Con el apoyo del OIEA, un grupo de científicos provenientes de diversas partes del mundo comienza a utilizar técnicas nucleares e isotópicas para descubrir los secretos del agua. Mediante el estudio de los isótopos (variantes de los elementos químicos), los científicos pueden revelar el origen, la edad, la calidad y el uso del agua, y recabar datos para proteger este recurso natural.
Mejoras en la gestión de los recursos hídricos mediante técnicas nucleares e isotópicas
Con el apoyo del OIEA, un grupo de científicos provenientes de diversas partes del mundo comienza a utilizar técnicas nucleares e isotópicas para descubrir los secretos del agua.
Estudio de las aguas subterráneas de Centroamérica
Las aguas subterráneas se filtran desde la tierra y la arena de las primeras capas de suelo hasta las superficies rocosas más profundas (o “acuíferos”), donde se acumulan y se desplazan lentamente. Según la sección Centroamérica de la Asociación Mundial para el Agua (GWP Centroamérica), en algunas zonas del subcontinente las aguas subterráneas constituyen el principal recurso hídrico, debido a la disminución de la cantidad y la calidad de las aguas superficiales en los ríos, lagos y embalses. Esta situación obedece principalmente al fenómeno de El Niño-Oscilación del Sur (ENOS), una fluctuación periódica de la temperatura de la superficie del océano y la presión del aire, que produce sequías e inundaciones.
“El fenómeno de El Niño y la consiguiente escasez de agua han generado inseguridad alimentaria, debido a las grandes pérdidas en los cultivos de las zonas afectadas,—explicó Lucía Ortega, experta en hidrología isotópica del OIEA—. Ha aumentado el uso de los recursos hídricos subterráneos debido al marcado crecimiento de la población y al hecho de que la agricultura, el turismo y la energía hidroeléctrica dependen de las aguas estacionales y la recarga de los acuíferos”, finaliza.
El uso creciente de las aguas subterráneas exige una mayor comprensión de los factores que afectan a los patrones de las precipitaciones y de los nexos entre la recarga y la descarga (movimientos del agua desde la superficie hasta los acuíferos y viceversa). Por ende, el OIEA ha estado colaborando en un estudio regional en el que se usan técnicas isotópicas para medir las interacciones entre las precipitaciones y la dirección y la magnitud del flujo de agua por encima y debajo del suelo de Costa Rica, El Salvador, Honduras, Nicaragua y Panamá.
Los resultados preliminares del estudio, publicados en 2020, pueden ser de utilidad para los encargados de formular políticas tendientes a proteger zonas de recarga indispensables para el uso seguro y sostenible del agua.
Gestión de las aguas subterráneas en Oriente Medio y el Norte de África
Debido a la escasez de aguas superficiales, muchos países de la región dependen de los recursos hídricos subterráneos para el consumo de agua potable o la irrigación de cultivos, explica Horst Monken-Fernandes, Especialista en Rehabilitación Ambiental del OIEA.
En un proyecto respaldado por el programa de cooperación técnica del OIEA, un grupo de especialistas en análisis isotópico y rehabilitación ambiental ha estado ayudando a expertos en Jordania a medir y monitorear la concentración de radio (un material radiactivo natural) en muestras de agua subterránea recogidas en el acuífero del Valle de la Luna, así como a explorar opciones para el tratamiento del agua.
En ese valle el agua puede estar contaminada con radionucleidos naturales, debido a diversos procesos naturales derivados de la geología y la geoquímica del lugar, explica el Sr. Monken-Fernandes. El proyecto apoya la construcción y la instalación de una unidad de tratamiento del agua en que se usará óxido de manganeso hidratado para remover el radio del agua (más información sobre este proyecto, en inglés y árabe).
El OIEA también está ayudando a expertos de Libia a gestionar las aguas subterráneas mediante el análisis de las concentraciones de radionucleidos naturales.
Bananos resistentes al cambio climático
Las técnicas isotópicas también se utilizan para mejorar el uso del agua en entornos agrícolas. El OIEA, en cooperación con la FAO, está ayudando a 50 países en esta área.
En África Oriental las sequías, que cada vez son más frecuentes, constituyen una amenaza para este alimento básico, según datos del Instituto Internacional de Agricultura Tropical (IITA). La región produce el 20% de los bananos del mundo y parte de su población vive del cultivo de esa fruta. “Los cambios en la distribución de las lluvias y una mayor frecuencia de las sequías como consecuencia del cambio climático afectan al rendimiento y a la calidad de la producción”, dice Mathilde Vantyghem, investigadora del Centro Conjunto FAO/OIEA de Técnicas Nucleares en la Alimentación y la Agricultura. Muchos estudios abordan las prácticas de agricultura sostenible en el caso de los cereales, como el trigo, la cebada y el arroz, pero hace falta más información en el caso de los bananos, que “son importantes para el ingreso de los pequeños agricultores y para la alimentación de millones de personas”.
En 2019, el Centro Conjunto FAO/OIEA, con el apoyo de Bélgica, inició el primer programa integral de investigación y desarrollo para perfeccionar técnicas de isótopos estables que pudieran aplicarse a las prácticas de cultivo de bananos y utilizarse para encontrar variedades que fueran más resistentes a las sequías. En colaboración con el IITA y el Instituto Africano de Ciencia y Tecnología Nelson Mandela, un grupo de investigadores estudió la posibilidad de recoger muestras de hojas para realizar un análisis del isótopo carbono13, así como de utilizar los datos para lograr una producción de bananos más eficiente en el uso del agua, lo que, según la Sra. Vantyghem, contribuye a la creación de sistemas de cultivo de bananos climáticamente inteligentes. El carbono13 se emplea para medir el dióxido de carbono y entender la manera en que la planta lo absorbe y libera.
Una científica toma una hoja de plátano para realizar un análisis de isótopos estables del carbono, en una granja dedicada a la investigación en Arusha (República Unida de Tanzanía). (Fotografía: M. Vantyghem, FAO/OIEA)
Managing groundwater
Groundwater is water found underground between spaces in soil, sand and rock, which is stored in and moves slowly through aquifers. According to the Global Water Partnership of Central America, in parts of Central America, groundwater is the primary water resource, due to the decline in quality and quantity of surface water resources, including freshwaters in rivers, lakes and reservoirs. This is largely due to El Niño - Southern Oscillation (ENSO), a periodic fluctuation of ocean surface temperature and air pressure that is linked to periodic droughts and flooding.
“ENSO events and subsequent water scarcity have resulted in food insecurity after suffering major crop losses in these areas,” said Lucia Ortega, IAEA Isotope Hydrologist. “The dependence on seasonal rainfall and groundwater recharge for agriculture, tourism, hydropower and a rapid demographic growth have further amplified the use of groundwater resources.”
The increased use of groundwater has highlighted the need to better understand factors affecting rainfall patterns and the links between groundwater recharge and discharge – the movement of water from surface water to groundwater and vice versa – to improve water management. Isotopic tools have been key in a new IAEA regional study to assess the interaction between rainfall inputs and the direction and magnitude of water flow above and below ground in Costa Rica, El Salvador, Honduras, Nicaragua and Panama.
Preliminary results of the study, published in 2020, can provide the information decision makers need to protect and conserve critical recharge zones to ensure water security and sustainability.
In the Middle East and North Africa, many countries depend on groundwater resources, as well, due to the lack of surface water. “Many countries – especially those with scarcity of freshwater resources – depend on groundwater as a source of drinking water and also for irrigation,” said Horst Monken-Fernandes, IAEA Environmental Remediation Specialist. In an ongoing project supported by the IAEA’s technical cooperation programme, isotope analysis and environmental remediation specialists helped experts in Jordan to measure and monitor the concentration of radium – a naturally occurring radioactive material (NORM) – in groundwater sampled from the Ram aquifer, and to explore options for the water’s treatment.
Natural processes, which are controlled primarily by the local geology and geochemistry, can lead to the contamination of groundwater by natural radionuclides, Monken-Fernandes explained. The project is supporting the construction and installation of a water treatment unit using hydrous manganese oxide to remove radium from water. Read more about the project. The IAEA is also supporting experts in Libya in groundwater management with respect to enhanced concentration of natural radionuclides.
Managing water to adapt bananas to climate change
Isotopic techniques are also used to optimize the use of water in agriculture. The IAEA, in cooperation with the Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO), is assisting 50 countries in this area.
In East Africa, where one-fifth of the world’s bananas are produced, more frequent drought spells are threatening the fruit that serves as a food staple and source of income, according to the International Institute of Tropical Agriculture (IITA). “The changes in the distribution of rainfall and increasing frequency of dry spells, as a result of climate change, affect yields and quality of produce,” said Mathilde Vantyghem, Researcher at the Joint FAO/IAEA Centre of Nuclear Techniques in Food and Agriculture. While many studies focus on climate-smart practices for cereals, such as wheat, barley and rice, there is a lack of information for bananas, which “are important for small farmers, not only for income but also as food for millions of people.”
In 2019, the Joint FAO/IAEA Centre, with support from Belgium, launched the first comprehensive research and development programme to develop stable isotope techniques for adapting banana farming practices and evaluating banana varieties that are more drought tolerant. In collaboration with the IITA and the Nelson Mandela African Institute of Science and Technology, researchers analysed how leaf samples can be collected for carbon-13 isotope analysis and what information can be gathered to make banana production more water-use efficient, which will contribute to the development of climate-smart banana cropping systems, Vantyghem said. Carbon-13 is used to measure and track how CO2 is being absorbed and released.
A leaf sample is taken for stable carbon isotope analysis of a banana plant, at a research farm in Arusha, Tanzania. (Photo: M. Vantyghem, FAO/IAEA)
Join the webinar: Nuclear Techniques for Effective Water Management
The IAEA is hosting a webinar today at 15:00 Vienna time on water-related issues impacting people’s lives in different regions. IAEA Deputy Director General and Head of the Department of Nuclear Sciences and Applications, Najat Mokhtar, and experts from Costa Rica, Slovenia and Tunisia will discuss how isotopic tools are advancing water availability in Africa, improving groundwater resources management in Europe and optimizing water-use efficiency for producing crops, such as coffee, production in Latin America. The discussion will be followed by a question and answer session. Register here.