciones mes a mes. Su modelo reveló que, en esta escala de tiempo, la práctica totalidad del cambio del nivel del suelo puede explicarse por los cambios en los acuíferos, no en el nivel freático.

Por ejemplo, en primavera llueve poco en el Valle Central, por lo que el nivel freático suele hundirse. Pero la escorrentía de la nieve en Sierra Nevada recarga los acuíferos, y eso hace que el nivel freático suba. Cuando la precipitación hace subir el nivel freático, si los acuíferos están comprimiéndose al mismo tiempo por haber sido extraído el agua durante la estación seca anterior, el nivel del suelo descenderá. El modelo reprodujo correctamente los efectos de fenómenos meteorológicos como las fuertes lluvias del invierno de 2016-17. También se ajustó a la escasa cantidad de datos disponibles de pozos y GPS.

Kim señaló que el nuevo modelo puede reutilizarse para representar otras regiones agrícolas en las que el uso de las aguas subterráneas necesita estar mejor controlado. La misión de radar de apertura sintética (NISAR) de la NASA y la Organización de Investigación Espacial de la India, cuyo lanzamiento está previsto para 2023, medirá los cambios en el nivel del suelo con una resolución aún mayor que la de Sentinel-1. Los investigadores podrán combinar el conjunto de datos de NISAR con los de GRACE Follow-On en este modelo en beneficio de la agricultura

Fuente:  Jane J. Lee / Andrew Wang Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Calif. 818-354-0307 / 626-379-6874 Esta dirección de correo electrónico está siendo protegida contra los robots de spam. Necesita tener JavaScript habilitado para poder verlo. / Esta dirección de correo electrónico está siendo protegida contra los robots de spam. Necesita tener JavaScript habilitado para poder verlo. Written by Carol Rasmussen

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