Distribución del agua en la Tierra

Distribución gráfica de las ubicaciones de agua en la Tierra

Visualización de la distribución (por volumen) del agua en la Tierra. Cada cubo pequeño (como el que representa el agua biológica) corresponde a aproximadamente 1.000 km³ de agua, con una masa de aproximadamente 1 billones de toneladas (200,000 veces la de la Gran Pirámide de Giza o cinco veces la del Lago Kariba, posiblemente el objeto más pesado hecho por el hombre). Incluye 1 millón de cubos pequeños, todo el cubo mediría unos 1,102 km a cada lado.

La mayor parte del agua de la atmósfera y la corteza terrestre proviene del agua salada del mar, mientras que el agua dulce representa casi el 1% del total. La gran mayoría del agua de la Tierra es salina o salada, con una salinidad media del 35‰ (o 3,5%, aproximadamente equivalente a 34 gramos de sales en 1 kg de agua de mar), aunque esto varía ligeramente según la cantidad de escorrentía recibida de las tierras circundantes. En total, el agua de los océanos y mares marginales, el agua subterránea salina y el agua de lagos cerrados salinos representan más del 97% del agua de la Tierra, aunque ningún lago cerrado almacena una cantidad de agua significativa a nivel mundial. El agua subterránea salina rara vez se tiene en cuenta, excepto cuando se evalúa la calidad del agua en regiones áridas.

El resto del agua de la Tierra constituye el recurso de agua dulce del planeta. Normalmente, el agua dulce se define como agua con una salinidad inferior al 1% de la de los océanos, es decir, por debajo de aproximadamente el 0,35‰. El agua con una salinidad entre este nivel y el 1‰ se suele denominar agua marginal porque es marginal para muchos usos de los seres humanos y los animales. La proporción de agua salada respecto de agua dulce en la Tierra es de aproximadamente 50:1.

El agua dulce del planeta también está distribuida de forma muy desigual. Si bien en épocas cálidas como el Mesozoico y el Paleógeno, cuando no había glaciares en ningún lugar del planeta, toda el agua dulce se encontraba en ríos y arroyos, hoy la mayor parte del agua dulce existe en forma de hielo, nieve, agua subterránea y humedad del suelo, con solo un 0,3% en forma líquida en la superficie. Del agua dulce líquida superficial, el 87% se encuentra en lagos, el 11% en pantanos y solo el 2% en ríos. También existen pequeñas cantidades de agua en la atmósfera y en los seres vivos.

Aunque se sabe que el volumen total de agua subterránea es mucho mayor que el de las aguas de escorrentía de los ríos, una gran proporción de esta agua subterránea es salina y, por lo tanto, debe clasificarse junto con el agua salina antes mencionada. También hay una gran cantidad de agua subterránea fósil en regiones áridas que nunca se ha renovado durante miles de años; esto no debe considerarse agua renovable.

Se estima que el volumen total de agua en la Tierra es de 1.386 millones de km3 (333 millones de millas cúbicas), de los cuales el 97,5 % es agua salada y el 2,5 % es agua dulce. De esta última, solo el 0,3 % se encuentra en forma líquida en la superficie.

Debido a que los océanos, que cubren aproximadamente el 70,8% de la superficie de la Tierra, reflejan la luz azul, la Tierra se ve azul desde el espacio y a menudo se la conoce como el planeta azul o el punto azul pálido. El agua dulce líquida, como lagos y ríos, cubre aproximadamente el 1% de la superficie de la Tierra y, en conjunto con la capa de hielo de la Tierra, la superficie de la Tierra está compuesta en un 75% por agua.

En conjunto, los lagos de la Tierra contienen 199.000 km3 de agua. La mayoría de los lagos se encuentran en las altas latitudes del norte, lejos de los centros de población humana. Los Grandes Lagos de América del Norte, que contienen el 21% del volumen de agua dulce del mundo, son una excepción. La cuenca de los Grandes Lagos alberga a más de 35 millones de personas. Las ciudades canadienses de Thunder Bay, St. Catharines, Hamilton, Toronto, Oshawa y Kingston, así como las ciudades estadounidenses de Detroit, Duluth, Milwaukee, Chicago, Gary, Cleveland, Buffalo y Rochester, están todas ellas situadas en las orillas del sistema de los Grandes Lagos.

El agua subterránea dulce es muy valiosa, especialmente en países áridos como China. Su distribución es muy similar a la del agua superficial de los ríos, pero es más fácil almacenarla en climas cálidos y secos porque los depósitos de agua subterránea están mucho más protegidos de la evaporación que las presas. En países como Yemen, el agua subterránea procedente de las precipitaciones irregulares durante la temporada de lluvias es la principal fuente de agua para riego.

Dado que la recarga de agua subterránea es mucho más difícil de medir con precisión que la escorrentía superficial, el agua subterránea no suele utilizarse en zonas donde hay incluso niveles bastante limitados de agua superficial. Incluso hoy en día, las estimaciones de la recarga total de agua subterránea varían mucho para la misma región según la fuente que se utilice, y los casos en que se explota el agua subterránea fósil más allá de la tasa de recarga (incluido el acuífero de Ogallala) son muy frecuentes y casi siempre no se consideraron seriamente cuando se desarrollaron por primera vez.

Se estima que el volumen total de agua de los ríos es de 2.120 km3 (510 mi3), o el 0,49% del agua dulce superficial de la Tierra. Los ríos y las cuencas se comparan a menudo no en función de su volumen estático, sino en función de su caudal de agua o escorrentía superficial. La distribución de la escorrentía fluvial en la superficie de la Tierra es muy desigual.

Pueden darse enormes variaciones dentro de estas regiones. Por ejemplo, hasta una cuarta parte del limitado suministro de agua dulce renovable de Australia se encuentra en la península del Cabo York, casi deshabitada. Además, incluso en continentes bien irrigados, hay zonas con una escasez extrema de agua, como Texas, en América del Norte, cuyo suministro de agua renovable asciende a tan solo 26 km³/año en una superficie de 695.622 km², o Sudáfrica, con tan solo 44 km³/año en 1.221.037 km². Las zonas de mayor concentración de agua renovable son:

• Las cuencas Amazonas y Orinoco (un total de 6.500 km³/año o 15 por ciento de la fuga global)
• Asia oriental
  • Cuenca de Yangtze – 1.000 km³/year
• Asia meridional y sudoriental, con un total de 8.000 km³/año o 18 por ciento de la fuga global
  • Cuenca de Ganges – 900 km³/year
  • Cuenca de Irrawaddy – 500 km³/year
  • Cuenca de Mekong – 450 km³/year
• Canadá, con más del 10 por ciento del agua del río mundial y grandes cantidades en lagos
  • Río Mackenzie – más de 250 km³/year
  • Río Yukón – más de 150 km³/year
• Siberia
  • Yenisey – más del 5% del agua fresca mundial en la cuenca – segundo más grande después de la Amazonía
  • Río Ob – más de 500 km³/year
  • Río Lena – más de 450 km³/year
• Nueva Guinea
  • Fly and Sepik Rivers – total más de 300 km³/año en sólo unos 150.000 km² de la cuenca.

La corteza oceánica es joven, delgada y densa, y ninguna de las rocas que la componen es anterior a la desintegración de Pangea. Como el agua es mucho más densa que cualquier gas, esto significa que el agua fluirá hacia las "depresiones" formadas como resultado de la alta densidad de la corteza oceánica (en un planeta como Venus, sin agua, las depresiones parecen formar una vasta llanura sobre la que se elevan mesetas). Como las rocas de baja densidad de la corteza continental contienen grandes cantidades de sales de metales alcalinos y alcalinotérreos que se erosionan fácilmente, la sal se ha acumulado en los océanos durante miles de millones de años como resultado de la evaporación, devolviendo el agua dulce a la tierra en forma de lluvia y nieve.

La variabilidad de la disponibilidad de agua es importante tanto para el funcionamiento de las especies acuáticas como para la disponibilidad de agua para el consumo humano: el agua que sólo está disponible en unos pocos años húmedos no debe considerarse renovable. Dado que la mayor parte de la escorrentía global proviene de zonas de muy baja variabilidad climática, la escorrentía global total suele tener una variabilidad baja.

De hecho, incluso en las zonas más áridas, suele haber pocos problemas con la variabilidad de la escorrentía porque la mayoría de las fuentes de agua utilizables provienen de regiones de alta montaña que proporcionan el deshielo de los glaciares como principal fuente de agua, que también llega en el período pico del verano, cuando la demanda de agua es alta. Esto históricamente ayudó al desarrollo de muchas de las grandes civilizaciones de la historia antigua, e incluso hoy permite la agricultura en áreas tan productivas como el Valle de San Joaquín.

Sin embargo, en Australia y el sur de África, la historia es diferente. Aquí, la variabilidad de la escorrentía es mucho mayor que en otras regiones continentales del mundo con climas similares. Los ríos de clima típicamente templado (clasificación climática C de Köppen) y árido (clasificación climática B de Köppen) en Australia y el sur de África tienen hasta tres veces el coeficiente de variación de la escorrentía de los de otras regiones continentales. La razón de esto es que, mientras que todos los demás continentes han tenido sus suelos en gran parte moldeados por la glaciación y la formación de montañas del Cuaternario, los suelos de Australia y el sur de África han permanecido prácticamente inalterados desde al menos el Cretácico temprano y, en general, desde la última edad de hielo en el Carbonífero. En consecuencia, los niveles de nutrientes disponibles en los suelos australianos y del sur de África tienden a ser órdenes de magnitud inferiores a los de climas similares en otros continentes, y la flora nativa lo compensa mediante densidades de raíces mucho más altas (por ejemplo, raíces proteoides) para absorber un mínimo de fósforo y otros nutrientes. Debido a que estas raíces absorben tanta agua, la escorrentía en los ríos típicos de Australia y el sur de África no se produce hasta que se han producido unos 300 mm (12 pulgadas) o más de lluvia. En otros continentes, la escorrentía se produce después de una lluvia bastante ligera debido a la baja densidad de raíces.

La consecuencia de esto es que muchos ríos en Australia y el sur de África (en comparación con muy pocos en otros continentes) son teóricamente imposibles de regular porque las tasas de evaporación de las represas significan que un almacenamiento lo suficientemente grande como para regular teóricamente el río a un nivel dado en realidad permitiría que se utilizara muy poco calado. Ejemplos de tales ríos incluyen los de la cuenca del lago Eyre. Incluso para otros ríos australianos, se necesita un almacenamiento tres veces mayor para proporcionar un tercio del suministro de un clima comparable en el sudeste de América del Norte o el sur de China. También afecta a la vida acuática, favoreciendo fuertemente a las especies capaces de reproducirse rápidamente después de grandes inundaciones, de modo que algunas sobrevivirán a la próxima sequía.

En cambio, los ríos de clima tropical (clasificación climática A de Köppen) de Australia y el sur de África no tienen índices de escorrentía marcadamente inferiores a los de climas similares en otras regiones del mundo. Aunque los suelos de Australia tropical y el sur de África son incluso más pobres que los de las partes áridas y templadas de estos continentes, la vegetación puede utilizar el fósforo orgánico o el fosfato disuelto en el agua de lluvia como fuente de nutrientes. En climas más fríos y secos, estas dos fuentes relacionadas tienden a ser prácticamente inútiles, por lo que se necesitan medios tan especializados para extraer la menor cantidad posible de fósforo.

Existen otras áreas aisladas con una alta variabilidad de escorrentía, aunque esto se debe básicamente a precipitaciones erráticas más que a una hidrología diferente. Entre ellas se incluyen:

• Asia sudoccidental
• La Nordeste brasileña
• Las Grandes Llanuras de los Estados Unidos

Se ha planteado la hipótesis de que el agua está presente en la corteza terrestre, el manto e incluso el núcleo e interactúa con la superficie del océano a través del "ciclo del agua de toda la Tierra". Sin embargo, la cantidad real de agua almacenada en el interior de la Tierra aún sigue siendo objeto de debate. Se estima que a cientos de kilómetros de profundidad en el interior de la Tierra se puede encontrar entre 1,5 y 11 veces la cantidad de agua de los océanos, aunque no en forma líquida.

El manto inferior de la Tierra interna puede contener hasta cinco veces más agua que toda el agua superficial combinada (todos los océanos, todos los lagos, todos los ríos).

La cantidad de agua almacenada en el interior de la Tierra puede igualar o superar la de todos los océanos superficiales. Algunos investigadores propusieron que el presupuesto total de agua del manto puede ascender a decenas de masas oceánicas. El agua en el manto de la Tierra se disuelve principalmente en minerales nominalmente anhidros como hidroxilos (OH). Estas impurezas de OH en rocas y minerales pueden lubricar la placa tectónica, influir en la viscosidad de las rocas y los procesos de fusión, y ralentizar las ondas sísmicas. Las dos fases del manto en la zona de transición entre el manto superior e inferior de la Tierra, wadsleyita y ringwoodita, podrían incorporar potencialmente hasta un pequeño porcentaje de peso de agua en su estructura cristalina. En 2014 se encontró evidencia directa de la presencia de agua en el manto de la Tierra con base en una muestra de ringwoodita hidratada incluida en un diamante de Juína, Brasil. Las observaciones sísmicas sugieren la presencia de agua en la fusión por deshidratación en la parte superior del manto inferior debajo de los Estados Unidos continentales. El agua molecular (H₂O) no es la fase primaria portadora de agua en el manto, pero su forma de alta presión, el hielo VII, también se ha encontrado en diamantes a profundidades superprofundas.

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