La Hidrosfera. El agua en la Tierra se encuentra como 31/08/2016 LA TIERRA DESDE EL ESPACIO. BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA 1º de E.S.O.

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1 La Hidrosfera BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA 1º de E.S.O. Francisco J. Barba Regidor Curso: LA TIERRA DESDE EL ESPACIO Mirando la fotografía de nuestro planeta, dónde podemos encontrar agua en él?; en qué se diferencian el agua de los océanos del agua de los ríos y los lagos?; qué es el ciclo del agua?, podrías describirlo?; por qué es importante no despilfarrar agua?; conoces alguna manera de ahorrar agua? El agua en la Tierra se encuentra como AGUA SÓLIDA. Se encuentra en los glaciares en forma de nieve y de hielo. AGUA LÍQUIDA. Se encuentra en los océanos, en los mares, en los lagos, en los ríos, en las aguas subterráneas. AGUA GASEOSA. Se encuentra como vapor de agua en la atmósfera. 1

2 El origen del agua en la Tierra Cuando la Tierra se empezó a formar, hace unos millones de años, las altas temperaturas hacían que toda el agua estuviera en forma de vapor. Al enfriarse por debajo del punto de ebullición del agua, gigantescas precipitaciones llenaron de agua las partes más bajas de la superficie formando los océanos. Se calcula que unas decenas o cientos de millones de años después de su formación ya existirían los primeros océanos. Para que el agua haya podido permanecer en la Tierra el agua líquida ha sido preciso que se dieran tres circunstancias: - la composición de la propia atmósfera; - la distancia al Sol, que permite unas temperaturas en las cuales el agua pueda permanecer en cualquiera de sus tres estados; - la gravedad terrestre, que mantiene el agua atrapada en el campo gravitatorio terrestre. El único planeta con agua? Aunque todos los planetas del Sistema Solar tuvieron un origen similar al de la Tierra y, por tanto, también en ellos se debería haber formado agua, sólo en éste sigue existiendo esta substancia. Pero no ha sido así en todos los casos. Si Mercurio y Venus carecen de agua, por su proximidad al Sol y por tanto estar a elevadas temperaturas, el agua no ha tenido posibilidad de condensarse para precipitar y formar océanos. Marte, en la actualidad, no tiene agua «visible», pero sí formaciones geológicas semejantes a las producidas por el agua en la Tierra: valles y otras evidencias de erosión semejante a la fluvial; incluso es probable que haya una cierta cantidad de agua en forma de hielo en sus casquetes polares. El resto de planetas, los gigantes gaseosos Júpiter, Saturno, Urano..., podrían tener vapor de agua mezclado con los otros gases. Uno de los astros con más probabilidades de albergar agua es Europa, satélite de Júpiter, cuya superficie parece la parte superior helada de un gran océano. DISTRIBUCIÓN DEL AGUA (1) Casi la totalidad del agua se encuentra en los mares y océanos en forma de agua salada. De las aguas dulces la mayor parte está en forma de hielo y en aguas subterráneas. El agua situada sobre los continentes y la que está en la atmósfera son las cantidades proporcionalmente menores, aunque su importancia biológica es grande. Distribución del agua: Agua líquida oceánica km 3 97 % Agua dulce km 3 3 % Agua sólida oceánica km 3 En la atmósfera km 3 Aguas subterráneas 2 2 a km 3 1. En Agua dulce se incluyen el mar Caspio, el Aral y el mar Muerto, además de lagos, ríos, etc. 2. Se da una de las muchas estimaciones que se suelen hacer para estas aguas, porque calcular su cantidad es muy difícil. 2

3 DISTRIBUCIÓN DEL AGUA (2) DISTRIBUCIÓN DEL AGUA (3) EL AGUA SALADA El agua en la Tierra siempre tiene una carga de substancias disueltas en menor o en mayor grado. La salinidad es la concentración o cantidad de sales disueltas en el agua. El agua que se encuentra en los mares y en los océanos es agua salada, pues presenta una media de 35 g/l de agua. Estas sales disueltas proceden de las rocas de los continentes, que sufren la acción erosiva de los ríos, que las disuelve, y transporta los materiales arrancados hasta su desembocadura en un mar. En mares cerrados Mediterráneo-, las escasas precipitaciones y la fuerte evaporación hacen que la evaporación sea mayor. 3

4 EL AGUA EN LOS CONTINENTES Menos del 3% del agua de la Tierra es agua dulce, y la mayor parte de ella se encuentra como hielo o como agua líquida sobre los continentes, y sólo una pequeñísima parte se encuentra como vapor de agua en la atmósfera. EL AGUA DULCE Es el agua cuya salinidad sea igual o menor de 0,2 g/l. Se encuentra básicamente en dos estados: a) Líquida: en ríos, lagos y aguas subterráneas. b) Sólida: en los glaciares, que constituyen la mayor reserva de agua dulce de la Tierra. Se encuentra formando casquetes en las zonas polares, y en zonas montañosas formando glaciares de valle. El agua subterránea (1) Es la segunda mayor reserva de agua dulce en la Tierra. Se distribuye entre poros y fisuras de las rocas del interior terrestre. Su salida a la superficie da lugar a manantiales y fuentes. Otra manera de sacar a la superficie el agua subterránea es mediante pozos. 4

5 El Agua subterránea (2) Es el agua superficial una vez que se infiltra por entre los poros y grietas de la tierra. Este agua se mueve lentamente debido a la gravedad hasta que aparezca una roca impermeable que detiene el flujo descendente de agua. La zona subterránea con poros y grietas llenos de agua forman el acuífero. Una parte de esta agua puede aparecer de nuevo en la superficie; se trata de dos tipos diferentes: Aguas subterráneas (3) ACUÍFEROS Y POZOS: Cómo retorna el agua subterránea a la superficie? Aguas subterráneas (4) 1 1. Natural. Cuando la topografía (el relieve) corta un acuífero, se forma una fuente. Desde aquí, puede nacer un río o alimentar a un lago. 2. Artificial. Cuando aparece agua en la superficie del suelo por medio de pozos. 2 5

6 Las aguas superficiales Son las aguas dulces más escasas del planeta. Forma lagos y lagunas. Forma ríos y torrentes. Forma humedales. Río Borosa Lagunas de Ruidera. Marismas de Doñana El agua dulce se encuentra en: Arroyos o torrentes. Son corrientes de agua alimentadas por la lluvia. El flujo de agua varía mucho de una temporada a otra. Humedales. Son zonas de marismas y pantanos, donde el suelo se inunda todo el año. Glaciares. Se forman a partir de la acumulación de nieve en las cimas de las montañas. Ríos. Son cursos de agua permanentes. El agua subterránea. Es el agua se encuentra por debajo de la superficie del suelo. Lagos. Son masas de agua de diferentes tamaños contenidos en un cuerpo de tierra. LAS PROPIEDADES DEL AGUA (1) El agua es una sustancia líquida que tiene propiedades únicas que le permiten jugar un papel importante en los procesos que ocurren en el planeta y ser esencial para los seres vivos. Algunas de sus propiedades son las siguientes: 1. Es incolora. Si bien, tiene un cierto color azul cuando se concentra en grandes masas (mares y océanos) debido a la dispersión de la luz que lo atraviesa. 2. Es inodora e insípida. No obstante, puede adquirir el olor y el sabor de las substancias disueltas. 3. A la presión atmosférica (760 mm de mercurio), el punto de fusión del agua pura es de 0ºC y el punto de ebullición es de 100ºC. Al congelarse, forma nieve o hielo según se presente de forma esponjosa o compacta. 4. Se expande al congelarse, es decir aumenta de volumen, de ahí que la densidad del hielo sea menor que la del agua y por ello el hielo flota en el agua líquida. El agua alcanza su densidad máxima a una temperatura de 4ºC, que es de 1g/cc. 6

7 La anómala dilatación del agua Una de las propiedades físicas más curiosas e importantes del agua es su dilatación anómala. Si bien cuando calentamos un cuerpo se dilata y, cuando lo enfriamos, se contrae, con el agua esto no sucede así. Cuando el agua se congela, se dilata. Es decir, aumenta de volumen: una masa de hielo tiene mayor volumen que la misma masa de agua. La densidad del agua varía con la temperatura, de forma que la densidad máxima (1 g/cm 3 ) corresponde al agua líquida a una temperatura de 3,98 ºC. El hielo es menos denso. También es menos densa el agua más caliente. Esta dilatación anómala del agua es muy importante en los ecosistemas acuáticos. En un lago de montaña, por ejemplo, al llegar el invierno, el agua se congela. Pero como el hielo flota, solamente se congela una delgada capa de agua, que queda en la superficie. El agua por debajo está muy fría, pero el hielo la aísla de las bajas temperaturas del exterior y, así, no llega a congelarse. Gracias a esto, las plantas y los animales acuáticos pueden sobrevivir en invierno. En la hidrosfera, normalmente, siempre hay agua líquida bajo el hielo. Por qué el hielo flota sobre el agua? El agua sólida, es decir, el hielo, flota sobre el agua líquida. Esta es una propiedad muy extraña en la naturaleza, pero que es crucial en un planeta cubierto de agua como el nuestro. La congelación del agua y su importancia para la biosfera A la izquierda, densidad del agua frente a la temperatura; a la derecha, el hielo flota sobre el agua y actúa a modo de aislante, permitiendo la vida acuática en las lagunas cuya superficie permanece congelada. Imágenes, modificadas, tomadas de 7

8 LAS PROPIEDADES DEL AGUA (2) 5. Posee un gran poder de disolución. Esto le permite disolver una gran cantidad de sustancias, entre otras, gran cantidad de los componentes de las rocas sales minerales-, gases oxígeno y dióxido de carbono-. Si se evapora, las sustancias disueltas precipitan y permite formar gran cantidad de depósitos de minerales. 6. Su comportamiento calorífico le permite que una masa de agua pueda absorber o desprender grandes cantidades de calor sin experimentar apenas cambios de temperatura, lo que tiene gran influencia en el clima de la Tierra, absorbiendo calor en verano y emitiéndolo en invierno (las grandes masas de agua de los océanos tardan más tiempo en calentarse y enfriarse que el suelo terrestre). Imagen tomada y adaptada de LAS PROPIEDADES DEL AGUA (3) 7.Cohesión y adhesión. El agua es atraída por agua (cohesión), de modo que se pega a sí misma y puede de ese modo atravesar los vasos de las plantas y transportar el alimento a las hojas. El agua transporta sustancias a través del cuerpo de los seres vivos. Además, las moléculas de agua también son atraídas por otros materiales: adhesión; de este modo el agua humedece la superficie de las rocas y de los suelos. La cohesión de las moléculas de agua. Adhesión de la tela de araña al agua. LAS PROPIEDADES DEL AGUA (4) 8.Gran capacidad de reaccionar químicamente. El agua interviene en una gran cantidad de reacciones químicas, pudiendo unirse con otras substancias, separar éstas de sus componentes, formar nuevas substancias químicas o ser soporte para que otras muchas reacciones ocurran en su seno. El agua interviene activamente en las reacciones químicas de la fotosíntesis. 8

9 Los cambios de estado del agua Punto de fusión. Es la temperatura a la que el hielo se convierte en agua líquida. Ocurre a los 0ºC. Punto de ebullición: Es la temperatura a la que el agua líquida se convierte en vapor. Ocurre a los 100ºC. El ciclo del agua: Cómo se mueve el agua en la Tierra? El agua está presente en el conjunto de los diferentes ambientes naturales de la Tierra. El ciclo del agua representa los caminos de agua de agua a través de ellos. Así, se compone de los siguientes procesos: Evaporación, Evapotranspiración (ETP), Condensación, Precipitación, Escorrentía superficial, Infiltración, Escorrentía subterránea. Completa el diagrama poniendo nombre a las etiquetas en blanco (es posible que puedas usas un mismo concepto varias veces): 1. Evaporación. 2. Movimiento de las nubes. 3. Escorrentía superficial. 4. Superficies rocosas. 5. Evapotranspiración. 6. Evaporación. 7. Vapor de agua. 8. Infiltración. 9. Precipitación. 10.Condensación en forma de nubes. 11.Precipitación en forma de nieve. 12.Agua subterránea 9

10 EL AGUA EN LOS OCÉANOS El agua de los océanos tiene las siguientes propiedades: 1. Es salada. Contiene alrededor de 35 gr. de substancias disueltas por litro. Estas sales proceden de la disolución de las rocas de los continentes a lo largo de la historia. 2. Contiene gases disueltos, principalmente nitrógeno, oxígeno y dióxido de carbono. Estos gases se disuelven en el agua por dos procesos: - El movimiento de las olas, que mezcla agua y aire. - La actividad de los seres vivos acuáticos. El oxígeno es producido por la fotosíntesis de las plantas acuáticas; los seres vivos expulsan dióxido de carbono. Substancias disueltas g/l Cloruro de sodio 23 Cloruro de magnesio 5 Sulfato de sodio 4 Cloruro cálcico 1 Otros 2 TOTAL La temperatura del agua del mar varía con la profundidad: es mayor en superficie y menor en profundidad (de 4 a -2ºC). EL MOVIMIENTO DEL AGUA EN EL MAR (1) Las aguas de los mares y océanos se mueven de tres maneras: 1. Oleaje. Es el resultado del arrastre del viento sobre las aguas superficiales de los océanos. Permite mezclar el aire con el agua del mar, disolviendo una gran cantidad de oxígeno en esta zona. Además, las olas originan erosión en las costas (acantilados) y forman playas donde depositan las arenas y demás sedimentos que transportan. EL MOVIMIENTO DEL AGUA EN EL MAR (2) 2. Corrientes oceánicas. Son masas de agua que se mueven como grandes ríos a través del mar. Son producidas por el viento, por diferencias de temperatura y por diferencias de salinidad. 10

11 EL MOVIMIENTO DEL AGUA EN EL MAR (3) 3. Mareas Son los movimientos periódicos de ascenso y descenso del nivel del mar. Se producen por la atracción gravitacional de la Luna y del Sol. NOTAS: High tide: Marea alta. Low Tide: Marea baja. Tidal range: Rango u oscilación mareal. Flood current: flujo o corriente entrante. Ebb current: reflujo o corriente saliente. Mareas Niveles de marea en la rocas de la Bahía Fundy, Canada. Figuras de: La importancia de los océanos Los océanos tienen un papel importante en nuestro planeta: Son los principales depósitos de agua en la Tierra. Constituyen el hábitat de muchas especies. Moderan el clima: la superficie de los continentes se calienta rápida e intensamente bajo la radiación solar; mientras tanto, la superficie de los océanos lo hace lenta y moderadamente. Mares y océanos son útiles para el transporte y el entretenimiento, para obtener recursos naturales (alimentos, sal común, agua fresca tras desalinización), y, por desgracia, como vertedero de basura. 11

12 El ciclo del agua y la atmósfera El agua está en forma de vapor. Cuando se concentra en la atmósfera en forma de vapor, mantiene más constante su temperatura (hay menos cambios extremos de temperatura). El ciclo del agua y la geosfera El agua participa del modelado de la superficie terrestre : es un importante agente erosivo, de transporte y de sedimentación. Lo hace tanto en la forma líquida, como en forma de hielo, en la superficie de los continentes o en sus márgenes (costas). El ciclo del agua y la biosfera Es imprescindible para los seres vivos: éstos están compuestos esencialmente por agua y las reacciones vitales ocurren en medio acuoso. El equilibrio de los ecosistemas viene controlado por el propio ciclo hidrológico, que puede ser alterado por el ser humano. Cualquier alteración del ciclo hidrológico tiene consecuencias en los seres vivos y en el clima y, por tanto, los ecosistemas. 12

13 El sistema de las aguas superficiales y subterráneas Imagen tomada de (véase al pie de la misma la fuente original): El ciclo hidrológico: cómo se mueve el agua en la Tierra? Imagen de El agua está presente en el conjunto de los diferentes ambientes naturales de la Tierra. El ciclo del agua representa los caminos de agua de agua a través de ellos. Así, se compone de los siguientes procesos : Evaporación, Evapotranspiración (ETP), Condensación, Precipitación, Escorrentía superficial, Infiltración, Escorrentía subterránea. Ciclo del agua: definiciones 1. La evaporación. El agua cambia de líquido a gas (vapor de agua). El agua pasa desde la hidrosfera a la atmósfera. 2. La transpiración. El vapor de agua se incorpora a la atmósfera desde las hojas de las plantas. 3. La evapotranspiración. Es la combinación de evaporación y la transpiración. 4. La condensación. Es la transformación del vapor de agua de las nubes en gotas de agua que caen a la superficie como precipitación o como rocío. 5. Precipitación. El agua en las nubes cae al suelo en forma de lluvia, nieve o granizo. 6. La escorrentía superficial. Las aguas superficiales se mueven a favor de la pendiente a través de ríos y arroyos. 7. Infiltración. Las aguas superficiales se filtran en el subsuelo. Esto ocurre más fácilmente si el suelo es poroso. 13

14 EL CICLO DEL AGUA Etiquetar esta foto usando los siguientes conceptos (es posible que dos o más conceptos pueden ser utilizados): 1. Evaporación. 2. Movimiento de las nubes. 3. Escorrentía superficial. 4. Rocas de la superficie. 5. Evapotranspiración. 6. Evaporación. 7. Vapor de agua. 8. Infiltración. 9. Precipitación. 10. Condensación para la formación de nubes. 11. Precipitación de nieve. 12. Agua subterránea. Uso del agua Las reservas de agua para consumo humanos se limitan a las aguas superficiales y subterráneas. Su extracción implica tomar el agua de una de estas fuentes y transportarla al lugar de uso. Si bien el uso del agua varía de unos países a otros, en nuestro país, donde es un bien escaso y estamos obligados a utilizarla racionalmente, la mayor parte del agua consumida se dedica a la agricultura, cerca de un 79%, para regar unas Ha. El resto, un 21%, lo usamos en nuestras industrias y en nuestros hogares. Hablamos de usos consuntivos del agua (recurso que no es inagotable) cuando, una vez utilizada, no la devolvemos al medio, al ciclo del agua. Potabilización del agua (1) Potabilizar el agua supone hacerla apta para el consumo humano. Para ello se hace necesario someterla a una serie de procesos que la limpien de cualquier material insalubre (eliminación de microorganismos, substancias tóxicas) y que no tenga ni olor ni color. 1. Filtración. Consiste en hacer pasar el agua a través de filtros para eliminar las partículas sólidas. 2. Sedimentación. Dejando reposar el agua para que se separen las fracciones más finas. 3. Desinfección. Suele añadirse cloro para eliminar los microorganismos. 4. Almacenamiento. El agua se almacena en grandes tanques para su distribución. 14

15 Potabilización del agua (2) Abastecimiento y saneamiento En el uso del agua hay que separar dos grandes etapas: abastecimiento y saneamiento. El primero corresponde a ese conjunto de procesos que hace llegar el agua desde el lugar de captación hasta el lugar de consumo; el segundo, a ese otro conjunto de procesos que devuelve el agua residual (junto con el agua de lluvia no aprovechada) a los medios de recepción. Cómo podemos ahorrar agua? Dado que el agua es un recurso escaso, es necesario reducir su consumo doméstico, agrícola e industrial. En los usos domésticos: tomar una ducha, no un baño; apagar los grifos al cepillarse los dientes o enjabonado nuestro cuerpo; cargar completamente lavavajillas y lavadoras antes de su uso; instalación de dispositivos de ahorro de agua en el aseo,... En los usos agrícolas: cambio de los modelos de riego (sin surco inundación, por el de riego por goteo). En los usos industriales: mejorar los métodos de consumo de agua, reciclaje de agua, etc. Irrigación por goteo. 15

16 La contaminación del agua: concepto El agua, al ser usada, se deteriora, se ensucia y pierde calidad. Decimos que el agua está contaminada cuando al ser usada puede causar daño a los seres vivos y al medio ambiente en general y no es apta para determinados usos. Los productos que contaminan el agua se denominan contaminantes y son diferentes, en función del uso dado al agua. Indicadores biológicos de la calidad del agua CONTAMINACIÓN AGRÍCOLA Los agricultores utilizan abonos y pesticidas para fertilizar sus tierras, defenderlas de las plagas y aumentar su producción. El agua de riego o de lluvia vuelve a los cauces de los ríos y a los acuíferos con restos de estos productos. Las granjas producen una gran cantidad de residuos orgánicos, como los excrementos de los animales (purines), que contaminan las aguas a las que se vierten. 16

17 CONTAMINACIÓN INDUSTRIAL 1 2 Los productos químicos industriales más contaminantes son los que contienen compuestos de plomo, mercurio, cadmio y otros metales tóxicos, así como los vertidos de petróleo o de aceites usados que intencionada o accidentalmente derraman vehículos, industrias, etc. Un tipo de contaminación industrial es el calor procedente de las plantas refrigeradoras de centrales energéticas. CONTAMINACIÓN DOMÉSTICA Las aguas residuales domésticas están cargadas de residuos fecales y detergentes. La materia orgánica que contienen las aguas fecales favorece el desarrollo de las bacterias. Estos microorganismos consumen el oxígeno disuelto en el agua y provocan la desaparición del resto de los organismos que allí habiten. Además, algunas bacterias son patógenas y provocan enfermedades (cólera, botulismo, ) Imágenes tomadas de: - kalipedia (1), - bioaguachile (2), - Wikimedia (3) y - Jcausape (4). CONTAMINACIÓN DEL AGUA: EN RESUMEN Imágenes tomadas del libro Ciencias de la Naturaleza 1 de la Editorial SM, ed

18 DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES (1) Antes del vertido de las aguas residuales (cualquiera que haya sido su uso), éstas deben haber sido desprovistas de su carga contaminante, esto es, tienen que haber sido limpiadas, pues la naturaleza, que tiene capacidad de depurarlas por sí misma (autodepuración), suele verse impotente para llevarlo a cabo debido a la gran cantidad de agua contaminada que normalmente se vierte en ríos y mares. Para ello se construyen plantas depuradoras (8 y 9 en la figura). DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES (2) DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES (3) Vista en planta de una maqueta de una pequeña planta depuradora de aguas residuales. 18

19 DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES (4) Vistas de la maqueta de la E.D.A.R. de Venta de Baños (Palencia; izquierda) y de la planta de Frieres (Asturias; derecha): parecidas? ESO ES TODO POR EL MOMENTO. TEMA 5. LA HIDROSFERA 19