Tema la hidrosfera. Concepto y características de hidrosfera



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TEMA 4. LA HIDROSFERA.


  1. Concepto y características de hidrosfera.

La hidrosfera es la capa de agua que rodea la Tierra. El agua circula continuamente de unos lugares a otros, cambiando su estado físico, en una sucesión cíclica de procesos que constituyen el denominado ciclo hidrológico, el cual es la causa fundamental de la constante transformación de la superficie terrestre. La energía necesaria para que se puedan realizar esos cambios de estado del agua y el ciclo hidrológico procede del Sol. En resumen es una cubierta dinámica, con continuos movimientos y cambios de estado, que regula el clima, participa en el modelado del relieve y hace posible la vida sobre la Tierra. La hidrosfera es también responsable de riesgos geológicos externos como inundaciones, muchos deslizamientos del terreno, algunas subsidencias del terreno…


La hidrosfera se formó por la condensación y solidificación del vapor de agua conteniendo en la atmósfera primitiva. El agua cubre casi las tres cuartas partes de la superficie de la Tierra. La mayoría (97%) es agua salada que forma mares y océanos y, una pequeña parte (3%), se encuentra en la atmósfera y sobre los continentes, generalmente en forma de agua dulce. Esta última parte se encuentra de mayor a menor cantidad de agua: hielo> agua subterránea> lagos, embalses, pantanos, ríos > atmósfera > biosfera (seres vivos).

Entre las características de la hidrosfera destacamos su composición mineral, salinidad, contenido en oxígeno, variación de la temperatura con la profundidad y densidad:



-Composición del agua del mar y del agua continental.
La salinidad media de mares y océanos es de 35 gr/l (3,5%), las sales principales son el Cl- y el Na+, y en menor proporción SO42-, Mg2+ y otros iones, mientras que la salinidad de las aguas continentales varía muchísimo dependiendo de las rocas por donde discurra el agua (si son rocas muy solubles el agua se carga de sales superando la salinidad del mar), también puede variar su composición química dependiendo de la naturaleza de los terrenos que atraviesan, aunque en general, en las aguas continentales predominan los aniones CO32-, HCO3-, SO42-, , Cl- y los cationes Na+, K+, Ca2+ y Mg2+.
-Características del agua oceánica: salinidad, temperatura: termoclina. Densidad y contenido en oxígeno.
Salinidad: es la concentración total de los iones disueltos presentes en el agua. La salinidad media de mares y océanos es de 35 gr/l, aunque existen variaciones de unos mares a otros debido a la mayor evaporación que concentra las sales (Mar Mediterráneo 38 g/L, Mar Rojo 40 g/L, Mar Muerto 226 g/L) o al aporte de aguas dulces como las procedentes de la fusión glacial (Mar Báltico 5 g/L).
Temperatura: varía en los océanos con la profundidad y la latitud (latitudes bajas presentan aguas cálidas mientras que latitudes altas aguas frías). En las latitudes medias y bajas es típica la presencia de 3 capas en profundidad con diferentes características térmicas:

- Capa superficial o epilimnion: afectada por la temperatura exterior y la radiación solar, tiene una profundidad de unos 200 metros, la temperatura (de 12 a 30 ºC según latitud) suele ser bastante uniforme gracias también a la mezcla que produce el oleaje.


- Capa de transición o termoclina: situado debajo de la anterior capa cálida, aquí se produce un descenso brusco de la temperatura con la profundidad, el límite es muy variable, según la latitud y estación del año, pudiendo llegar a 1.000 metros de profundidad. Esta agua fría (más densa) situada debajo de la cálida (menos densa) impide la mezcla del agua cálida con las aguas profundas.


- Capa profunda o hipolimnion: presenta temperaturas frías (0-5 ºC) y constantes (con poca o nula variación térmica, aunque en algunos casos disminuye la temperatura muy lentamente con la profundidad), ya que la termoclina impide la mezcla con las aguas cálidas superficiales, por lo que también disminuye e incluso puede desaparecer el oxígeno disuelto.
Esta diferenciación térmica se aprecia durante todo el año en las zonas tropicales, en verano en las zonas templadas (en invierno no hay termoclina) y no existe en las regiones frías (en latitudes árticas y antárticas, la temperatura del agua superficial es cercana a los 0 ºC, con lo que varía muy poco con la profundidad y así, no hay diferentes capas).
Densidad: la densidad del agua oceánica es algo mayor que la del agua pura, variando en proporción directa con la salinidad (más sales más densidad) y en proporción inversa con la temperatura (más temperatura menos densidad). De estos dos factores, tiene una mayor incidencia la temperatura, por lo que el agua más densa es la de los mares polares.
La distinta densidad de las masas de agua provoca su desplazamiento tanto en horizontal como en la vertical, de manera que las más densas se colocan por debajo de las más ligeras. Así las variaciones de densidad constituyen un factor determinante en la dinámica oceánica (responsable junto con la dinámica atmosférica de suavizar las diferencias de temperatura en la Tierra).
Contenido en oxígeno: Los gases disueltos en el agua son los mismos que componen el aire libre, pero en diferentes proporciones, condicionadas por la aportación atmosférica y diversos factores. La temperatura y la salinidad influyen reduciendo la solubilidad de los gases cuando cualquiera de esos dos parámetros aumenta. Otros factores son la actividad metabólica de los seres vivos. El oxígeno (O2) abunda sobre todo en la superficie, donde predomina la fotosíntesis sobre la respiración, y suele presentar su mínimo hacia los 400m de profundidad, donde los efectos de la difusión desde el aire libre y de la fotosíntesis ya no alcanzan, pero donde todavía es alta la densidad de organismos consumidores, que lo agotan. En resumen, las aguas más agitadas, frías y con abundantes organismos fotosintéticos tendrán más oxígeno.


  1. DISTRIBUCIÓN DEL AGUA EN LA TIERRA.

97% salada (océanos y mares)

3% dulce (hielo > agua subterránea > lagos-embalses, pantanos, ríos > atmósfera > biosfera).




  1. CONCEPTO Y BALANCE DEL CICLO HIDROLÓGICO.

El ciclo hidrológico es posible debido a unos procesos que hacen pasar el agua de unos compartimentos de la hidrosfera a otros, en algunos casos con cambio de estado incluido. Estos procesos son: evaporación, evapotranspiración, condensación, precipitación, infiltración y escorrentía. Tanto el agua de escorrentía como la infiltrada en el terreno (agua subterránea) se dirigen de vuelta al mar cerrando el ciclo. Para que se produzcan estos procesos es necesaria la energía del Sol (produce la evaporación y evapotranspiración) y la fuerza de la gravedad (causa precipitaciones, escorrentía y la infiltración).



Balance: en los océanos se evapora más cantidad de agua de la que se precipita en los océanos. En los continentes precipita más agua de la que se evapora en los continentes. Los continentes por lo tanto, tienen un balance positivo del agua y los océanos tienen un balance negativo. Esta diferencia se ve compensada por el agua que regresa a los océanos desde los continentes. Entonces el balance global del ciclo hidrológico está equilibrado.



  1. LA CONTAMINACIÓN HIDRICA: DETECCION, CORRECCION Y PREVENCION.



    1. Contaminacion de las aguas. Concepto.

El agua está contaminada cuando su composición o su estado natural se ven modificados, de tal modo que el agua pierde las condiciones aptas para los usos a los que estaba destinada. Así, un agua contaminada presenta alteraciones en sus propiedades físicas (temperatura, color, densidad o radiactividad) y químicas (composición) que la hacen inadecuada para su uso, especialmente en el consumo humano o para su función ecológica.

La ley de aguas (en su artículo 85) define la contaminación del agua como la acción y el efecto de introducir materias o formas de energía o inducir condiciones en el agua que, de modo directo o indirecto, impliquen una alteración perjudicial de su calidad en relación con los usos posteriores o con su función biológica.
4.2 ORIGEN Y TIPOS DE CONTAMINACIÓN.

4.2.1 Contaminación natural.
Sin intervención humana. Suelen ocasionar la presencia en el agua de partículas sólidas minerales, debido a los procesos erosivos y de transporte o a erupciones volcánicas, y de partículas orgánicas procedentes de restos vegetales o de cadáveres o excrementos de animales. La capacidad autodepuradota del agua es suficiente para eliminarlos.


      1. Contaminación antrópica

Con intervención humana. A su vez, dependiendo del uso que haya producido la contaminación. Se pueden distinguir tres tipos.


Urbana o doméstica. Resultado del uso del agua en viviendas, actividades comerciales y servicios. El agua suele presentar restos fecales, restos de alimentos y productos químicos procedentes de detergentes, lejías, cosméticos, productos de bricolaje, etc. Además, suele contener gran cantidad de microorganismos, algunos patógenos.
Agrícola y ganadera. Es una fuente de contaminación muy seria. Se produce por el uso de abonos, fertilizantes, plaguicidas, etc. Los componentes de estos productos son arrastrados por el agua de riego o lluvia o por el agua utilizada en la limpieza de los enseres agrícolas, en la limpieza de establos, corrales, etc. Esta agua lleva estiércol y orines, materia orgánica en suspensión, sales minerales, productos tóxicos empleados en los plaguicidas y microorganismos. Generalmente, estos restos pasan a contaminar las aguas subterráneas. En nuestro caso, en el campo de Cartagena, vía agua subterránea o vía escorrentía por las ramblas, estos contaminantes llegan en grandes cantidades al Mar Menor, siendo responsables entre otros problemas de la gran proliferación de medusas.
Industrial. La actividad industrial produce un gran impacto debido a la gran variedad de contaminantes que puede aportar el agua, tanto productos sólidos y líquidos como formas de energía: materia orgánica, metales pesados, acidificación, alcalinización, aceites, grasas, incremento de la temperatura, cambios de pH, radiactividad, etc.


Otras fuentes (vertederos, fugas, escapes…)


  • Vertederos de residuos: urbanos, industriales o agrarios.

  • Fugas y escapes en conducciones y depósitos de origen urbano o industrial. Los líquidos residuales del lavado y otros tratamientos a que son sometidos los minerales y rocas que se extraen de un yacimiento, que contienen ácidos, metales pesados y otras sustancias peligrosas, pueden contaminar las aguas y los suelos de las zonas cercanas; por eso, suelen almacenarse en grandes balsas para ser sometidos a una depuración previa a su vertido. Sin embargo, si se producen fugas, como ocurrió con la rotura de la balsa de la mina de Aznalcollar (cerca del parque de Doñana) se producen grandes desastres ecológicos.

  • Uso de automóviles: produce aceites lubricantes, baterías, anticongelantes, combustible, etc.

  • Accidentes y limpieza de petroleros: provoca la aparición de las mareas negras.

Muchos de los contaminantes de origen antrópico son bioacumulables, es decir, se va incrementando su concentración a lo largo de las cadenas tróficas hasta alcanzar valores tóxicos que llegan a ocasionar la muerte del individuo. Esto es debido a que son compuestos sintéticos (creados por el hombre) como el DDT, componentes de plásticos…, que normalmente no aparecen en la naturaleza como los metales pesados, y por tanto, no existen organismos, ni siquiera bacterias, capaces de metabolizarlos y biodegradarlos.




    1. Tipos de contaminantes.


4.3.1Contaminantes físicos: cambios de Tª; radiactividad; particulas en suspension.


        1. Cambios de temperatura.

Aumento o disminución de la temperatura. Su origen es debido a las actividades de refrigeración (se enfrían los motores o cámaras de vapor industriales, sobre todo de centrales nucleares y centrales térmicas que producen energía eléctrica), centrales hidroeléctricas (el agua de las turbinas se vierte al río con una temperatura más baja cuando en las anteriores era temperatura mucho más alta).

Los efectos que produce son la modificación en la fauna y flora en mayor o menor grado según la importancia de la variación (la trucha y el salmón por ejemplo son peces de agua fría y desaparecerían si aumenta la temperatura), interferencia en la duración de los ciclos biológicos de algunas especies (en el crecimiento o en la reproducción, por ejemplo muchos insectos aumentan en número por crecimiento más rápido y más puestas cuando aumenta la temperatura porque piensa que son poiquilotermos y con bajas temperaturas su metabolismo es más lento porque tienen el cuerpo a menor temperatura) y variación del oxígeno disuelto (disminuye con el incremento de la temperatura, pudiendo morir peces y muchos otros animales por la disminución del oxígeno al aumentar la temperatura del agua), sobre todo si existe contaminación con materia orgánica, donde la temperatura aumenta la velocidad de las reacciones químicas, con lo que las bacterias descomponedoras aerobias gastan el oxígeno a mayor velocidad. En ausencia de oxígeno se favorece el desarrollo de microorganismos patógenos. A mayor temperatura se aumenta la solubilidad de sales y compuestos orgánicos, modificando la composición química del agua, ya que algunos de estos compuestos podrían ser tóxicos y alterar el ecosistema acuático.


        1. Radiactividad.

El origen de las partículas radiactivas es: las centrales nucleares, minas de uranio, residuos radiactivos procedentes de centros de investigación, hospitales, volcanes (gas radón radiactivo), industria armamentista… Los submarinos nucleares pueden pasar meses sumergidos gracias a su reactor nuclear, pero sus residuos han contaminado los mares de todo el mundo. Según testimonios de soldados rusos, los contenedores con residuos radiactivos se tiraban directamente al mar y si no se hundían rápidamente los ametrallaban para abrirles agujeros. Otro caso que merece mencionarse fue el vertido indiscriminado de bidones con residuos nucleares al fondo marino (por ejemplo cerca de las costas gallegas) hasta principios de los años 80, cuando fue prohibido por la convección de Londres. Actualmente, muchos de estos bidones presentan corrosiones y agrietamientos, por donde pueden pasar los radioisótopos al agua marina y afectar, por tanto, a las redes tróficas por bioacumulación (recuerda que los seres humanos estamos en los últimos eslabones de las redes tróficas, por lo que la acumulación de radioisótopos es mayor en nosotros que en muchas otras especies).

Los efectos que producen son cáncer; alteraciones genéticas, malformaciones congénitas… Se produce acumulación en lodos de ríos, embalses y fondos oceánicos.


        1. Partículas en suspensión.

Existen materiales en suspensión inorgánicos (lodos, arenas, etc.) y orgánicos (restos vegetales y animales, restos de alimentos, papeles…). Su origen es variado: aguas residuales domésticas, urbanas, agrícolas o industriales, explotaciones mineras, sedimentos transportados hasta el medio acuático por los agentes geológicos externos…

Los efectos que producen son aumento de la turbidez, dificultando la fotosíntesis y la visibilidad, respiración y movilidad de los animales. Modificación de las propiedades físicas del agua, olor, sabor y color, incremento de la actividad bacteriana aeróbica (eutrofización), obstruyen los sistemas de filtración de organismos acuáticos, sobre la superficie de las partículas se pueden agregar contaminantes, favoreciendo su introducción y transporte en el medio. Cuando los sólidos en suspensión coagulan y forman flóculos, sedimentan en el fondo, perjudicando a los organismos que viven allí (larvas de insectos, huevos de peces…).


      1. Contaminantes químicos.




        1. Variaciones de pH.

Los ácidos y álcalis causan variaciones en el pH de las aguas, que influyen en los organismos, máxime cuando muchos de estos compuestos son tóxicos y su toxicidad aumenta normalmente con el pH y la temperatura. Los ácidos contaminantes pueden proceder de actividades industriales como tintorerías, galvanoplastia, destilerías del petróleo…, pero las principales fuentes son dos: la lluvia ácida (donde los ácidos fuertes sulfúrico y nítrico acidifican ríos y lagos del mundo) y la minería del carbón, donde los compuestos de azufre se disuelven, se oxidan y producen ácido sulfúrico. Pocas especies resisten un pH ácido (la actividad biológica normal en el agua se desarrolla a un pH entre 6 y 8,5) y además un agua ácida favorece la disolución de metales, envenenándose lentamente.




        1. Cloruros y sulfatos

El cloruro sódico (sal común) y los sulfatos producen la salinización del agua, que determina qué tipo de organismos habitan esas aguas (por ejemplo hay peces como el fartet que tolera el agua muy salada, pero otros como la trucha necesitan aguas dulces) ya que la salinización (el contenido en sales) afecta a la presión osmótica del medio que puede producir la entrada excesiva del agua en los organismos (baja concentración de sales, es decir baja presión osmótica) o la salida de agua de los organismos deshidratándolos (alta concentración de sales, es decir alta presión osmótica) si no están debidamente adaptados a esas presiones osmóticas (cada organismo tiene un intervalo de salinidad al que está adaptado por eso no puedes meter un pez de agua dulce en el mar ni viceversa porque moriría).




        1. Fosfatos

Los fosfatos (y los nitratos también, incluso los sulfatos: los nitratos son la fuente de nitrógeno con la que los vegetales sintetizan su materia orgánica, los sulfatos son la fuente de azufre y los fosfatos de fósforo) son sales minerales (nutrientes) necesarias para los organismos fotosintéticos, por lo que en cantidades muy superiores a la habitual se produce la proliferación desmesurada de organismos fotosintéticos, llegando incluso a cubrirse toda la superficie del agua con organismos fotosintéticos, no entrando luz al interior y produciéndose la muerte y descomposición de los que permanecen abajo, la descomposición de los organismos fotosintéticos muertos acaba con el oxígeno, lo que provoca la muerte de los organismos aerobios como los peces. Este proceso se conoce como eutrofización (se verá más adelante). Los fosfatos son nutrientes generalmente en concentraciones muy bajas comparadas con el resto de nutrientes como los nitratos, por eso son sustancias limitantes que controlan el crecimiento de los vegetales y demás organismos fotosintéticos (pueden aumentar los nitratos pero si no hay suficientes fosfatos no se produce proliferación de organismos), por lo que la contaminación con fosfatos produce un desequilibrio del ecosistema provocando un crecimiento explosivo de organismos fotosintéticos. Resumen: los fosfatos producen eutrofización.

Origen: los detergentes que provienen de aguas domésticas contienen polifosfatos, la agricultura utiliza grandes cantidades de nitratos y fosfatos como fertilizantes (abonos), la descomposición de materia orgánica produce sales minerales como fosfatos y nitratos.


        1. Oxígeno disuelto

Es importante para el desarrollo de los seres vivos y la autorregeneración. A medida que el agua se carga de materia orgánica, proliferan los organismos descomponedores que consumen el oxígeno en disolución. Si el oxígeno se consume totalmente, las aguas se convierten en tóxicas para los organismos aerobios y se producen descomposiciones anaerobias que originan sustancias malolientes como metano, sulfhídrico y nitrosaminas.




        1. Compuestos nitrogenados

Además de contribuir los nitratos a la eutrofización (aunque en menor medida que los fosfatos), los nitratos y nitritos pueden producir toxicidad. En el intestino al combinarse los nitratos con grupos amino de los alimentos, pueden dar lugar a nitrosaminas, que son cancerígenas. Los nitritos por oxidación bacteriana se pueden transformar en nitratos contribuyendo a la eutrofización y además los nitritos son tóxicos dentro del organismo porque se unen al hierro de la hemoglobina, transformando el Fe2+ en Fe3+ (metahemoglobina) incapaz de transportar oxígeno. El trastorno generado es una falta de oxígeno en sangre, caracterizada por una coloración azulada de algunas partes del organismo (labios, extremos de los dedos…) que afecta sobre todo a los lactantes. En la naturaleza la presencia de nitritos es mínima, pero en el intestino los nitratos se transforman en nitritos con gran facilidad.





        1. Metales pesados

En el agua, los metales pueden aparecer disueltos directamente, en forma de iones, o formar complejos químicos con moléculas orgánicas (como los quelatos), en este último caso, se favorece la estabilización en el medio acuoso y aumenta su posibilidad de incorporación a los seres vivos. Tienen efectos tóxicos (envenenamiento) los metales pesados (Hg, Cd, Pb, Cr, Co, As…), bastan pequeñas cantidades de estos metales tóxicos para provocar graves alteraciones en los seres vivos (hay otros menos tóxicos como el Fe y el Al) y además tienen efectos acumulativos (son bioacumulables y persistentes) a través de las cadenas tróficas, ya que no se degradan y se acumulan en los tejidos (ver dibujo). Los metales pesados pueden proceder de procesos naturales, como la descomposición de las rocas o la actividad volcánica, aunque las mayores cantidades las aportan las actividades humanas como la minería, procesos industriales que contienen metales y la combustión de combustibles fósiles. Destacan el plomo (saturnismo) que afecta sobre todo al sistema nervioso y el mercurio que afecta sobre todo al cerebro (enfermedad de Minamata). El mercurio se usa en algunos procesos de purificación de metales nobles, por ejemplo, las extracciones de oro en la cuenca amazónica usan mercurio para separar el preciado metal de los sedimentos y, como resultado, se vierten todos los años 130 toneladas de mercurio a los ríos. Otras importantes contaminaciones de mercurio surgen de la industria papelera, la fabricación de acetaldehído y del cloruro de vinilo (componente básico del PVC). La lluvia arrastra gran parte del plomo vertido a la atmósfera por los vehículos e industrias como cristalería, cerámica, soldadura…; los perdigones de las escopetas, pinturas, insecticidas, fungicidas y cañerías antiguas contienen plomo.




        1. C
          ompuestos organoclorados y organometálicos
          (pesticidas, tinta, cosméticos, aceites…)

Ciertos contaminantes químicos sintéticos (no naturales) como los plaguicidas (el DDT que actualmente está prohibido es el pesticida organoclorado más conocido por sus efectos a largo plazo), bifenilos, policlorados como los PCB usados para fabricar plásticos, furanos, además de ser tóxicos, también son persistentes generando bioacumulación (la bioacumulación afecta más a carnívoros y al ser humano por ser los últimos eslabones de las cadenas tróficas).

Los detergentes son otros compuestos orgánicos a destacar, disminuyen la tensión superficial del agua y generan espumas que dificultan el intercambio gaseoso del agua, afectan a mucosas y tejidos blandos (afectando por ello a los aparatos respiratorios de los organismos acuáticos) y contienen sulfatos y fosfatos contribuyendo a la eutrofización. Además, los detergentes contienen otras sustancias añadidas como perfumes, blanqueadores con radicales muy reactivos como el cloro…

Una posibilidad que da lugar a la movilización del Hg es a través de su metilación, que corresponde a la formación de un compuesto organometálico. En el caso concreto del mercurio, se forma el metil-mercurio, CH3Hg+, el cual, al igual que otros compuestos organometálicos, es liposoluble. En consecuencia, estos compuestos presentan una elevada toxicidad, puesto que pueden atravesar fácilmente las membranas biológicas y, en particular, la piel, y a partir de aquí, la incorporación del metal en la cadena trófica está asegurada. La metilación de metales inorgánicos por bacterias es un fenómeno geoquímico relativamente importante. El metilmercurio es un compuesto mucho más tóxico que el mercurio. Como ejemplo podemos citar la bahía de Minamata, en el sur del Japón, se produjo una enfermedad denominada "Enfermedad de Minamata", debida al consumo de pescado y mariscos contaminados con metil mercurio, debido al paso de Hg2+ a metilmercurio por acción bacteriana. La producción de metil-Hg por bacterias y su liberación en el medio acuático es un mecanismo de defensa que protege los microbios del envenenamiento de Hg. La metilación bacteriana movilizó el Hg almacenado en los sedimentos de la bahía. Este mercurio procedía de una fábrica de plásticos que utilizaba Hg como catalizador y vertía los residuos en la Bahía.

Enfermedad de Minamata


        1. Petróleo y sus derivados

En nuestras sociedades el petróleo y sus derivados son imprescindibles como fuente de energía y para la fabricación de múltiples productos de la industria química, farmacéutica, alimenticia, etc. El petróleo en la superficie del agua forma una película que disminuye la entrada de la luz hasta los productores, y además, dificulta el intercambio de gases con la atmósfera. Si se acumula en el fondo afecta a la flora y la fauna bentónicas. El petróleo puede cubrir las plumas de las aves marinas y la piel y el pelo de los mamíferos, dificultando sus movimientos y, lo que es peor, inutilizando su función de aislante térmico, por lo que los animales mueren por hipotermia. En animales que respiran por branquias, el petróleo acumulado en las branquias impide el intercambio de gases. Existen bacterias que descomponen estos hidrocarburos, pero es un proceso lento. La mayoría de los chicles lista "goma base" como uno de sus ingredientes, encubriendo así el hecho de que el petróleo, la lanolina, la glicerina, el polietileno, el acetato de polivinilo, la cera de petróleo, el ácido esteárico, y el látex (un posible alérgeno) pueden estar entre sus componentes.





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