TEMA 3: LA HIDROSFERA.

I) EL CICLO DEL AGUA. 1. Distribucin del agua en la hidrosfera. Concepto de tiempo medio de residencia. El agua es el compuesto qumico ms abundante en la biosfera, as como el nico compuesto en estado lquido abundante en la Tierra. Es esencial para el sustento de la vida en nuestro planeta. Llamamos hidrosfera al conjunto de todo el agua, en sus distintas fases, existentes en la Tierra. Distinguimos la siguiente distribucin en depsitos o compartimientos: OCANOS...............97.40% GLACIARES.. 2.02% AGUAS SUBTERRNEAS 0.57% LAGOS Y ROS 0.01% ATMSFERA ... 0.001% BIOSFERA 0.00004%

(Distribucin del agua en los distintos compartimientos de la hidrosfera) Dentro de cada depsito el agua permanece un tiempo variable. Al tiempo que permanece por trmino medio una molcula en cada depsito, se denomina tiempo medio de residencia. Si suponemos que no vara el volumen de un depsito con el tiempo, entonces: Volumen del compartimiento en km3Tiempo de residencia en aos = ------------------------------------------------- Flujo de salida en km3 / ao El tiempo medio de residencia del agua en los distintos compartimientos es: ATMSFERA 9-10 DAS ROS ..12-20 DAS LAGOS 1 100 AOS ACUFEROS ..300 5000 AOS GLACIARES .. 8000 AOS OCENOS . 3000 AOS

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2. Ciclo del agua y balance hdrico general. El agua en la naturaleza sigue un ciclo ms menos cerrado, en el que fluye entre los distintos depsitos. El motor de este ciclo es la energa solar y la gravedad. Este ciclo se resume como sigue: el agua se evapora de los ocanos (la mxima evaporacin se produce en los ocanos tropicales), pasando a la atmsfera, donde se condensa y precipita. La mayor parte de las precipitaciones cae sobre los ocanos, la otra parte cae sobre los continentes, dando lugar al ciclo hidrolgico continental, que sostiene a la vida sobre los continentes. El agua permanece en los continentes en forma de glaciares, ros, lagos o bien se infiltra formando aguas subterrneas, permaneciendo un tiempo variable en cada depsito. Por ltimo la escorrenta superficial y subterrnea devuelve el agua a los ocanos.

(Ciclo de hidrolgico) La cantidad total de agua en nuestro planeta est cifrada en aproximadamente 1.200 x 105 km3. De esta cantidad el agua que entra anualmente en el ciclo es de unos 420 x 103 km3. Los flujos ms importantes son los que se dan entre los ocanos y la atmsfera, y entre las capas superficiales y profundas de los ocanos.

(Balance hdrico general)

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En los ocanos existe un balance negativo, ya que se evapora ms agua de la que precipita directamente sobre los mismos. En cambio, los continentes poseen un balance positivo, ya que precipita ms de lo que se evapora. El excedente anual en los continentes es devuelto a los ocanos por la escorrenta: 3. Composicin qumica de la hidrosfera. Salinidad y gases disueltos. Una de las caractersticas qumicas ms importante del agua es su capacidad para actuar como disolvente de gases, lquidos y slidos. Adems las aguas transportan sustancias en suspensin, como las arcillas y la materia orgnica. LA SALINIDAD se define como la concentracin total de iones disueltos presentes en el agua. El agua marina posee una salinidad de 35 37 g/kg, que equivale al 3.5 3.7% de concentracin en peso. La salinidad en el ocano vara con la latitud, siendo muy elevada en los ocanos tropicales debido a la intensa evaporacin y escasez de precipitaciones. En cambio es baja en la zona ecuatorial debido a las elevadas precipitaciones, y en los polos por la baja evaporacin. El mar Mediterrneo posee un elevada salinidad (3.8 %) ya que es un mar cerrado con intensa evaporacin.

(Circulacin a travs del Estrecho de Gibraltar)

La salinidad condiciona la fisiologa de los seres vivos marinos. Tambin, junto con la temperatura, determina la densidad del agua, que a su vez determina la circulacin de fondo o termohalina. Aunque la salinidad vare de un ocano a otro, la proporcin de iones disueltos se mantiene constante:

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ANIONES CATIONES Cl - Na+ SO42- Mg2+ CO3H - Ca2+ Br - K+

(Orden en un depsito evaportico) El origen de la salinidad marina se debe a dos procesos:

1. El aporte de los ros que disuelven los iones de la corteza terrestre y que transfieren a los ocanos, mediante los procesos de escorrenta-lavado-precipitacin.

2. Aporte por emisiones volcnicas submarinas (sobre todo en dorsales), rica en sales (este sera el origen mayoritario del cloro, ya que este es un elemento raro en la corteza).

La composicin qumica de las aguas continentales es muy heterognea, tanto en cantidad como en los iones disueltos. Los aniones ms abundantes son CO3H- y SO42- , y los cationes Ca2+ y Mg2+. No obstante depende del tipo de rocas por las que discurra el agua ya que el origen principal de las sales de los ros y lagos es el proceso de lavado de las rocas de la corteza. Las precipitaciones y la evaporacin tambin influyen en la composicin qumica.

(Comparacin entre las aguas procedentes de regiones calcreas y de regiones gneas)

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(Composicin inica media del agua de mar, de lluvia y de ro)

(Representacin de los procesos

GASES DISUELTOS. Los gases prescon diferentes solubilidades, as el COen agua est determinada por la ley d Siendo c el coeficiente de solubilidad, La solubilidad de un gas es funcin iconcentracin de un gas en agua se m

(Grfica d

que controlan la qumica de las aguas superficiales)

entes en la atmsfera son todos solubles en agua, pero 2 es 31 veces ms soluble el O2. La solubilidad de un gas e Henry:

Solubilidad = c P0

que vara para cada gas y P0 la presin parcial.

nversa la temperatura y por tanto disminuye con esta. La ide en mg/l o ml/l.

e la solubilidad del O2 en agua)

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La distribucin del O2 en el agua depende sobretodo de la temperatura y de la relacin entre la fotosntesis y respiracin. Un lago con gran disponibilidad de nutrientes puede soportar una gran comunidad fitoplanctnica, donde la fotosntesis genere elevadas cantidades de materia orgnica. A este tipo de masa de agua (generalmente lagos) se llama aguas eutrficas. En el otro extremo tendremos las aguas oligotrficas, donde los nutrientes son escasos, limitan la capacidad fotosinttica del fitoplancton, y consecuentemente, la produccin de materia orgnica. En lagos eutrficos donde la estratificacin del aguas impide la oxigenacin del hipolimnion, el exceso de materia orgnica que sedimenta desde el epilimnion, es mineralizada por las bacterias lo que produce el agotamiento del oxgeno dando lugar acondiciones de anoxia.

(Perfil de oxgeno en el ocano, en un lago eutrfico y en un lago eutrfico)

El CO2 en disolucin desencadena una serie de transformaciones qumicas que constituyen el llamado sistema carbnico-carbonato: A la suma de CO2, CO3H2, CO3H- y CO32- se la conoce como carbono inorgnico total. En relacin con estos conceptos definidos alcalinidad al exceso de cargas positivas en el medio acutico y que es equilibrado por los iones carbonatos y bicarbonatos. En otras palabras la alcalinidad es una medida de la concentracin molar de los iones carbonatos y bicarbonatos.

(Distribucin vertical del carbono inorgnico en un lago eutrfico y en el ocano)

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4. Distribucin de la luz y la temperatura con la profundidad. La intensidad de la luz en el medio acutico disminuye exponencialmente con la profundidad. El agua absorbe de forma selectiva las radiaciones de diferentes longitudes de onda, siendo los infrarrojos y ultravioletas las primeras en absorberse. La radiacin visible es la que alcanza mayor profundidad, y dentro de esta, el color azul. En funcin de la presencia de luz en el medio acutico, distinguimos dos zonas:

ZONA FTICA, o zona con luz cerca de la superficie, donde se puede por tanto llevar a cabo la fotosntesis.

ZONA AFTICA, o zona profunda sin luz (se suele considerar zona aftica cuando la intensidad luminosa decae por debajo del 1%)

Puesto que la absorcin de la luz se lleva a cabo en los primeros metros de la columna de agua, la temperatura ir disminuyendo con la profundidad. A partir de cierto punto, se produce un rpido descenso de la temperatura, a esta zona se le llama termoclina, por debajo de esta la temperatura sigue descendiendo lentamente. La termoclima tiene gran importancia, ya que acta como una barrera que impide la mezcla entre el epilimnion y el hipolimnion. Esto a su vez tiene como consecuencia: 1 El epilimnion es una capa luminosa rica en O2 , pero pobre en nutrientes minerales. 2 El hipolimnion es una capa oscura (y por tanto sin actividad fotosinttica) y rica en nutrientes. Donde la actividad respiratoria hace que la concentracin de O2 sea baja.

(Perfil trmico y variacin en la concentracin de O2 en un lago templado y el ocano)

II. AGUAS CONTINENTALES

5. Distribucin de las aguas continentales Los principales depsitos continentales son los que a continuacin se detallan:

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GLACIARES: Constituyen el principal depsito continental. Los mayores se encuentran sobre la Antrtida y Groenlandia, con un espesor de hasta 4.000 m, denominados islandsis. Otro tipo de glaciar son los glaciares alpinos, que son masas acumuladas sobre los relieves montaosos, constan de un circo y lengua glaciar.

(Esquema de un islandsis y un glaciar alpino)

ROS. El agua de arroyada, la de fusin de la nieve y la que aflora de los acuferos, se va canalizando para acabar con el tiempo en un curso fluvial. Actualmente los ros devuelven al mar un volumen aproximado de 37 x 103 km3. Excepto en los desiertos y las zonas glaciares, constituyen el principal agente modelador de la superficie. Se denomina cauce a los puntos ms bajos del terreno por donde discurre el agua, configurando lo que se conoce como redes de drenaje. Las reas situadas entre los cauces se llaman interfluvios, y en ellos los puntos ms elevados corresponden a las divisorias de aguas. Toda la superficie cuyas aguas van a parar a un mismo ro se designa como cuenca hidrogrfica de dicho ro. Endorreico, se llama as a una cuenca cerrada donde termina un ro o rambla, sin que pueda desembocar en otro ro o el mar. Las cuencas pueden agruparse en vertientes, segn drenen a un ocano u otro. En el caso de Espaa son las vertientes atlntica, cantbrica y mediterrnea.

(Esquema de un valle fluvial y sus partes)

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(Esquema de las vertientes cantbrica, mediterrnea y atlntica)

LAGOS. Bajo este trmino se incluye diferentes tipos de masad de agua que pueden tener un origen muy diverso, tamao muy variable y una concentracin de sales tambin muy variable. Segn su origen geolgico se clasifican en:

- LAGOS DE CRTER, se originan en una caldera volcnica. - LAGOS GLACIARES, se forman en valles o circos glaciares, cuando el hielo se funde. - LAGOS TECTNICOS, se producen cuando el agua ocupa el fondo de una fosa

tectnica. En funcin de la estratificacin y mezcla de sus aguas, se distinguen:

- LAGOS MONOMCTICOS, con un solo periodo de mezcla (normalmente en otoo). - LAGOS DIMCTICOS, caracterizados por tener dos periodos de mezcla (uno en

primavera y otro en otoo).

HUMEDALES O FORMACIONES PALUSTRES. Son reas con una lmina de escasa profundidad. En ocasiones constituyen complejos endorreicos. Segn el tipo de humedal reciben distintos nombres: ALBUFERA, MARISMAS, LAGUNAS 6. Dinmica de las aguas continentales: balance hdrico de una cuenca y el diagrama hdrico. Durante, el ciclo hidrolgico, una parte del agua circula por los continentes, configurando el ciclo hidrolgico continental:

(Ciclo hidrolgico continental)

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El agua que precipita sobre los continentes es de nuevo devuelta a la atmsfera por la evaporacin directa, cosa que sucede en la parte superior del suelo y que poco a poco va progresando hacia el interior (en los desiertos las condiciones de sequedad se extiende a profundidades de varios metros). Por otro lado las plantas tambin extraen agua de la capa edfica. Esta agua es descargada por los poros de las hojas en forma de vapor, proceso conocido como transpiracin. A la suma de las prdidas combinadas por evaporacin directa y transpiracin se conoce como evotranspiracin. Otra parte del agua discurre por la superficie en forma de escorrenta superficial (aguas de arroyada, torrentes, ros..). Por ltimo otra parte se infiltra alimentado las aguas subterrneas, las cuales antes o despus afloran a la superficie. Se denomina BALANCE HDRICO DE UNA CUENCA a la resultante entre las entradas por precipitacin, y las salidas por evotranspiracin, escorrenta directa e infiltracin:

P = ERT + ED + I + (CAMBIOS EN LAS RESERVAS DE AGUA)

Ejemplos: Total de Espaa: P = 81% ETR + 9 % ED + 10 % I. Cuenca del Jucar: P = 84 % ETR + 4 % ED + 12 % I . P= 375 mm/ao

Se denomina HIDROGRAMA a un grfico que relaciona las variaciones del caudal de un ro respecto al tiempo. Llamamos CAUDAL al volumen de agua (flujo de agua) que pasa por un punto de un ro en un periodo determinado. Se suele medir en m3/s. Llamamos caudal ecolgico a la cantidad mnima de agua que debe transportar un ro para sustentar los ecosistemas que dependen de l. El hidrograma nos informa sobre la dinmica fluvial (comportamiento del ro), nos ayuda a prever riesgos como as avenidas y sus consecuencias, las inundaciones; as como a racionalizar los recursos hdricos. Los hidrogramas suelen mostrar un pico mximo, que en climas templados se da en primavera, y en los climas subpolares en verano. La construccin de presas ( y tambin la presencias de grandes lagos) suaviza el perfil del hidrograma. La forma de un hidrograma tambin depende del tamao y forma de la cuenca, as como de las actuaciones que el hombre ejerce sobre la misma. Por ejemplo una gran deforestacin hace que el hidrograma sea mucho ms marcado, aumentando el riesgo de inundaciones, ya que el agua tiende a discurrir por la superficie (escorrenta directa) y no se infiltra.

(Esquema de varios tipos de hidrogramas)

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Una de las funciones de los hidrogramas es estudiar la evolucin de las avenidas o crecidas, que se definen como un incremento rpido e intenso en el caudal de un ro, y que constituyen uno de los principales riesgos geolgicos.

(Hidrograma de una avenida) 7. Las aguas subterrneas: conceptos fundamentales. Tipos de acuferos. Una vez que los poros del suelo estn saturados de agua, sta desciende por gravedad infiltrndose en el subsuelo para formar las aguas subterrneas tambin llamada agua freticas. Se denomina infiltracin al proceso por el cual el agua penetra a travs del terreno para formar las aguas subterrneas. Depende de varios factores: Tipo de precipitacin: las lluvias torrenciales favorecen la escorrenta superficial. La cubierta vegetal: las plantas favorecen la infiltracin (ya que frenan el agua y la

canalizan hacia el interior) La pendiente del terreno: cuanto mayor la pendiente ms se favorece la escorrenta. Permeabilidad: la permeabilidad es la capacidad de la roca para permitir (transmitir) el

paso del agua a su travs. Est relacionada con la porosidad, es decir, cantidad de poros que tenga la roca, y ms correctamente con la porosidad eficaz, que es el volumen de poros conectados y con un tamao adecuado.

Volumen de poros conectados

POROSIDAD EFEICAZ = -------------------------------------------- X 100 Volumen total de poros En funcin de su permeabilidad y porosidad distinguimos tres tipos de rocas:

- ACUFEROS: rocas porosas y permeables (gravas, arenas) que pueden transmitir y acumular agua.

- ACUFUGOS: rocas impermeables y no porosas (granitos no figurados.), no acumulan ni transmite agua.

- ACUICLUIDOS: rocas porosas e impermeables (arcillas.) que pueden acumular agua, pero no la transmiten.

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(Porosidad y permeabilidad de algunas rocas) En un acufero el agua subterrnea se acumula y circula a travs de sus poros o grietas, se llama nivel fretico a la altura que alcanza el agua en un acufero. Por encima de ste se encuentra la zona de aireacin, cuyos poros estn llenos de aire. Por debajo se encuentra la zona de saturacin, cuyos poros estn llenos de agua. El nivel fretico est sometido a continuas variaciones, as sube en invierno y baja en verano. La accin del hombre tambin modifica su forma, crendose una depresin en forma de cono bajo una estacin de bombeo, llamada cono de depresin o de bombeo. El agua en un acufero se mueve desde las zonas de mayor energa potencial a las de menor energa potencial, es decir desde las zonas de recarga a las zonas de descarga. Se distinguen dos tipos de acuferos: ACUFEROS LIBRES y ACUFEROS CONFINADOS. Un acufero libre es aquel que no est limitado por encima por un nivel o capa impermeable, por tanto la presin del agua es igual a la atmosfrica. Un acufero confinado es aquel que est limitado por encima por un nivel impermeable y la presin del agua puede ser superior a la atmosfrica, por ello cuando se perfora la capa superior, el agua surge espontneamente. Este tipo de perforacin se denomina pozo artesiano. La altura que alcanza el agua en un pozo artesiano se denomina nivel piezomtrico, que es un reflejo de la presin que alcanza le agua dentro del acufero confinado.

(Esquemas de acuferos libres)

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(Esquema de un acufero confinado)

III. DINMICA DE LOS OCANOS. 8. Las corrientes marinas: superficiales y termohalinas. La Gran Cinta Transportadora. En relacin con la dinmica de los ocanos se puede considerar dos capas: una superficial, por encima de la termoclna, afectada por las corrientes superficiales ,influenciada por el viento y el oleaje. Y otra por debajo de la termoclina, afectada por las corrientes profundas o termohalinas. Entre ambas existen conexiones, son las zonas de afloramiento y las zonas de hundimiento.

(Esquema del relieve submarino)

(Principales regiones ocenicas)

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