Distribución del agua en la hidrosfera. El ciclo del agua

Transcripción

1 Tema 6 La hidrosfera Distribución del agua en la hidrosfera La hidrosfera es el subsistema de la Tierra constituido por el conjunto del agua en sus tres estados físicos: líquido, que incluye aguas subterráneas, mares, océanos, lagos y otras masas de agua superficial; sólido, que origina casquetes polares, glaciares y cuerpos de hielo flotantes en el mar; y gaseoso, que se condensa y forma las nubes. La hidrosfera se originó por la condensación del vapor de agua presente en la atmósfera durante las primeras etapas de la historia de la Tierra. Es una capa dinámica, con continuos movimientos y cambios de estado, que regula el clima, modela el relieve y hace posible la vida. Podemos considerar que la hidrosfera se reparte en cuatro grandes compartimentos: HIDROSFERA COMPARTIMENTOS VOLUMEN (millones km 3 ) % DEL TOTAL Hidrosfera oceánica ,2 % Aguas continentales: 37,87 2,787 Glaciares 29,2 2,15 Aguas subterráneas 8,4 0,62 Aguas superficiales 0,23 0,017 Atmósfera 0,013 0,001 Biosfera 0,006 0,0005 El ciclo del agua Es un sistema gigantesco impulsado por la energía del Sol, cuya función es el transporte del agua del planeta de unas zonas a otras bajo sus diferentes estados. El resultado del trasvase de diferentes volúmenes de agua de unos lugares a otros es la interacción dinámica entre la atmósfera, la hidrosfera y la litosfera. El ciclo del agua se puede dividir en dos partes (externa e interna), amabas se producen a escalas de tiempo diferentes. A) Ciclo interno: tiene lugar en el interior de la Tierra. La dinámica litosférica hace que, cuando en los procesos de s las placas se funden al incorporarse a la astenósfera, los episodios magmáticos que se producen incorporan el agua que iba empapando las rocas subducidas, con lo que ésta entra a formar parte del agua magmática y del ciclo hidrológico interno, liberándose, a veces, en,os procesos volcánicos y reincorporándose de nuevo al ciclo hidrológico externo. A esta agua magmáticas se pueden añadir las que proceden de la desgasificación de los magmas derivados de la fusión de rocas que nunca han estado en la superficie (aguas juveniles). La cantidad de agua reintroducida en el manto compensa a la que sale por las dorsales. B) Ciclo externo: consiste en el movimiento cíclico del agua, ascendente (debido a la energía del Sol), por evaporación directa y transpiración (por los estomas de las plantas), y descendente (debido a la gravedad) por precipitación y escorrentía (tanto superficial como subterránea). El agua se evapora en la atmósfera desde el océano y, en un grado mucho menor, desde los continentes. Los vientos transportan este aire cargado de humedad, a menudo a grandes distancias, hasta que las condiciones hacen que la humedad se condense formando nubes y caiga como precipitación. La precipitación que cae en el océano ha completado su ciclo y está dispuesta a empezar otro. El agua que cae en el continente, sin embargo, debe completar su camino de vuelta al océano. Qué ocurre con la precipitación cuando ha caído en el continente?. Una parte del agua se infiltra en el suelo (infiltración) uy se mueve hacia abajo (escorrentía subterránea), luego en dirección lateral y, por fin, acaba en los lagos, los ríos o directamente en el océano. Cuando la velocidad de caída de la lluvia es mayor que la capacidad del suelo para absorberla, el agua adicional fluye sobre la superficie, proceso denominado escorrentía superficial. La escorrentía superficial 1

2 es función de las características climáticas, topográficas, geológicas y de vegetación de la cuenca y está íntimamente ligada a la relación entre las aguas superficiales y subterráneas de la cuenca. Nótese que la escorrentía es el resto de lluvia que queda en la superficie después de descontar los fenómenos de evaporación y evapotranspiración, almacenamiento e infiltración a capas inferiores. Gran parte del agua que se infiltra o que corre por la superficie, acaba por encontrar la manera de volver a la atmósfera por medio de la evaporación desde el suelo, los lagos y las corrientes superficiales. Además, parte del agua que se infiltra en el suelo es absorbida por las raíces de las plantas, que después la liberan a la atmósfera. Este proceso de denomina transpiración. Dado que no podemos distinguir claramente entre la cantidad de agua que se evapora y la cantidad que es transpirada por las plantas, se suele utilizar el término evapotranspiración para definir el efecto combinado. Cuando la precipitación cae en zonas muy frías (latitudes y altitudes altas) el agua no puede infiltrase, correr o evaporarse rápidamente, sino que se acumula en forma de nieve o hielo. De esta manera, los glaciares almacenan grandes cantidades de agua sobre la Tierra. Además, otra parte del agua se introduce en las estructuras minerales (agua de hidratación) o se incorpora a los sedimentos en las cuencas sedimentarias quedando almacenada en las rocas. Balance hídrico general El ciclo hidrológico representado en la figura podría ser cuantificado para el conjunto de la superficie terrestre mediante el balance hídrico. El balance hídrico representa el balance entre los aportes de agua por las precipitaciones y su salida mediante evapotranspiración, recargas subterráneas y corrientes superficiales (escorrentía). Podemos exponer el balance hídrico mediante la siguiente ecuación: P = precipitación E SP = escorrentía superficial E SB = escorrentía subterránea E VT = evapotranspiración P = E SB + E SP + E VT a) Balance hídrico continental: en los continentes la precipitación es superior a la evapotranspiración, lo que origina un excedente o superávit que es devuelto a los océanos mediante la escorrentía superficial y subterránea. BH continental P (106) - E VT (69) - Esc (37) = 0 Km 3 /año 2

3 b) Balance hídrico oceánico: en los océanos, la precipitación es menor que la evaporación, lo que origina un déficit. BH oceánico P (382) - E VT (419) = - Esc (37) Km 3 /año La escorrentía permite que se equilibre el sistema, es decir, que el balance positivo de los continentes se equilibre con el balance negativo de los océanos. Puesto que las entradas de materia al sistema (P) son en total de 488 km 3 /año y las salidas (E SB + E SP + E VT ) suponen la misma cantidad, consideramos el ciclo del agua cerrado para la materia. Se llama tiempo de residencia al tiempo que una molécula de agua permanece en los ríos, mares, lagos Estos tiempos son muy variables, desde 20 días en los ríos, 10 días en la atmósfera, años en los océanos, sobre todo en las aguas continentales donde, por ejemplo, la lluvia que cae sobre un suelo caliente se evapora casi instantáneamente, pero si se infiltra, puede pasar al subsuelo quedando allí retenida miles de años. Características generales de las aguas oceánicas La hidrosfera oceánica está formada por el conjunto de todos los océanos, vastas masas de agua que separan los continentes cubriendo casi las tres cuartas partes (71%) de la superficie terrestre, con una profundidad media de unos m y constituyendo el 97,2% del total de la hidrosfera Salinidad: debido al alto poder de disolución del agua, en el mar existe gran cantidad y variedad de iones disueltos, entendiendo como salinidad del agua a la cantidad de sales disueltas en ella, que se expresa en gramos por kilogramo de agua, es decir, en tanto por mil. Las sales más importantes aparecen en la tabla siguiente, y como se aprecia, la más abundante es el cloruro sódico: Sales disueltas g / l Cloruro de Na 27,3 Cloruro de Mg 3,3 Sulfato de Mg 2,2 Sulfato de Ca 1,3 Otras sales 0,96 35,06 La salinidad del agua oceánica suele oscilar entre el 34 y el 39 por mil, aunque en casos excepcionales puede ser inferior o superior a estos valores y sus variaciones son debidas a diversas causas, como por ejemplo, la formación de hielo, la evaporación, el vulcanismo submarino (las tres provocan un aumento de la salinidad); las precipitaciones, los aportes de agua dulce continental y el consumo de sales, especialmente carbonato cálcico por determinados organismos (estas tres últimas causan disminución de la concentración de sales). La salinidad influye en la densidad. A mayor salinidad, mayor densidad. El mar Muerto, que en realidad es un lago salado, contiene 226 g/l de sales. Debido a su gran densidad, una persona puede flotar libremente en su superficie. Desde el punto de vista físico, la principal consecuencia de la presencia de sales disueltas en el agua de mar es el descenso del punto de congelación. Para 35 0/00 de salinidad, el agua de mar tiene un punto de congelación de 1,91ºC. Por otra parte, el agua de mar también contiene gases disueltos, procedentes, en gran medida, de los gases atmosféricos, por lo que predominan el nitrógeno, el oxígeno y el dióxido de carbono. Además, la solubilidad de 3

4 los gases disminuye al aumentar la temperatura, por lo que su concentración es mayor en las aguas frías que en las cálidas. Las sales tienen una doble procedencia: De los continentes: llegan al mar por la escorrentía, no pudiendo escapar de las cuencas oceánicas al evaporarse el agua, por lo que se acumulan en ellas. Del interior terrestre: se incorporan a la hidrosfera mediante las emisiones del vulcanismo submarino. Temperatura: la temperatura del agua oceánica varía, tanto en la horizontal (es decir, según la latitud), como en la vertical (es decir, según la profundidad). En superficie, la temperatura del agua oceánica es un reflejo de la temperatura de la atmósfera en contacto con ella. Por ello, su distribución es latitudinal, según la zonación climática. Las variaciones en vertical se deben a que las radiaciones solares son absorbidas en los primeros tramos, con lo que la temperatura disminuye con la profundidad. Por ello, en los océanos de latitudes medias y bajas se pueden distinguir tres capas superpuestas. En la vertical, la temperatura desciende rápidamente hasta alcanzar una profundidad en la que ya apenas hay variación. Entre ambos niveles, superficial y profundo, se encuentra una zona de cambio brusco de temperatura que se llama termoclina. La termoclina impide la mezcla de agua que hay por encima de ella (epilimnion) más caliente y menos densa, con la que hay por debajo (hipolimnion) más fría y densa. Esto trae consecuencias importantes para los seres vivos que habitan estos medios. Por ejemplo, por encima de la termoclina disminuyen los nutrientes, al ser consumidos por el fitoplancton y sedimentados a capas más profundas; en las capas más profundas puede disminuir o incluso desaparecer el oxígeno, ya que se consume en la oxidación de la materia orgánica y al no estar en contacto con la atmósfera no se puede reponer este gas. En los océanos de las zonas tropicales existe una termoclina permanente durante todo el año y suele ser muy acusada. En las zonas polares, la temperatura del agua es baja durante todo el año y más o menos constante a cualquier profundidad, por lo que no hay termoclina. En las zonas templadas existe una termoclina durante el verano, que desaparece en invierno al disminuir la temperatura del agua en superficie. El elevado calor específico del agua impide las variaciones estacionales de temperatura (en verano puede absorber mucho calor sin apenas variar su temperatura), lo que provocaría grandes cambios de salinidad. Es por ello por lo que en invierno los océanos liberan el calor almacenado, contribuyendo tanto a suavizar el clima como a activar la circulación atmosférica, ya que el calor liberado facilita la convección del aire. Contenido en oxígeno: otra característica del agua de los mares, importante desde el punto de vista biológico, es su contenido en oxígeno. Existe una zona superficial de máximo contenido en oxígeno, aportado por la atmósfera y por la actividad fotosintética de las plantas marinas y el fitoplancton. Bajo esta capa, y coincidiendo con la termoclina, se extiende otra en la que la cantidad de oxígeno disuelto se hace mínima, ya que lo consumen activamente los organismos animales, mientras que no es regenerado por los vegetales, que no pueden vivir por la ausencia de luz a esa profundidad. En aguas profundas, el contenido en oxígeno toma un valor uniforme hasta el fondo marino. Distribución de la luz: cuando un rayo de luz blanca solar incide en el agua del mar, parte de sus radiaciones son absorbidas y transformadas en infrarrojo (calor), y otra parte es dispersada por las moléculas de agua, partículas en suspensión y microorganismos existentes en ella. Cuando el agua está clara, las radiaciones azules son las que penetran más profundamente (de ahí el color azul del mar), mientras que cuando hay turbidez son entonces las verdes las que más profundamente pueden penetrar. La absorción de la luz en una columna de agua ocurre de manera exponencial, en función de la profundidad y de coeficiente e extinción de la luz (constante que depende de las sustancias que contiene el agua). Todo esto es de suma importancia para el ecosistema ya que la fotosíntesis únicamente se puede realizar en las capas donde llega la luz. Se diferencian así dos capas en los fondos acuáticos profundos: 4

5 Zona fótica, con luz, cerca de la superficie. En aguas muy claras del océano puede llegar hasta 100 ó 150 m de profundidad, coincidiendo aproximadamente con la plataforma continental. Zona afótica, sin luz, en zonas profundas (talud continental y fondos abisales). La densidad: tiene relación con la temperatura y la composición del agua, ya que la densidad aumenta al disminuir la temperatura y contener más sales disueltas y sustancias en suspensión. Los movimientos de las aguas oceánicas están relacionados con la diferencia de densidad entre las masas de agua. La máxima densidad se alcanza a 4ºC. Zonas de afloramiento Un efecto de las corrientes superficiales marinas, importantísimo desde el punto de vista biológico, es el denominado afloramiento. Es debido a la compresión que sufre el agua en el borde occidental del océano (corrientes del Golfo y Kuroshio), es decir, en la costa oriental del continente limitante. Como consecuencia, en el borde opuesto, es decir, en la costa oeste del otro continente limitante, las aguas superficiales se separan del continente y son reemplazadas por aguas profundas. Esta agua que afloran, al proceder de zonas donde no llega la luz solar y hay pocos organismos, son muy ricas en nutrientes y sirven de base para el desarrollo de una gran cantidad de organismos, entre los que abundan los peces y las aves que se alimentan de ellos. Éste es el origen de algunos de los caladeros más importantes para la pesca como son el de Perú, el del sur de Irlanda (Gran Sol) y el de Angola. HIDROSFERA: Concepto. Distribución del agua en la Tierra. El ciclo del agua. Balance hídrico general. Conceptos básicos: compartimentos de la hidrosfera, precipitación, escorrentía, evapotranspiración, infiltración. 5

6 Actividades Temas largos 1) Distribución del agua en la hidrosfera. El ciclo del agua. Balance hídrico general Preguntas cortas 2) Qué es la evapotranspiración?. 3) Explica qué es la escorrentía y qué sentido tiene dentro del ciclo hidrológico. 4) Qué procesos del ciclo hidrológico se verán frenados o intensificados como consecuencia de la deforestación masiva? 5) Cómo puede influir el efecto invernadero en el ciclo hídrico?. 6) A qué se denomina termoclina?. Qué importancia tiene?. 7) A qué se denomina hipolimnio?. 8) A qué se debe la salinidad del mar?. 9) Describe cómo varía la temperatura en los océanos con la profundidad. 10) A qué se debe que el oxígeno disuelto en el océano sea mínimo en la capa correspondiente a la termoclina?. 11) Indica y justifica la distribución vertical de la temperatura en el océano. 12) Qué es la termoclina?. Qué incidencia tiene en el ecosistema oceánico?. 13) A qué se denominan zonas de afloramiento en los océanos?. Qué importancia tienen para los recursos pesqueros?. Preguntas de aplicación 14) En la figura adjunta se representa esquemáticamente el ciclo del agua, así como los volúmenes de agua que se intercambian anualmente. A partir de su observación, responda razonadamente a las siguientes cuestiones: a) Existe equilibrio en el balance anual? Qué procesos principales no están cuantificados en la figura? Con ellos se completaría el ciclo del agua? Una vez completado el balance, se produce un incremento progresivo del nivel del mar debido a los aportes de escorrentía continental? b) Existe relación entre el volumen de agua en los océanos y el volumen retenido en forma de hielo en los glaciares? c) Cuáles son las consecuencias de las variaciones del nivel del mar sobre la población humana? 6