Los principales procesos implicados en el ciclo del agua son:

Transcripción

1 Ciclo de agua El ciclo hidrológico o ciclo del agua es el proceso de circulación del agua entre las distintas partes de la hidrósfera. Se trata de un ciclo biogeoquímico en el que hay una intervención de reacciones químicas, y el agua circula de unos lugares a otros o cambia de estado físico. La mayor parte de la masa del agua se encuentra en forma líquida, sobre todo en los océanos y mares y en menor medida en forma de agua subterránea o de agua superficial como en los lagos, ríos y arroyos. La segunda fracción, por su importancia, es la del agua acumulada como hielo sobre todo en los casquetes polares ártico y antártico, con una participación pequeña de los glaciares de montaña, sobre todo de las latitudes altas y medias, y de la banquisa. Por último, una fracción menor está presente en la atmósfera como vapor o, en estado gaseoso, como nubes. Esta fracción atmosférica es sin embargo muy importante para el intercambio entre compartimentos y para la circulación horizontal del agua, de manera que se asegura un suministro permanente a las regiones de la superficie continental alejadas de los depósitos principales. El agua de la hidrósfera procede de la desgasificación del manto, donde tiene una presencia significativa, por los procesos del vulcanismo. Una parte del agua puede reincorporarse al manto con los sedimentos oceánicos de los que forma parte cuando éstos acompañan a la litosfera en subducción (proceso de hundimiento de una placa litosférica bajo otra en un límite convergente). El agua existe en la Tierra en tres estados: sólido (hielo, nieve), líquido y gaseoso (vapor de agua). Océanos, ríos, nubes y lluvia están en constante cambio: el agua de la superficie se evapora, el agua de las nubes precipita, la lluvia se filtra por la tierra, etc. Sin embargo, la cantidad total de agua en el planeta no cambia. La circulación y conservación de agua en la Tierra se llama ciclo hidrológico, o ciclo del agua. Cuando se formó, hace aproximadamente cuatro mil quinientos millones de años, la Tierra ya tenía en su interior vapor de agua. En un principio, era una enorme bola en constante fusión con cientos de volcanes activos en su superficie. El magma, cargado de gases con vapor de agua, emergió a la superficie gracias a las constantes erupciones. Luego la Tierra se enfrió, el vapor de agua se condensó y cayó nuevamente al suelo en forma de lluvia. El ciclo hidrológico comienza con la evaporación del agua desde la superficie del océano. A medida que se eleva, el aire humedecido se 1

2 enfría y el vapor se transforma en agua: es la condensación. Las gotas se juntan y forman una nube. Luego, caen por su propio peso: es la precipitación. Si en la atmósfera hace mucho frío, el agua cae como nieve o granizo. Si es más cálida, caerán gotas de lluvia. Una parte del agua que llega a la superficie terrestre será aprovechada por los seres vivos; otra discurrirá por el terreno hasta llegar a un río, un lago o el océano. A este fenómeno se le conoce como escorrentía. Otro porcentaje del agua se filtrará a través del suelo, formando acuíferos o capas de agua subterránea, conocidas como capas freáticas. Este proceso es la infiltración. De la capa freática, a veces, el agua brota en la superficie en forma de fuente, formando arroyos o ríos. Tarde o temprano, toda esta agua volverá nuevamente a la atmósfera, debido principalmente a la evaporación. Fases del ciclo hidrológico El ciclo del agua tiene una interacción constante con el ecosistema ya que los seres vivos dependen de esta para sobrevivir, y a su vez ayudan al funcionamiento del mismo. Por su parte, el ciclo hidrológico presenta cierta dependencia de una atmósfera poco contaminada y de un grado de pureza del agua para su desarrollo convencional, y de otra manera el ciclo se entorpecería por el cambio en los tiempos de evaporación y condensación. Los principales procesos implicados en el ciclo del agua son: 1. Evaporación: El agua se evapora en la superficie oceánica, sobre la superficie terrestre y también por los organismos, en el fenómeno de la transpiración en plantas y sudoración en animales. Los seres vivos, especialmente las plantas, contribuyen con un 10 % al agua que se incorpora a la atmósfera. En el mismo capítulo podemos situar la sublimación, cuantitativamente muy poco importante, que ocurre en la superficie helada de los glaciares o la banquisa. 2. Condensación: El agua en forma de vapor sube y se condensa formando las nubes, constituidas por agua en gotas minúsculas. 3. Precipitación: Se produce cuando las gotas de agua que forman las nubes se enfrían acelerándose la condensación y uniéndose las gotas de agua para formar gotas mayores que terminan por precipitarse a la superficie terrestre en razón a su mayor peso. La precipitación puede ser sólida (nieve o granizo) o líquida (lluvia). 4. Infiltración: Ocurre cuando el agua que alcanza el suelo, penetra a través de sus poros y pasa a ser subterránea. La proporción de agua que se infiltra y la que circula en superficie (escorrentía) depende de la permeabilidad del sustrato, de la pendiente y de la cobertura vegetal. Parte del agua infiltrada vuelve a la atmósfera por evaporación o, más aún, por la transpiración de las plantas, que la extraen con raíces más o menos extensas y profundas. Otra parte se incorpora a los acuíferos, niveles que contienen agua estancada o circulante. Parte del agua subterránea alcanza la superficie allí donde los acuíferos, por las circunstancias topográficas, intersecan (es decir, cortan) la superficie del terreno. 5. Escorrentía: Este término se refiere a los diversos medios por los que el agua líquida se desliza cuesta abajo por la superficie del terreno. En los climas no excepcionalmente secos, incluidos la mayoría de los llamados desérticos, la escorrentía es el principal agente geológico de erosión y de transporte de sedimentos. 6. Circulación subterránea: Se produce a favor de la gravedad, como la escorrentía superficial, de la que se puede considerar una versión. Se presenta en dos modalidades: 2

3 Primero, la que se da en la zona vadosa, especialmente en rocas karstificadas, como son a menudo las calizas, y es una circulación siempre pendiente abajo. Segundo, la que ocurre en los acuíferos en forma de agua intersticial que llena los poros de una roca permeable, de la cual puede incluso remontar por fenómenos en los que intervienen la presión y la capilaridad. 7. Fusión: Este cambio de estado se produce cuando la nieve pasa a estado líquido al producirse el deshielo. 8. Solidificación: Al disminuir la temperatura en el interior de una nube por debajo de 0 C, el vapor de agua o el agua misma se congelan, precipitándose en forma de nieve o granizo, siendo la principal diferencia entre los dos conceptos que en el caso de la nieve se trata de una solidificación del agua de la nube que se presenta por lo general a baja altura. Al irse congelando la humedad y las pequeñas gotas de agua de la nube, se forman copos de nieve, cristales de hielo polimórficos (es decir, que adoptan numerosas formas visibles al microscopio), mientras que en el caso del granizo, es el ascenso rápido de las gotas de agua que forman una nube lo que da origen a la formación de hielo, el cual va formando el granizo y aumentando de tamaño con ese ascenso. Y cuando sobre la superficie del mar se produce una manga de agua (especie de tornado que se produce sobre la superficie del mar cuando está muy caldeada por el sol) este hielo se origina en el ascenso de agua por adherencia del vapor y agua al núcleo congelado de las grandes gotas de agua. El proceso se repite desde el inicio, consecutivamente por lo que nunca se termina, ni se agota el agua. Fotosíntesis La fotosíntesis es el proceso de elaboración de los alimentos por parte de las plantas. Los árboles y las plantas usan la fotosíntesis para alimentarse, crecer y desarrollarse. Para realizar la fotosíntesis, las plantas necesitan de la clorofila, que es una sustancia de color verde que tienen en las hojas. Es la encargada de absorber la luz adecuada para realizar este proceso. A su vez, la clorofila es responsable del característico color verde de las plantas. El proceso completo de la alimentación de las plantas consiste básicamente en: a) Absorción: Las raíces de las plantas crecen hacia donde hay agua. Las raíces absorben el agua y los minerales de la tierra. b) Circulación: Con el agua y los minerales absorbidos por las raíces hasta las hojas a través del tallo. c) Fotosíntesis: Se realiza en las hojas, que se orientan hacia la luz. La clorofila de las hojas atrapa la luz del Sol. A partir de la luz del Sol y el dióxido de carbono, se transforma la savia bruta en savia elaborada, que constituye el alimento de la planta. Además la planta produce oxígeno que es expulsado por las hojas. d) Respiración: Las plantas, al igual que los animales, tomando oxígeno y expulsando dióxido de carbono. El proceso se produce sobre todo en las hojas y el los tallos verdes. La respiración la hacen tanto de día como por la noche, en la que, ante la falta de luz, las plantas realizan solamente la función de respiración. La fotosíntesis hace que las plantas generen oxígeno, que es el elemento que respiran todos los seres vivos. Además, las plantas consumen gases tóxicos, como el dióxido de carbono. 3

4 Eutrofización Proceso natural y/o antropogénico que consiste en el enriquecimiento de las aguas con nutrientes, a un ritmo tal que no puede ser compensado por la mineralización total, de manera que la descomposición del exceso de materia orgánica produce una disminución del oxígeno en las aguas profundas. Sus efectos pueden interferir de modo importante con los distintos usos que el hombre puede hacer de los recursos acuáticos (abastecimiento de agua potable, riego, recreación, etc.). Las masas de agua eutróficas tiene un alto nivel de productividad y de biomasa en todos los niveles tróficos; proliferan las algas, tienen aguas profundas pobres en oxígeno y un crecimiento intenso de las plantas acuáticas. En contraste, los cuerpos de agua oligotróficos, poseen concentraciones bajas de nutrientes, poseen mayor diversidad en las comunidades de plantas y animales, un bajo nivel de productividad primaria y de biomasa y una buena calidad del agua para distintos usos. Los factores que afectan el grado de eutrofización son: Clima: los climas cálidos favorecen el proceso. Cuerpos de agua poco profundos y/o de bajo caudal son más propicios para el desarrollo del proceso Área de drenaje: la poca cubierta arbórea sujeta a precipitaciones abundantes favorece la erosión y el arrastre de nutrientes hacia el cuerpo de agua Geología: en áreas de drenaje donde predominan rocas sedimentarias hay mayor aporte de fósforo por escorrentía. Los suelos arcillosos drenan pobremente y también favorecen la escorrentía y consecuentemente el aporte de nutrientes. Las causas de la eutrofización pueden ser: a) naturales: aportes atmosféricos: precipitación. resuspensión de los sedimentos del fondo. liberación desde los sedimentos anóxicos. descomposición y excreción de organismos. fijación de nitrógeno por microorganismos. b) antropogénicas: vertidos de residuos industriales, agrícolas, urbanos y de plantas de tratamiento. deforestación que aumenta la erosión y disminuye el reciclaje de nutrientes en la cuenca, aumentando su ingreso al cuerpo de agua. fertilizantes aplicados en exceso. aguas residuales de granjas (silos, tambos). tanques sépticos. uso de detergentes con grandes cantidades de fósforo. aporte de contaminantes por agua de lluvia. sistema de alcantarilla do de ciudades y pueblos. Las medidas para controlar la eutrofización incluyen: Control de la entrada de nutrientes: tratamiento de residuos antes de ser volcados al cuerpo de agua. restricción del uso de detergentes fosfatados. control del uso de la tierra. prepantanos: eliminan nutrientes de las aguas residuales que quedan fijados en la biomasa de algas y macrófitas. 4

5 tratamiento físi co y químico de aguas residuales: precipita-ción química y filtración. Control de la eutrofización dentro del cuerpo de agua: dragado. recolección de malezas acuáticas. agregado de productos químicos que precipiten el fósforo. control biológico que disminuya el crecimiento de malezas acuáticas. Caracterización Agua Residual ph Logaritmo de base 10 de la recíproca de la concentración de iones hidrógeno, expresada en moles por litro. Se usa para expresar la intensidad de la condición ácida o alcalina de una solución. Aguas fuera del rango normal de 6 a 9 pueden ser dañinas para la vida acuática y pueden causar perturbaciones celulares y la eventual destrucción de la flora y fauna acuática e interfieren dificulta el tratamiento biológico. Temperatura Es una magnitud referida a las nociones comunes de calor o frío. Por lo general, un objeto más "caliente" tendrá una temperatura mayor. A medida que es mayor la energía sensible de un sistema se observa que está más "caliente" es decir, que su temperatura es mayor. La temperatura se expresa en distintas escalas como la centígrada (ºC) o la Fahrenheit (ºF). Las descargas con altas temperaturas causan daños a la flora y fauna de las aguas receptoras. Interfiere con la reproducción de las especies, incrementa el crecimiento de bacterias y otros organismos, acelerar las reacciones químicas, reducir los niveles de oxígeno y acelerar la eutrofización. Oxígeno Disuelto (OD) Cantidad de oxígeno solubilizado en un líquido. Es importante mantener una concentración adecuada de oxígeno disuelto en el agua para asegurar la supervivencia de los peces y otros organismos de vida acuática. La temperatura, el material orgánico disuelto, los oxidantes inorgánicos, etc. afectan sus niveles. Una baja concentración de oxígeno disuelto puede ser un indicador de que el agua tiene una alta carga orgánica provocada por aguas residuales. 5

6 Demanda química de oxígeno (DQO) Medida de la cantidad de oxígeno requerido para la oxidación química de la materia orgánica del agua residual, usando como oxidante sales inorgánicas de permanganato o dicromato de potasio. Se expresa en mg/l. Es importante obtener una medida de la DQO en aguas residuales industriales pues en casos, estas contienen contaminantes orgánicos no biodegradables. Demanda bioquímica de oxígeno (DBO 5 ). Cantidad de oxígeno que requieren los microorganismos para la estabilización de la materia orgánica bajo condiciones de tiempo y temperatura específicos (generalmente 5 días y a 20 C). Se expresa en mg/l. La prueba mide la contaminación orgánica del agua. Sólidos Totales Los Sólidos Totales es la materia que se obtiene como residuo después de someter el agua residual a un proceso de evaporación entre 103 a 105 C. Se expresa en mg/l. Sólidos Suspendidos Son las partículas flotantes o suspendidas en el agua residual que pueden ser separadas del líquido por medio de medios físicos como la filtración. Son los sólidos no filtrables. Se expresa en mg/l. Nutrientes Están presentes en aguas servidas como Nitrógeno y Fósforo; siendo bioestimuladores teniendo como principal impacto la eutrofización. El nitrógeno se encuentra principalmente en las proteínas; también como amoníaco, orgánico, nitritos, nitratos. Los nitratos producen alteración en infantes. El fósforo lo encontramos en los detergentes fosfatados, ortofosfatos, olifosfatos, fosfatos orgánicos siendo esencial para alimentación para las algas. Sulfatos Se reducen a sulfuros en los digestores de fangos y pueden alterar el normal desarrollo de los procesos de tratamiento biológico cuando la concentración es mayor a 200 mg/l. Los sulfuros son corrosivos para las alcantarillas. Aceites y grasas Compuestos orgánicos de gran estabilidad. Su degradación es muy lenta biológicamente. Entorpecen la transferencia de oxígeno. Metales pesados Origen principalmente en actividades industriales. Alto potencial toxico. Entran en cadena alimenticia produciéndose bioacumulación. Son indicadores de las características microbiológicas de las aguas residuales domésticas, entre los principales tenemos los siguientes: Coliformes Totales Las bacterias del género Coliformes se refiere a un grupo de especies bacterianas que tienen ciertas características bioquímicas en común e importancia relevante como indicadores de contaminación del agua y los alimentos. Los coliformes son más resistentes que las bacterias patógenas intestinales y porque su origen es principalmente fecal. Por tanto, su ausencia indica que el agua es bacteriológicamente segura. No todos los coliformes son de origen fecal, por lo que se desarrollaron pruebas para diferenciarlos a efectos de emplearlos como indicadores de contaminación. Por lo tanto, se distinguen coliformes totales, que comprende la totalidad del grupo y los coliformes fecales de origen intestinal. Coliformes Fecales o Termotolerantes Las bacterias del género Coliformes se encuentran principalmente en el intestino de los humanos y de los animales de sangre caliente. 6

7 Ellos se introducen en gran número al ambiente por las heces de humanos y animales y por lo tanto la mayoría de los coliformes que se encuentran en el ambiente son de origen fecal. Los coliformes proporcionan una medida de la contaminación del agua proveniente de la contaminación fecal. Nematodos intestinales Son parásitos (tales como Áscaris lumbricoides, Trichuris trichiura, Necator americanus y Ancylostoma duodenale, entre otros) cuyos huevos requieren de un período latente de desarrollo antes de causar infección y su dosis infectiva es mínima (un organismo). Son considerados como los organismos de mayor preocupación en cualquier esquema de reúso de aguas residuales. Deben ser usados como microorganismos indicadores de todos los agentes patógenos sedimentables. 7

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