La Hidrósfera Terrestre: Dinámica, Procesos Geológicos y Calidad del Agua

¿Qué es la Hidrósfera?

La hidrósfera es el subsistema de la Tierra constituido por el conjunto de agua en sus tres estados: líquido, sólido y gaseoso.

Estructura y Propiedades del Agua

• Elevado calor específico: El agua posee calor específico alto, por lo que puede absorber mucha energía sin variar su temperatura. Esto cumple una función termorreguladora en los seres vivos y en las costas.
• Elevado calor latente de vaporización y fusión: El agua absorbe energía al cambiar de estado sólido a líquido; por ello, es un excelente refrigerante.
• Alta tensión superficial: Participa en el proceso de ascenso de la savia bruta a través del xilema de las plantas.
• Densidad máxima a 4 ºC: Esto permite que las masas de hielo floten y sirvan de aislante térmico en ecosistemas acuáticos profundos.
• Disolvente universal: La molécula de agua puede introducirse en compuestos iónicos y no iónicos, lo cual tiene gran importancia biológica.

Características del Agua Oceánica y Continental

• Salinidad: Las sales de las rocas de los lechos de los ríos y fondos oceánicos se disuelven por el agua y se concentran por evaporación. Las aguas continentales tienen menos sales disueltas que los océanos, ya que a estos últimos llegan las sales procedentes de los continentes.
• Acidez: El pH del agua es algo ácido; al llover, el agua capta el $ ext{CO}_2$ atmosférico.
• Temperatura: Hay tres zonas térmicas principales:
  • Epilimnion: Área superficial con temperaturas cálidas.
  • Termoclinas: Parte intermedia donde la temperatura del agua baja drásticamente.
  • Hipolimnion: Zona profunda con temperatura constante.
• Densidad: Aumenta al disminuir la temperatura y contener más sales disueltas y sustancias en suspensión.
• Iluminación: Depende de la intensidad y del ángulo de los rayos solares en el agua. Las radiaciones visibles llegan a mayor profundidad que las ultravioletas e infrarrojas. Las zonas iluminadas permiten la existencia de organismos fotosintéticos.
• Gases: El oxígeno del agua procede de la atmósfera y disminuye al aumentar la temperatura y por el consumo de los organismos. El agua más fría contiene mayor concentración de oxígeno.

El Ciclo Hidrológico

El agua que hay en la Tierra mantiene su volumen constante debido al ciclo hidrológico:

• Ciclo interno: Se produce por el calor y la diferencia de densidades que hay en el interior de la Tierra. El agua, llamada juvenil, se forma en el interior terrestre y sale por los volcanes.
• Ciclo externo: Se debe a la energía solar, que produce la evaporación y la evapotranspiración, y a la gravedad, que causa las precipitaciones, la escorrentía y la infiltración. Las nubes transportan vapor de agua a otros lugares donde se producen precipitaciones. Una parte del agua se deposita en la superficie terrestre formando escorrentía superficial y otra se infiltra generando escorrentía subterránea. Las aguas superficiales pasan a la atmósfera mediante evaporación y más tarde se condensan. Esto es imperativo porque regula la temperatura superficial de la atmósfera.

Dinámica Marina: Olas, Corrientes y Mareas

Olas

Son movimientos ondulatorios de la superficie del mar o de los lagos que se producen generalmente por el viento. El viento al incidir sobre la superficie forma ondas que se desplazan en su dirección. El punto más profundo en el que se produce la acción del oleaje se llama nivel de base. Cuando el nivel de base toca fondo, los movimientos circulares se frenan y se vuelven elípticos; más tarde, las olas rompen en la costa. Existen olas gigantes llamadas tsunamis, que se deben a la energía desprendida en los fondos oceánicos por sismos y volcanes.

Corrientes Marinas

Son cursos de agua con distinta temperatura, salinidad y densidad que se desplazan por el interior de mares y océanos. Pueden ser:

• Superficiales: Relacionadas con vientos constantes y con la rotación de la Tierra. En las grandes cuencas oceánicas se forman flujos circulares. Los efectos de estas corrientes cuando se aproximan a los continentes son el modelado de las costas y la regulación del clima en áreas costeras. En ocasiones pueden dar lugar a situaciones anómalas que se repiten cada cuatro años, como El Niño. El Niño es una situación inversa al fenómeno normal conocido como La Niña. Este último se caracteriza por la presencia de anticiclones en la costa de Sudamérica y de borrascas en Oceanía e Indonesia; los vientos alisios van de Sudamérica a Oceanía e Indonesia por encima del océano, donde ocasionan inundaciones al descargar la humedad que transportan. El Niño se presenta cuando en Sudamérica hay borrascas y en Oceanía e Indonesia anticiclones, produciendo periodos importantes de sequía en estas últimas regiones.
• Profundas: Se dan en latitudes bajas, provocadas por diferencias de densidad y temperatura. Esto hace que el agua descienda en profundidad y discurra horizontalmente por debajo de la termoclina. En ocasiones, las corrientes profundas continúan con otras superficiales que cierran el circuito convectivo; la mayor de ellas es la cinta transportadora oceánica. Las zonas donde ascienden las corrientes profundas, llamadas afloramientos, son ricas en nutrientes y fitoplancton. Estas zonas son características de la costa pacífica de Sudamérica.

Mareas

Son subidas y bajadas periódicas del nivel del mar causadas por la atracción gravitatoria que ejercen la Luna y el Sol. Las mareas tienen una amplitud variable. Cualquier punto de la Tierra se alinea con la Luna dos veces al día, por lo que hay dos momentos de mayor amplitud: marea alta (pleamar) y marea baja (bajamar). Si la Luna y el Sol se alinean con la Tierra, suman fuerzas atractivas y producen mareas de máxima amplitud, llamadas mareas vivas (esto ocurre en luna nueva y llena). Cuando el Sol se alinea con la Tierra y la Luna formando un ángulo recto y está en fase de cuarto creciente o menguante, la amplitud es mínima y se generan mareas muertas.

Dinámica de las Aguas Continentales

La mayor parte del agua dulce se encuentra formando parte de los casquetes polares, que absorben gran cantidad de calor y mantienen el nivel de los océanos. El agua que precipita sobre los continentes puede infiltrarse en el subsuelo o discurrir por la superficie. Las aguas continentales producen importantes acciones geológicas:

• Erosión: Modela el relieve por donde discurren las aguas continentales.
• Transporte: Traslada los materiales de zonas elevadas a otras más bajas.
• Sedimentación: Produce el relleno de los valles y del fondo de los embalses, entre otros.

Ríos

Son corrientes permanentes de agua superficial que se inician por la surgencia de agua subterránea, por la fusión de glaciares o por flujos de suelo saturado de agua. La desembocadura más frecuente de los ríos es el mar. El agua de los ríos procede de la lluvia o de los glaciares. La mayoría de los ríos españoles de elevado caudal están regulados de forma artificial mediante presas. Cualquier actuación que se realice sobre la cuenca del río produce alteraciones en su dinámica, efectos en las riberas, consecuencias sobre los acuíferos subterráneos y alteraciones en las interrelaciones entre todos los elementos del sistema.

Dinámica Fluvial

La zona donde se recoge el agua caída de las precipitaciones y donde convergen las aguas de los torrentes son las cuencas hidrográficas. El canal por donde discurre el río es el cauce y su pendiente se representa mediante un perfil longitudinal. Los ríos tienden a alcanzar un perfil ideal llamado perfil longitudinal de equilibrio. La energía del río depende de la velocidad de las aguas —influida por la pendiente y el caudal— y guarda relación con el régimen de alimentación.

Tiempo de respuesta: Tiempo que transcurre entre el momento en el que se ha recogido la mitad de las precipitaciones y el máximo caudal que pasa por un punto del cauce.

Lagos, Humedales y Aguas Subterráneas

Lagos

Son acumulaciones de agua en depresiones continentales de carácter transitorio, ya sea porque el agua acumulada se evapora, porque se abren los desagües naturales o porque la depresión se colmata de sedimentos. La dinámica de los lagos tiene un ritmo estacional:

• Verano: El agua está estratificada; el epilimnion pierde nutrientes y el hipolimnion los gana.
• Otoño: El epilimnion se enfría y alcanza la misma densidad que el hipolimnion.
• Invierno: Se vuelven a estratificar las aguas; el agua fría ocupa la parte superior y se separa de la zona profunda, donde el agua es más densa.
• Primavera: Se repite el proceso de mezcla e inversión térmica al aumentar la temperatura del agua superior.

Humedales

Zonas en cuyos suelos se acumula agua aunque no tengan un río que la aporte y sufran una intensa evaporación. Suelen estar conectados con aguas subterráneas, por lo que no se secan.

Aguas Subterráneas

Su origen principal es la infiltración, aunque también pueden tener origen magmático. El flujo o caudal que pasa por un terreno depende de la superficie, de la conductividad hidráulica y del gradiente hidráulico. En los terrenos permeables se distinguen las siguientes partes:

• Zona saturada: Zona con poros totalmente saturados de agua.
• Zona de aireación: Situada encima, donde sus poros no están completamente llenos de agua.
• Zona capilar: Parte por donde asciende el agua desde la zona de saturación.
• Nivel freático: Plano que limita el acuífero en su parte superior.
• Nivel piezométrico: Nivel que alcanzan las aguas si no hay presión de materiales.

Existen diferentes tipos de acuíferos: los confinados y libres se diferencian por la permeabilidad de su límite superior. Los acuíferos colgados suelen tener pequeños volúmenes.

Tipos de Recursos Hídricos y Usos del Agua

Tipos de Recursos Hídricos

• Agua superficial: Forma mares, ríos y arroyos. De todas ellas, solo el agua dulce se considera recurso utilizable.
• Agua subterránea: Aquella que se ha infiltrado en el suelo, por donde discurre o se acumula.

Usos del Agua

• Usos consumidores: Gastan el agua y no la reintegran al lugar donde se ha extraído:
  • Uso urbano: Suministro para municipios y viviendas.
  • Agrícola y ganadero: Sector que consume mayor volumen de agua.
  • Uso industrial: Muy variado (como disolvente, para limpieza, refrigeración, etc.).
• Usos no consumidores: Aprovechamientos recreativos, hábitat de seres vivos, producción de energía o transporte:
  • Uso recreativo: Demanda agua de buena calidad y no debe contaminarla con residuos como cremas o aceites.
  • Uso como hábitat: Contribuye a mejorar la calidad del agua gracias a la depuración natural.
  • Producción de energía: La energía hidroeléctrica requiere grandes cantidades de agua, al igual que la refrigeración de centrales térmicas y nucleares. Los embalses alteran la calidad del agua facilitando su eutrofización.
  • Transporte: Utilización de vías navegables (ej. Canal Imperial de Aragón).

Gestión Integral del Agua

• Medidas de carácter general:
  • En las ciudades: Controlar tuberías para evitar pérdidas y fomentar electrodomésticos de bajo consumo.
  • En la agricultura: Emplear sistemas de riego más eficaces, ya que es el sector que más agua desaprovecha.
  • En la industria: Adaptarse a los nuevos usos mediante procesos de producción eficientes y fomentando la reutilización del agua.
• Medidas técnicas:
  • Presas: Muros colocados en los cauces para regular el caudal, reteniendo excedentes y liberándolos en época de sequía.
  • Pozos y sondeos: Proporcionan agua de calidad para diversos usos.
  • Canales: Conducciones que comunican los lugares de consumo con las regiones más abundantes.
  • Desalación: Procesos para hacer potable el agua marina y aumentar los recursos hídricos.
  • Reforestación: Mejora el aprovechamiento natural al crear suelo vegetal e interceptar el agua de lluvia.

Contaminación y Calidad del Agua

La contaminación es la alteración física, química o biológica del agua que perjudica su utilidad. Puede producirse reduciendo el caudal o introduciendo materia orgánica e inorgánica.

Clasificación de la Contaminación

• Según su origen: Antrópica (actividad agrícola, ganadera o industrial) o natural (seres vivos, volcanes, atmósfera).
• Según la naturaleza de los contaminantes: Física (partículas que dificultan el paso de la luz) o química (compuestos orgánicos e inorgánicos).
• Según su localización: Puntual (lugares bien delimitados) o difusa (zonas amplias, como la actividad agrícola).
• Según su evolución: Biodegradable (disminuye con el tiempo). Un fenómeno destacado es la eutrofización, que sucede cuando hay un enriquecimiento excesivo de nutrientes en los sistemas acuáticos. En los lagos debe haber un equilibrio entre la vegetación y los organismos fotosintéticos para garantizar oxígeno suficiente para los organismos aerobios. Si se aportan muchos nutrientes, el agua se enturbia, la luz no llega al fondo y se acumula materia orgánica muerta.
• Según el medio: Marina, superficial o subterránea.
• Según el nivel de contaminación (concepto relativo):
  • Baja: Demanda Biológica de Oxígeno ($ ext{DBO}$) inferior a $3 ext{ mg/L}$ y baja concentración bacteriana.
  • Media: Aumento considerable de materia orgánica y biomoléculas.
  • Alta: Poco oxígeno, descomposición anaerobia, aspecto sucio, mal olor y ausencia de vida superior.

Parámetros que Determinan la Calidad del Agua

• Parámetros físicos:
  • Características organolépticas: El agua potable debe ser inodora, incolora e insípida.
  • Temperatura: La idónea para el consumo humano se sitúa entre los $8 ext{ y }15 ext{ ºC}$.
  • Turbidez: Causada por sólidos en suspensión que producen absorción o dispersión de la radiación luminosa.
  • Conductividad: Relacionada con los iones presentes en disolución. Las aguas duras dificultan la cocción y dejan incrustaciones en conducciones y calderas.
• Parámetros químicos:
  • $ ext{DBO}$ (Demanda Biológica de Oxígeno): Cantidad de oxígeno que consumen los microorganismos para descomponer la materia orgánica. Permite cuantificar indirectamente dicha materia.
  • $ ext{DQO}$ (Demanda Química de Oxígeno): Cuantifica la materia oxidable mediante un oxidante químico fuerte. Sus valores son mayores que los de la $ ext{DBO}$ porque la oxidación no es selectiva.
  • $ ext{COT}$ (Carbono Orgánico Total): Determinado mediante combustión completa y medición del $ ext{CO}_2$ desprendido.
  • $ ext{OD}$ (Oxígeno Disuelto): Fundamental para el desarrollo de los seres vivos y la autorregulación.
• Parámetros biológicos: Cuantifican la cantidad de microorganismos presentes. Como norma general, el agua potable no debe contener microorganismos patógenos.