Características generales.

 

Estamos familiarizados con la visión de la Tierra como un planeta azul, con nubes blancas siempre cambiantes; esta capa discontinua de agua que, envuelve la mayor parte de la superficie terrestre es la hidrosfera, capa que caracteriza y distingue (fundamentalmente) la Tierra de otros planetas.

Distribución del agua en la hidrosfera

Si el agua de la hidrosfera estuviera repartida uniformemente alrededor de la Tierra, representaría una capa de cerca de 3 km de espesor; pero su distribución no es uniforme, podríamos considerar 6 compartimentos o sistemas acuáticos: océanos, depósitos de hielo, aguas subterráneas, aguas Superficiales, atmósfera y biosfera.

Según el autor que se consulte, las estimaciones sobre el volumen de agua presente en cada compartimento varían ligeramente y el mayor interrogante lo presentan las aguas subterráneas. En la tabla se presenta una aproximación a estos valores y en la figura  se observa esta distribución a escala. Cabe destacar el importante volumen de agua retenida en forma de hielo en los continentes (si tenemos en cuenta que vivimos en un período interglaciar); también que el volumen de agua subterránea es muy superior al de lagos y ríos.

Volumen (Km3)

%Sobre el Total

TOTAL DE AGUA

1386 *106

100,00

OCÉANOS

1350 *106

97,40

GLACIARES

28 *106

2,02

AGUAS SUBTERRANEAS

8*106

0,57

LAGOS Y RÍOS

200000,00

0,01

ATMOSFERA

13000,00

0,00

BIOSFERA

600,00

0,00

La cantidad de agua de la hidrosfera se puede considerar constante. Existen en la alta atmósfera reacciones de fotodisociación provocadas por la radiación solar que destruyen el vapor de agua; también hay agua que entra a la Tierra en los meteoritos, pero en ambos casos se trata de cantidades despreciables. La cantidad de agua que sale del interior de la Tierra (volcanes, fuentes calientes) es compensada por el agua que entra en las zonas de subducción.

Composición química de la hidrosfera

Una característica importante del agua es su capacidad para actuar como disolvente de gases, líquidos y sólidos; este poder disolvente es la causa de que en la Naturaleza el agua no se encuentre en estado puro.

En el agua se disuelven gases, sólidos cristalinos que se transforman en iones y sustancias orgánicas con enlaces polares; también hay sustancias orgáni­cas muy grandes que no llegan a disolverse en el agua y permanecen en estado coloidal. Las aguas (especialmente las de los ríos) también tienen sus­tancias en suspensión procedentes de la erosión de las rocas y los suelos. En este apartado nos vamos a centrar en los iones y gases disueltos.

Salinidad

Agua del mar. La salinidad del agua del mar es alrededor de 35.000 ppm (mg/L), es decir, cada litro de agua de mar tiene de 34 a 39 gramos de sales minerales. Aunque puede variar de un lugar a otro (debido a la evaporación, congelación, dilución), la proporción entre los diferentes elementos que se encuentran en disolución es bastante constante, siendo el Cl- y el Na+ los iones más abundantes.

Iones

mg/L

 

Iones

mg/L

Cloro (Cl-)

19.353

 

Calcio (Ca2+)

413

Sodio (Na+)

10.760

 

Potasio (K+)

387

Sulfato (S02-4)

2.712

 

bicarbonatos (HCO3- )

142

Magnesio (Mg2+)

1.294

 

Bromo (Br-)

67

 

Aguas continentales. La composición química de las aguas continentales es, en cambio, muy diversa, tanto en la cantidad de sales (desde menos de 10 mg/L hasta valores superiores a los del mar) como en la proporción de los diferentes iones. Los aniones y cationes más abundantes son:

Aniones: carbonatos (CO2-3), bicarbonatos (HCO3- ), sulfatos (S02-4) y cloruros (Cl-).

Cationes: Ca2+, Mg2+, K+ y Na+.

Lo más normal es que abunde entre los aniones el bicarbonato y entre los rones el calcio, aunque pueden existir otras proporciones.

El agua de la lluvia tiene un pH ligeramente ácido (alrededor de 6), al caer al suelo disuelve   minerales aumentando su alcalinidad y su pH. Las rocas sedimentarias son muy solubles, por lo que  el agua de drenaje de esas rocas tiene alta alcalinidad y pH neutro o básico. Las rocas ígneas o  metamórficas (granitos, gneis, cuarcitas) están formadas, en general, por materiales menos solubles, por lo que su agua de drenaje tiene bajos pH, alcalinidad y salinidad.

En la figura  se observa una caracterización muy general, en cuanto a la salinidad del agua, de los tipos de aguas superficiales existentes en España. La zona I tiene baja concentración en sales, el resto tiene una concentración de sales elevada, en la zona II predomina el bicarbonato, en la zona III los sulfatos (en esta zona abundan los depósitos ricos en yesos) y en la zona IV los cloruros (provienen de la disolución de evaporitas).

Hay elementos que normalmente son minoritarios en el agua, como el hierro y el manganeso, pero que en ciertas condiciones (bajo pH) pueden llegar a concentraciones altas, y otros elementos, como el arsénico o el flúor, que pueden estar en concentraciones altísimas en regiones hidrotermales.

Otro grupo de sustancias disueltas en las aguas, que son minoritarias en el total de la salinidad pero importantes desde el punto de vista ecológico, son los nutrientes vegetales, como los nitratos y fosfatos. Hablaremos de ellos al ocuparnos de la eutrofización de las aguas.

Gases disueltos

Los gases presentes en el aire son todos solubles en el agua, pero sus proporciones no son similares en ambos elementos, ya que tienen diferente solubilidad; por ejemplo, el oxígeno es 31 veces menos soluble que el dióxido de carbono, por lo que la relación 02/CO2 (que en el aire es de 635) en el agua es sólo de 21.

La solubilidad de los gases disminuye con el aumento de la temperatura (figura), esto es de suma importancia para los seres vivos de los medios acuáticos y es un factor que se debe tener en cuenta en relación a la contaminación de las aguas con sustancias orgánicas biodegradables.

 

Características físicas de los medios acuaticos.

El agua presenta unas propiedades físicas excepcionales:

  • La densidad varia en función de la temperatura, pero mientras que casi todas  las sustancias se vuelven más densas al disminuir la temperatura, el agua  tiene una densidad máxima a 4 °C y disminuye al alejarse de esa temperatura (figura). La consecuencia de esta propiedad es que el hielo flote en el agua líquida y que el agua más caliente flote sobre el agua más fría.

  • El agua pura absorbe de manera selectiva las radiaciones de diferente longitud de onda. Las radiaciones ultravioletas e infrarrojas son rápidamente absorbidas; las radiaciones visibles llegan a mayor profundidad, siendo el color azul el que presenta coeficiente de extinción más bajo. La materia disuelta y en suspensión también absorbe las radiaciones, por lo que la distribución en profundidad de la cantidad y tipo de luz dependerá de las sustancias que contenga el agua.

Las dos últimas propiedades son las responsables, junto con la gravedad, de que los medios acuáticos profundos (océanos y lagos) se estructuren según un eje vertical.

Distribución de la luz con la profundidad

La absorción de la luz en una columna de agua ocurre de manera exponencial (figura), en función de la profundidad y del coeficiente de extinción de la luz (constante que depende de las sustancias que contiene el agua):

Iz= lo • e-µz

  • Iz: intensidad de la luz a la profundidad z (W / m2).
  • lo: intensidad de la luz a O m (W / m2).
  • µ: coeficiente de extinción de la luz (m-1).
  • z: profundidad (m).

Todo esto es de suma importancia para los ecosistemas acuáticos, ya que la fotosíntesis únicamente se puede realizar en las capas donde llega la luz; se diferencian así dos zonas en los medios acuáticos profundos:

El límite inferior de la zona fótica es el nivel donde la luz que entra en un lago en superficie se ha reducido a un 1 %.

Termoclina

La absorción de la radiación solar se produce en los primeros metros de la columna de agua, por lo que con la profundidad la temperatura va bajando lentamente hasta llegar a un punto donde en muy pocos metros el descenso se produce muy rápidamente, a esta zona se le denomina termoclina; debajo de la termoclina la temperatura sigue descendiendo, pero muy lentamente. Se crean así dos capas, una superficial con agua más caliente y menos densa (epilimnion) que flota sobre otra más fría y densa (hipolimnion).

La termoclina impide la mezcla del agua que hay por encima de ella con la que hay por debajo, lo que 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 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.

En las zonas tropicales, en los océanos, existe una termoclina permanente durante todo el año que suele ser muy acusada (figura  b); en las zonas polares, la temperatura del agua es baja durante todo el año y más o menos constante a cualquier profundidad. En las zonas templadas existe una termoclina durante el verano que desaparece en invierno al disminuir la temperatura del agua en superficie (figuras a y b). En los lagos profundos también se puede formar termoclina.

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