Impacto de los Hidrocarburos, Dinámica del Ciclo del Agua y Evolución Tectónica del Ciclo de Wilson

Contaminación Atmosférica por Hidrocarburos

Los hidrocarburos ($C_xH_y$) incluyen un complejo y amplio grupo de contaminantes orgánicos, tanto de origen natural como antrópico.

Efectos Principales

El principal problema de los hidrocarburos es su influencia en la formación de $O_3$ (ozono). Esto ocurre en presencia de la luz solar y en una atmósfera con una humedad relativa baja. Este conjunto de gases forma una compleja niebla de humos, el smog fotoquímico o de Los Ángeles.

Es, por tanto, una niebla oxidante y ácida producida en la atmósfera por un proceso de oxidación fotoquímica que se presenta cada vez con más frecuencia en ciudades grandes y muy iluminadas.

Consecuencias en la Salud y los Materiales

• Efectos en la salud: Los oxidantes fotoquímicos, como el ozono, el PAN, el PPn o el NPBZ, producen irritaciones de nariz, garganta y ojos, y pueden llegar a provocar fatiga extrema y falta de coordinación de los movimientos.
• Efectos en los materiales: El ozono afecta a los neumáticos de los vehículos, la celulosa de los tejidos y los aglutinantes de las pinturas.

Ciclo Hidrológico

El agua que existe en la Tierra mantiene su volumen constante aunque esté en continuo movimiento y experimente cambios en su estado físico. Esto se debe a un proceso, denominado ciclo hidrológico, que relaciona la hidrosfera con la atmósfera, la geosfera y la biosfera. Este ciclo del agua consta de dos fases:

Fases del Ciclo del Agua

• Ciclo interno: Se produce debido al calor y a la diferencia de densidad del interior de la Tierra. El agua, llamada agua juvenil, de origen magmático, se forma mediante reacciones químicas en el interior de la Tierra, sale a través de volcanes, dorsales o fracturas profundas y se mezcla con las aguas del ciclo externo.
• Ciclo externo: Se debe a la energía solar, que provoca la evaporación y la evapotranspiración, y a la gravedad, que causa las precipitaciones, la escorrentía y la infiltración. Una parte de esta fase se desarrolla en la atmósfera, y otra sobre la superficie terrestre o a poca profundidad. Las nubes transportan el vapor de agua de unos lugares a otros hasta que se produce la precipitación del agua en forma de lluvia, nieve o granizo. Una parte del agua depositada sobre la superficie terrestre forma la escorrentía superficial; otra, por infiltración, genera escorrentía subterránea y forma los acuíferos. Esta agua puede ser captada por los seres vivos o fluir hasta el mar. Las aguas de la superficie terrestre pasan a la atmósfera mediante la evaporación del entorno y la evapotranspiración de los seres vivos, generan las nubes por condensación y se trasladan de unos lugares a otros cerrando el ciclo.

Importancia del Ciclo Hidrológico

La importancia del ciclo hidrológico se debe a que regula la temperatura superficial de la Tierra, transporta materia y energía de unas zonas a otras, provoca la erosión de las rocas, traslada los sedimentos y descarga las aguas sobre los continentes de forma periódica.

Usos del Agua

Los recursos hídricos se aprovechan de diversas maneras, dividiéndose principalmente en dos grandes categorías:

Usos Consumidores de Agua

Los usos consumidores gastan el agua y no la reintegran al lugar de donde se ha extraído, o bien la degradan. Se encuentran el abastecimiento urbano y las actividades agrícolas, ganaderas e industriales.

• Uso urbano: Cubre las necesidades de los municipios y las viviendas.
• Uso agrícola y ganadero: Consume muchísima agua. Actualmente, en muchas explotaciones agrícolas se hace un uso más racional del agua y se están cambiando los sistemas de riego por otros como el goteo. En las explotaciones ganaderas se necesita mucha agua para abrevar a los animales y mantener limpios los establos.
• Uso industrial: Son muy variados: como disolvente, para limpiar y secar distintas materias.

Usos No Consumidores de Agua

Los usos no consumidores del agua son, entre otros, el aprovechamiento recreativo, como hábitat de los seres vivos, la producción de energía eléctrica y el transporte.

• Uso recreativo: Pesca, baño, navegación deportiva, etc. Requiere aguas de buena calidad y durante su uso no deberían contaminarse, sin embargo, no siempre es así.
• Uso como hábitat de muchos seres vivos: Es un uso muy necesario que puede contribuir incluso a mejorar la calidad del agua, ya que es el fundamento de la depuración natural.
• Uso para producir energía: La energía hidroeléctrica en España. En su producción se utilizan importantes cantidades de agua, y se necesitan grandes caudales para refrigerar las centrales térmicas y nucleares, lo cual se vierte a los ríos y repercute negativamente.
• Uso para el transporte: Por canales y ríos. En España se han realizado gran cantidad de proyectos relacionados con este tipo de transporte. Actualmente solo se utilizan para el transporte la desembocadura del Ebro y la del Guadalquivir. Los transportes con grandes petroleros suponen un gran riesgo, como sucedió con el naufragio del Prestige.

Contaminación del Agua

Contaminar el agua es alterarla física, química o biológicamente, de modo que se perjudique su posterior utilización. Se puede contaminar reduciendo el caudal e introduciendo materias orgánicas, inorgánicas y organismos patógenos.

Tipos de Contaminación según su Origen

• Contaminación antrópica: Por la actividad agrícola, ganadera, industrial o el uso urbano.
• Contaminación natural: Causada por los seres vivos, los volcanes o la actividad atmosférica.

Tipos de Contaminación según la Naturaleza de los Contaminantes

• Contaminación física: El agua arrastra partículas en suspensión que dificultan el paso de la luz, disminuyen la actividad fotosintética y perjudican a los seres acuáticos.
• Contaminación química: Los contaminantes químicos pueden ser orgánicos e inorgánicos. Entre los orgánicos hay biomoléculas procedentes del tratamiento de alimentos y de aguas residuales; compuestos de nitrógeno y fósforo, y productos de síntesis procedentes de la industria como los PCB empleados para la fabricación de plásticos. Entre los inorgánicos podemos citar sales que proporcionan dureza, metales pesados y elementos radiactivos que causan mutaciones y tienen efectos cancerígenos.
• Contaminación biológica: Debida a materias orgánicas y organismos patógenos. Generalmente es perjudicial, ya que en las aguas proliferan micro y macroorganismos autodepuradores.

Parámetros que Determinan la Calidad del Agua

Para evaluar el estado del agua, se analizan diferentes indicadores:

Parámetros Físicos

• Características organolépticas: Olor, color y sabor. Dan mucha información de forma rápida y barata. El agua potable debe ser incolora, inodora e insípida.
• Temperatura: La temperatura idónea para el consumo está entre 8 y 15 ºC.
• Turbidez: Se debe a los sólidos en suspensión, que pueden ser sedimentables o no sedimentables.
• Conductividad: Está relacionada directamente con los iones presentes en la disolución. Cuando la cantidad de carbonato de calcio o de magnesio sobrepasa los 0.5 g/l se dice que el agua es dura, lo que dificulta la cocción de los alimentos, deja incrustaciones en las conducciones y calderas, y forma poca espuma.

Parámetros Químicos

Los parámetros químicos más utilizados para determinar la materia orgánica son:

• DBO (Demanda Biológica de Oxígeno): Es la cantidad de oxígeno que consumen los microorganismos para descomponer la materia orgánica del agua. Mediante la $ ext{DBO}_5$ podemos cuantificar la materia orgánica evaluando el oxígeno consumido en 5 días por los microorganismos al respirar. Este parámetro proporciona buena información sobre la depuración biológica del agua.
• DQO (Demanda Química de Oxígeno): También puede cuantificar la materia oxidable; para ello se utiliza una disolución conocida de oxidante químico fuerte. La oxidación no es selectiva: se oxida toda la materia orgánica e inorgánica existente.
• COT (Carbono Orgánico Total): Se determina realizando una combustión completa y midiendo el $CO_2$ desprendido. Este parámetro se obtiene con facilidad y proporciona una cuantificación muy aproximada a los compuestos orgánicos existentes.
• OD (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.

Potabilización y Depuración del Agua

Potabilización

Se realiza en estaciones de tratamiento de aguas potables (ETAP). Un proceso general consta de 3 etapas:

1. Decantación: De partículas en suspensión; se consigue manteniendo el agua en reposo y se mejora añadiendo floculantes de salsas sencillas.
2. Filtrado: Se realiza haciendo pasar el agua a través de lechos de arena, que se limpian mediante circulación del agua para arrastrar la suciedad acumulada.
3. Desinfección: Antes de finalizar el tratamiento con cloro o bien con hipoclorito. En algunos casos se sustituye la cloración por tratamientos con ozono o con radiaciones ultravioletas, que son muy eficaces pero más caros.

Depuración

En la actualidad, el agua usada debe conducirse por la red de alcantarillado para ser tratada en estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR). Los procesos de depuración rebajan la contaminación fuerte con el fin de facilitar la autodepuración, reutilizar las aguas residuales en regadíos, favorecer la potabilización evitando riesgos para la salud y avanzar hacia un modelo de desarrollo más sostenible.

Se diferencian dos grupos de sistemas depurativos: de bajo costo y convencionales.

• Sistemas de bajo costo: Se crea un hábitat favorable para determinados seres vivos y se les deja actuar.
• Sistemas convencionales: Se fuerza el desarrollo de microorganismos depuradores.

Ciclo de Wilson y Tectónica de Placas

El ciclo de Wilson describe la secuencia geoeternal de apertura y cierre de océanos y la formación de supercontinentes a lo largo del tiempo geológico a través de las siguientes etapas:

1. Formación de un Rift Continental

Los penachos o plumas mantélicas ascienden, lo que provoca un abombamiento o domo térmico al que le sigue un estiramiento de la litosfera suprayacente, que se fractura hundiéndose en los bloques fallados. De este modo, se origina una fosa con un valle central, denominado rift continental, como el rift de África. Este sistema de fracturas disminuye la presión en el manto y facilita la salida de los materiales fundidos que, por acreción (acumulación lateral), crearán nueva litosfera oceánica.

2. Formación de un Océano y Separación de los Continentes

En esta etapa se separan paulatinamente los bloques continentales, a la vez que surge un océano estrecho, como el mar Rojo. Este océano se ensancha progresivamente hasta convertirse en un océano de tipo atlántico, con una dorsal bien formada en su centro y una gran acumulación de materiales sedimentarios que proceden del continente, cuyos bordes se conocen como márgenes continentales pasivos.

3. Subducción

La litosfera próxima a la dorsal es muy delgada, pero, a medida que se aleja de la dorsal, se hace más fría y gruesa, aumenta su densidad y se vuelve más inestable, por lo que tiende a introducirse en el manto, formándose una zona de subducción.

4. Formación de Orógenos

Los sedimentos acumulados en la litosfera oceánica sufren una gran deformación. La fricción provocada por la placa subducida origina una intensa actividad tectónica y produce la fusión de los materiales que intruyen en la placa que no subduce.

Todos estos procesos forman un orógeno de tipo arco insular, como las islas Marianas o Japón, creándose una profunda fosa oceánica. En ocasiones da lugar a una dorsal pequeña en la litosfera, por detrás del arco de islas, que origina una cuenca tras-arco. La litosfera oceánica que queda entre el continente y el arco de islas es subducida, colisionando las placas oceánica y continental.

También puede producirse un borde destructivo si la litosfera oceánica se introduce bajo la continental, mucho más ligera, formándose entonces un orógeno con intensa actividad tectónica y volcánica en el borde del continente (como los Andes) y con profundas fosas oceánicas al borde del continente (como la fosa de Perú-Chile). Se origina así un margen continental activo que da lugar a una cordillera marginal o perioceánica.

5. Colisión de los Continentes

La densa litosfera que subduce tira con fuerza de la placa oceánica, subduciendo incluso la dorsal, como sucede en la costa oeste de Estados Unidos (dorsal de Juan de Fuca), y llegando a consumir toda la placa oceánica. Esto provoca el choque de los dos continentes, inicialmente separados por el océano.

Este proceso da lugar a un orógeno de colisión, intercontinental o de tipo alpino, como el que dio lugar al Himalaya tras el choque de la placa indoaustraliana con la euroasiática, marcando la sutura de un antiguo océano.

En el ciclo de Wilson, las primeras etapas son extensivas mientras que las últimas son compresivas y describirían los estadios de formación de una nueva Pangea.