Tema 6 La hidrosfera

Transcripción

Dpto. de Biología y Geología del I.E.S. Trassierra
Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente
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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:
COMPARTIMENTOS
Hidrosfera oceánica
Aguas continentales:
• Glaciares
• Aguas subterráneas
• Aguas superficiales
Atmósfera
Biosfera
HIDROSFERA
3
VOLUMEN (millones km )
1.350
37,87
29,2
8,4
0,23
0,013
0,006
% DEL TOTAL
97,2 %
2,787
2,15
0,62
0,017
0,001
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
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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
ESP = escorrentía superficial
ESB = escorrentía subterránea
EVT = evapotranspiración
P = ESB + ESP + EVT
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) - EVT (69) - Esc (37) = 0 Km3/año
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b) Balance hídrico oceánico: en los océanos, la precipitación es menor que la evaporación, lo que origina un
déficit.
BH oceánico
P (382) - EVT (419) = - Esc (37) Km3/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
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de 488 km /año y las salidas (ESB + ESP + EVT)
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, 3.000 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 4.000 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
Cloruro de Na
Cloruro de Mg
Sulfato de Mg
Sulfato de Ca
Otras sales
g/l
27,3
3,3
2,2
1,3
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
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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:
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•
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.
Las zonas marinas
● Zona nerítica: comprendida entre la zona
de marea baja y el talud continental (el
borde de la plataforma continental, situado
a 200 m). Dada la gran cantidad de
hábitats que la comprenden, arrecifes de
coral, bancos de arena, desembocadura
de ríos…, es la zona que ofrece la mayor
cantidad de fauna para que las diferentes
especies se alimenten. También es la
zona más delicada y propensa a ser
dañada por la contaminación provocada
por el ser humano.
● Zona pelágica: situada más allá de la
plataforma continental. También se
conoce como área oceánica o altamar. En
estas áreas predominan animales de gran
tamaño, como los tiburones, los delfines y las ballenas, al igual que bancos de peces como jureles o
atunes. En la zona pelágica la fuente principal de alimento es el plancton (organismos microscópicos que
constituyen la base de la cadena alimenticia en el mar): fitoplancton (vegetal) y zooplancton (animal).
● Zona batial: comprende desde el borde del talud hasta una profundidad de unos 1.800 metros.
● Zona abisal: situada por debajo de los 1.800 metros de profundidad, incluyendo las llanuras oceánicas.
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.
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Aguas continentales. Características generales y distribución
La cantidad y la clase de sustancias disueltas en las aguas continentales son muy variables en las distintas
zonas y proceden de al atmósfera, de donde son incorporadas durante las precipitaciones, o del lavado que
ejercen sobre el terreno por el que discurren, ya sea en superficie o en profundidad. Por tanto, la composición
del agua continental varía en función del sustrato geológico, así como del clima y la vegetación como factores
que determinan el tipo de suelo.
La concentración salina total normalmente es pequeña, así, la mayor parte de las aguas continentales son
dulces, considerándose como tales aquellas que contienen como máximo 1 g/litro. En general, la sal más
abundante en el agua dulce es el bicarbonato cálcico, que caracteriza a este tipo de agua., al contrario del
agua oceánica rica en cloruro sódico.
El agua en los continentes se distribuye de la siguiente manera: hielo glaciar y aguas líquidas superficiales y
subterráneas.
Las aguas estancadas: lagos y embalses
Los lagos son acumulaciones de agua en depresiones continentales, geológicamente de carácter transitorio, ya
sea porque el agua acumulada se evapora, porque se abren portillas por donde desagua el lago o porque la
depresión se colmata de sedimentos. En los lagos endorreicos, al no existir una zona de desagüe, el agua de
escorrentía se infiltra por el fondo o se evapora, lo que provoca un aumento de la salinidad.
El origen de la depresión puede ser tectónico, por erosión glaciar, por hundimiento, por disolución kárstica o por
un cráter volcánico. Las aguas de los lagos proceden de ríos, de la escorrentía superficial, del deshielo o de
acuíferos subterráneos.
En los lagos de mayor tamaño, el agua tiene un comportamiento similar al de los
océanos, produciéndose en ellos corrientes, mareas y olas. También en los
lagos profundos, de las latitudes medias, durante la época cálida, se produce
una variación de temperatura desde la superficie hasta el fondo, que se traduce
en una variación de la densidad del agua. La consecuencia es una estratificación
de las masas de agua, similar a la que existe en los océanos, estableciéndose
tres zonas:
Epilimnion: capa superior más cálida y, por ello, de menor densidad.
Hipolimnion: capa del fondo, fría y más densa.
Termoclina: zona intermedia, que separa las dos anteriores, donde la
disminución de la temperatura con la profundidad es máxima (superior a 1ºC/m).
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La estratificación impide la mezcla vertical con lo que, cuando se establece, influye en los ciclos físicos y
biológicos de las masas de agua dulce. Por ejemplo, disminuye el aporte de oxígeno al fondo (allí es
consumido por la descomposición aerobia de la materia orgánica muerta), donde se pueden alcanzar incluso
condiciones de anoxia, y disminuye la cantidad de nutrientes en zonas superficiales, que son consumidos por el
fitoplancton y no pueden ser repuestos.
Esta dinámica de los lagos tiene un ritmo estacional:
•
En verano el agua está estratificada, se observa el epilimnio, que se calienta y pierde nutrientes, mientras
que el hipolimnio, más denso y frío (4º C), se empobrece en oxígeno y se enriquece en nutrientes por la
descomposición de los organismos muertos en primavera. Ambas capas están separadas por la termoclina.
•
Otoño: el epilimnio se enfría hasta llegar a los 4º C, alcanzando la misma densidad que el hiolimnio, con el
que se mezcla al hundirse y provocar la desaparición de la termoclina.
•
Invierno. Se vuelven a estratificar las aguas, el agua más fría ocupa la parte superior que, por la
termoclina, se separa de la zona profunda donde se sitúa el agua más densa, que mantiene una
temperatura de 4º C y en la que se descompone la materia orgánica procedente de los organismos
muertos, razón por la cual aumentan los nutrientes.
•
Primavera: se repite el proceso de mezcla, la temperatura del agua superficial aumenta hasta los 4º C y
vuelve a alcanzar la misma densidad que el agua profunda, por lo que ambas capas se mezclan de nuevo y
desaparece la termoclina.
La inversión otoñal y primaveral sólo se produce en aquellos lagos que
mezclan sus aguas dos veces al año. Existen, además, lagos en los que
este fenómeno tiene lugar una única vez al año, y otros cuyas aguas no
llegan a mezclarse.
Los humedales son zonas en cuyos suelos se acumula agua, aunque no
tengan un río que la aporte y sufran una intensa evaporación, ya que
suelen estar conectados con aguas subterráneas y, por tanto, no se
secan.
Tradicionalmente los humedales se han considerado zonas sin valor
económico e insalubres por la proliferación de mosquitos transmisores de
enfermedades como la malaria. En ocasiones se han degradado al extraer
de forma abusiva el agua subterránea que alimenta a los humedales para
regadío, como en las Tablas de Daimiel (Ciudad Real). En la actualidad,
estas áreas se protegen como reserva de la biodiversidad por su valor
para la supervivencia de especies en peligro de extinción, por ser zonas
de invernada o reposadero de aves, por proporcionar un microclima a la
región y por constituir un ecosistema muy productivo. Además, regulan las
escorrentías y evitan grandes crecidas en los ríos e inundaciones. Otros
tipos de humedales son los manglares, las charcas y las tierras
pantanosas.
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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) ¿Qué es una cuenca endorreica?
7) ¿A qué se denomina termoclina?. ¿Qué importancia tiene?.
8) ¿A qué se denomina hipolimnio?.
9) ¿Qué consecuencias para la vida de un lago puede tener el hecho de su estratificación en la época cálida?.
Razona tu respuesta.
10) ¿Cuándo son más ricas en nutrientes las aguas de un lago profundo situado en latitudes medias, en verano
o en otoño?. ¿por qué?.
11) ¿A qué se debe la salinidad del mar?.
12) Describe cómo varía la temperatura en los océanos con la profundidad.
13) ¿A qué se debe que el oxígeno disuelto en el océano sea mínimo en la capa correspondiente a la
termoclina?.
14) Indica y justifica la distribución vertical de la temperatura en el océano.
15) ¿Qué es la termoclina?. ¿Qué incidencia tiene en el ecosistema oceánico?.
16) ¿A qué se denominan zonas de afloramiento en los océanos?. ¿Qué importancia tienen para los recursos
pesqueros?.
Preguntas de aplicación
17) 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?
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18) La gráfica adjunta representa la variación de la temperatura y de la concentración de oxígeno con la
profundidad del agua en un lago. En relación con ella, responda razonadamente a las siguientes
cuestiones:
0
a) ¿Qué capas pueden distinguirse en función de
la curva de temperaturas?
c) Explica cómo influirá la llegada de nutrientes
al lago.
O
10
15
20
2
T ºC
m g /l
10
profundidad (m)
b) ¿Cómo se pueden explicar las variaciones en
la concentración de oxígeno?
5
0
20
30
40
50
HIDROSFERA: Concepto. Distribución del agua en la Tierra. El ciclo del agua. Balance hídrico
general.
Conceptos básicos: compartimentos
evapotranspiración, infiltración.
de
la
hidrosfera,
precipitación,
escorrentía,
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Tema 6 La hidrosfera

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