Ciencias de la Tierra y Medioambientales

El planeta Tierra

6 - La Hidrosfera

La hidrosfera en la capa terrestre formada por agua en sus tres estados
- Líquida . Océanos, aguas suberráneas, ríos lagos
-
Sólida . Glaciares , hielo marino, nieve
-
Gaseosa disuelta en la atmósfera

En otras definiciones no se considera la capa sólida (criosfera) o la gaseosa que forma parte de la atmósfera.
A veces se considera sólo los océanos como hidrosfera.

Las moléculas de agua tienen propidades especiales debido a la estructura de su molécula. Las más destacables desde el punto de vista geológico u ambiental son:
- Alto calor específico 1 cal/g
- Elevado calor latente de fusión y vaporización
- Máxima densida a 4ºC
- Disolvente de sustancias polares e iónicas

- Origen
- Características
- Ciclo hidrológico
- Dinámica de las agua oceánicas
- Dinámica de las aguas continentales
- Dinámica de las aguas subterráneas

- Dinámica glaciar

6.1 - Origen

El agua que presenta la Tierra se supone procedente de las rocas que formaron el planeta que fue surgiendo por emanaciones volcánicas.
Puede que también por impactos de cometas durante las últimas fases de su formación.

En cualquier caso parece que surgió en las etapas de la vida de la Tierra

La cantidad de agua del planeta parece no haber cambiado de manaera importante desde su origen


6.2 - Características del agua en la Tierra

El agua en la Tierra está contenida en depósitos muy diferentes en localización, volumen y tiempo de permanencia.

  • Océanos
  • Glaciares. Agua en estado sólido
    • Glaciarea continentales
    • Hielo marino congelado (no más de 5 metros de espesor en los polos
  • Subterránea
  • Lagos
  • Ríos
  • Atmósfera
Localización
Volumen (km3)
%
Océanos

1 313 600 000

97.2

Casquetes polares y glaciares
29 000 000
2.15
Aguas subterráneas:
Humedad del suelo
65 000
0.005
Agua a 0.5 km de profundidad
3 660 000
0.31
Agua profundas
(mayor de 0.5 km)
3 360 000
0.31
Aguas superficiales:
Lagos de agua dulce

125 000

0.009
Lagos salados. mares interiores
104 000
0.008
Ríos y torrentes
1 250

0.0001

Atmósfera

15 000
0.001
Seres vivos
600
0.00005
 
 
Total
1 350 230 250
 
Salinidad

Los océanos tienen una considerable cantidad de iones disueltos. La composición es semejante en todos ellos pero la cantida varía según la evaporación que se produzca en ellos Variable del 34%º zonas muy lluviosas y mares cerrados húmedos a 35,5%º mares cerrados secos

Las aguas continentales tienen menos sales y van acumulando durante su recorrido. Desde muy puras a salinas en lagos con intensa evaporación
Las sales presenetes son variables CO3= y CO3H-, SO4= y Cl- de Na+ K+ Ca++ Mg++

Las aguas subterráneas son también muy variabeles en las sales que llevan.

Los glaciares son muy pobres en sales.

El agua de lluvia es agua destilada que puede tomar partículas y gases.

    Compuesto
    Na Cl
    230
    Mg Cl
    50
    Na2 SO4
    40
    Ca Cl2
    10
    K Cl
    7


    Composición : Agua con solutos 3,5 %

Acidez

Las aguas continentales y oceánicas son generalmente neutras o algo ácidas pH aproximadamente 6 aunque varía según el terreno.

Temperatura

Océanos de 30ª a -2º . Consolida en los polos en invierno

Los glaciares pueden estar a decenas de grados bajo cero

Aguas subterráneas y fondos oceánicos en dorsales pueden estar a más de 100ºC hasta variios cientos

Densidad

La densidad del agua pura es de 1 g /cm3. Varía con la cantidad de solutos y la temperatura

En los océanos actuales existe una estratificación por densidades debidas a la tempertura. Superficial caliente. Fría profunda.
Lo mismo ocurre en los lagos en verano.

Existe mezcla de aguas en otoño e invierno en lagos y en zonas polares en océanos


6.3 - Ciclo hidrológico

El agua en la Tierra es muy móvil y variable en estado físico y localización el la superficie   

 


6.4 - Dinámica de las aguas oceánicas

Las aguas oceánicas son móviles debido a multitud de factores

    • Empuje del viento
    • Diferencia de densidad debidas a temperatura y salinidad
    • Atracción lunar y solar
    • Terremotos
    • Deslizamientos de laderas y los impactos de cuerpos estraterrestres

 

Corrientes superficiales

Corrientes de agua marina de muchos kilómetros de anchura y unas decenas de metros de profundidad
Movidas por el viento. A veces son intensas y pueden moverse a velocidades de m/s
Son importantes intercambiadoras de calor a nivel planetario
Tienen una influencia muy importante en climas actuales y pasados

Las corrientes superficiales circulan, en general, de este a oeste en zonas ecuatoriales
Giran hacia los polos al ser interrumpidas por los continentes situados en el ecuador
Viajan hacia el este en latitudes medias.

 

Corrientes oceánicas profundas

Son corrientes oceánicas generalmente lentas pero que mueven grandes masas de agua
Son responsables de las bajas temperaturas de todos los océnos y de su contenido en oxígeno en zonas profundas.

El proceso funciona del siguiente modo:

- El agua fría y densa de hunde en las zonas polares al aumnetar su densidad por enfriamiento.
- El agua fría viaja de polos al ecuador por los fondos de los océanos
- El ritmo es generalmente lento. Pueden acelerarse en taludes continentales
- Se produce un afloramiento muy lento en determinadas zonas

 

Mareas

Subidas y bajadas periódicas del nivel del mar que se producen cada 6 horas y unos minutos.

Cuando el nivel del mar asciende hay marea alta o pleamar .
Cuando desciende hay marea baja o bajamar.

Son mayores en grandes océanos y en determinadas zonas costeras
Las subidas y bajadas pueden suponer varios metros

Son debidas a la atracción que ejercen sobre la masa de agua de los océanos la Luna y, en menor medida, el Sol

La intensidad no es siempre la misma en el mismo lugar.
Depende de la alineación o no de la luna u el sol y de la distancia a la Tierra de estos astros
Cuando amplitud entre la pleamar y bajamar es máxima, las mareas son vivas, cuando es menor, de mareas muertas.

Hay marea viva cuando el Sol, la Tierra y la Luna están alineados. La Luna estará en fases de Luna Nueva y Luna Llena.
Las mareas son muertas cuando el Sol, la Tierra y la Luna están situados en ángulo recto. La Luna estará en fases de cuarto menguante y cuarto creciente.

 

El ascenso y descenso del nivel del mar da lugar, sobre todo en mares abiertos y océanos, a corrientes de agua llamados corrientes de marea.
Las mareas amplían el área afectada por la erosión del oleaje así como las áreas de sedimentación marina (playas, marismas, etc)

Mapa de mareas en la Tierra

Olas

Son ondulación en la superficie del agua producida habitualmente por el viento .

Las olas transportan energía desde la zona donde se origina hasta la costa, no transfiere masa, con lo cual una partícula situada en una ola describe un movimiento circular pero no se desplaza.
Este movimiento circular disminuye progresivamente en la vertical de modo que en aguas más profundas no se aprecia el oleaje.

Cuando la ola se acerca a la costa, su movimiento ondulatorio se ve frenado por el fondo, se deforma, disminuye la longitud de onda, aumenta la amplitud de la ola, la cresta se hace inestable y rompe en la costa con acción erosiva y de transporte.

Por tanto, el oleaje estacionario pasa a ser de desplazamiento, con avance del agua hacia la costa (flujo) y posterior retorno (reflujo).

Las olas son más importantes en mayores masas de agua y en zonas con más viento.

Las grandes borrascas y ciclones pueden generar olas de varios metros de altura que se desplazan lejos de la zona donde se produjeron: A estas grandes olas que aparecen en zonas sin viento de les denomina Mar de fondo

Los impactos de las olas con la costa son los principales agentes erosivos de estas zonas.

El flujo y reflujo crea una corriente litoral

 


Mapa de intensidad y dirección de las olas

Olas sísmicas

Son olas producidas a causa de movimientos sísmicos.

Tiene longitudes de onda muy amplias 100-200 Km.
Son muy veloces. Viajan de 500 - 800 Km/h en mar abierto.
La altura es escasa en mar abierto (0.3-0.6 m) pero crecen al llegar a la costa 15-30m

Son importantes sobre todo en el pacífico por sus gran cantidad de terremotos costeros y submarinos pero no están exentos de estas olas ningún océano, ni siquiera grandes lagos.


Mapa de la propagación del tsunami ocurrido en Sumatra en el diciembre de 2004

 

Mapa del tiempo que tarda en llegar un tsunami originado en la costa chilena hasta las costas asiáticas

Los daños en las costas pueden ser muy importantes

Olas prodicidas por deslizamientos

Pueden ser mayores aún que las producidas por terremotos
Son producidas por deslizamientos de laderas.
Los mayores de ellos se producen en islas volcánicas inestables. Pero también son producidos por deslizamientos de ladera menores.

En casos extremos las olas podrían alcanzar cientos de metros. Se han identificado restos de arrecifes marions a 600 m de altura en deslizaminetos de algunas islas volcánicas y también en algunos lagos.

Son muy infrecuentes. Las importantes se producen cada varios miles de años.

Una posible zona de riesgo es la isla canaria de La palma

Olas producidas por impactos de cuerpos extraterrestre

Los impactos de meteoritos también pueden causar olas
Al igual que las producidas por deslizamientos las importantes son muy infrecuentes pero pueden ser inmensas


6.5 - Dinámica de las aguas continentales

Son las aguas que se encuentran en la superficie terrestre.
Su circulación está relacionada con las precipitaciones atmosféricas, las aguas subterráneas, la nieve y los glaciares

Dentro de las aguas superficiales podemos distinguir:

Aguas de escorrentía o aguas salvajes

Son las aguas que fluyen por la superficie sin cauce fijo. El agua procede de la lluvia o del deshielo y erosionan el terreno por el que descienden. Su acción depende, de la cantidad de agua, de la pendiente, de la naturaleza de la roca y de la presencia o no de vegetación.

Torrentes

Son corrientes de agua de cauce fijo pero corto y de fuerte pendiente porque se encuentran en zonas montañosas. El agua proviene de las lluvias o del deshielo.

Ríos

Son cursos de agua de cauce fijo y caudal más o menos regular dependiendo del clima de la zona. En climas áridos, a los cauces fijos, de fondo plano y márgenes verticales, con caudal esporádico pero torrencial, se denominan ramblas, guadi o uadi. El cauce de un río presenta tres tramos: alto, medio y bajo en los que predominan respectivamente la erosión, el transporte y la sedimentación

Curso alto
Curso medio
Curso bajo
Desembocaduras

Lagos

Son masas de agua de profundidad y extensión diversa según su origen. El agua puede ser salada o dulce. Su origen puede ser diverso

Lagos karsticos
Lagos fluviales
Lagos volcánicos 
Lagos glaciares
Lagos tectónicos
Lagos costeros

Lagos de impacto

Humedales

Son extensiones de terreno cubiertas por aguas poco profundas.

Humedales en permafrost

 

Acción Geológica

Las aguas continentales ejercen una intensa labor de erosión, transporte y sedimentación modelando el relieve de los continentes.
La energía para el proceso la obtienen de la energía potencial gravitatoria
La energía de una masa de agua para realizar erosión y transporte depende del caudal y la velocidad del agua y la viscosidad

La erosión la realizan por el arrastre de partículas sueltas o por la abrasión de partículas que lleva el agua
es más importante en:
- Rocas blandas o materiales sueltos,
- Grandes volúmenes de agua
- Pendientes importantes
- Escasez de vegetación

El transporte de materiales es importante al tener el agua una densidad de 1g/cm3, muy superior al aire
Es importante en grandes volúmenes de agua y a grandes velocidades
Se puede realizar por arrastre de fondo, saltación o en suspensión

La sedimentación se produce cuando la capoacidad del agua para transportar meteriales no es suficiente para los que lleva
Se produce cuando la velocidad deal agua disminuye
Se sedimentan partículas por tamaños

Cuencas hidrológicas

Las aguas continentales suelen formar cuencas hidrográficas en las que los ríos confluyen creando habitualmente corrientes de caudal cada vez mayores

Es importante el régimen de alimentación de las corrientes de agua superficiales
Todas tienen cambios importantes de caudal y velocidad de agua pero existen extremos
- Zonas de flujo constante. Alimentación por lluvias constantes o aguas subterráneas
-
Zonas torrenciales periódicas. Lluvias periódicas, deshielos
-
Torrenciales esporádicas. Lluvias excepcionales, deshielos volcánicos

6.6 - Dinámica de las aguas subterráneas

Circulan en el interior de la tierra
Las velocidades suelen ser más bajas

Dependen de la porosidad de las rocas
Circulan por rofas fisuradas o formadas por materiales que dejan poros (sedimentarias)
la velocidad máxima de flujo en un material depende de los espacios que deje. En sedimentos muy finos (arcillas) el flujo puede ser nulo a pesar de estar empapadas en agua

La zona del terreno empapada en agua se conoce como acuífero
Las zonas por las que no circula en agua subterránea reciben el nombre de acucluido
El nivel que alcanza en superficie nivel freático
Los acuíferos pueden contener volúmenes muy grandes de agua
El nivel freático puede cambiar si el acuífero pierde agua (baja) o se recarga, sube el nivel freático

Realizan recorridos ...
Se alimentan o recargan a partir de precipitaciones, aguas superficiales o glaciares
El agua vuelve a aguas
superficiales (surgencias o manantiales) o vuelve al mar
En ocasiones puede quedar almacenada largos periodos de tiempo
En áreas volcánicas pueden alcanzar grandes temperaturas

Esquema general de circulación de aguas subterráneas y algunos problemas de contaminación o salinización

6.7 - Dinámica glaciar

Los glaciares son grandes masas de hielo que se encuentran sobre la superficie terrestre.

Se localizan en regiones donde las precipitaciones sólidas son superiores a las pérdidas por fusión y sublimación. En estas circunstancias la nieve se acumula y forma la neviza, que se va compactando al expulsar el aire, formándose el hielo.
Este hielo es capaz de fluir lentamente de zonas altas a zonas bajas, por acción de la gravedad.

El hielo en los glaciares es plástico en la parte inferior y rígido en la superficie, por lo que es capaz de desplazarse, pero en su movimiento se fragmenta formando bloques, los seracs y grietas o crevasses . La velocidad de avance del glaciar es pequeña, del orden de metros por año.

Los glaciares se encuentran en de latitudes altas (polos) y altitudes de miles de metros en el nivel de nieves perpetuas.

Hay diferentes tipos de glaciares:

Alpinos, de montaña o de circo
Se forman en zonas montañosas.
Tienen una depresión central, el circo glaciar , una elevación o umbral, y una zona por la que el hielo se desborda y desplaza, la lengua glaciar .
Cuando el hielo de la lengua glaciar se funde, quedan los depósitos de la carga que transportaba el glaciar, las morrenas . Dependiendo de donde se sitúe la morrena se distinguen: morrena de fondo, lateral, central y frontal.
Cuando se retira el hielo el valle que deja el glaciar tiene un típico perfil en U y normalmente sobre él se situará un valle fluvial. Además, aparecen lagunas o lagos en el circo glaciar.
Cuando confluyen varios circos, la erosión del hielo de sus lenguas, dejan picos montañosos en forma piramidal llamados horn.
De meseta o escandinavos
Son glaciares continentales frecuentemente clasificados como un subtipo de los de casquete, pero con dimensiones menores a 50.000 km 2 .
Tienen forma cupuliforme por encontrarse condicionados a las mesetas sobre las que se desarrollan. El desplazamiento del hielo es centrífugo. En los bordes del glaciar se forman lenguas que quedan confinadas en valles. accidentadas

De casquete o inlandsis

Ocupan las regiones polares y circumpolares. Tienen un espesor de 2.000 a 3.000 m. El movimiento del hielo es radial desde zonas de acumulación del hielo en la parte central a zonas de ablación o de fusión del hielo, en las áreas más externas. Como formas de erosión aparecen depresiones o cubetas que al retirarse el hielo forman lagos, como ocurre en Finlandia y Suecia. Como formas de depósito aparecen: morrenas de fondo muy extensas; till y una morrena frontal de miles de kilómetros.

Acción geológica

Los glaciares ejercen o han ejercido acciones geológicas muy importantes

Erosionan por arrastre de materiales rocosos al congelarse el agua o por la abrasión de las partículas que arrastra el hielo. Esta abrasión unida a la presión que ejerce la gran masa de hielo arrasa el terreno.Según se desplaza el hielo del glaciar, erosiona las rocas por las que fluye, dejando en ellas estrías de erosión.

Transportan materiales de todos los tamaños sin clasificar debido a su gran masa.

Estos materiales no seleccionados, cuando dejan de ser transportados, forman depósitos de sedimentos como los till , que es una mezcla heterogénea de rocas de distinto tamaño, desde la arcilla a cantos; las morrenas que son acumulaciones de rocas que forman franjas deposicionales; y las varvas que son bandas anuales con alternancia de colores claros y oscuros que se corresponden con depósitos de materiales finos en los lagos glaciares.

Estudios actuales indican que en épocas glaciares la erosión general del planeta aumenta.
Se supone que esto es debido a la propia acción de los glaciares, que son agentes geológicos muy importantes y a la mayor exposición de los continentes a la acción de las aguas continentales al bajar el nivel del mar.

Glaciaciones

Los glaciares no han tenido siempre la misma importancia en la Tierra

Los periodos en que los glaciares abundan y se extienden se conocen como periodos glaciares o glaciaciones y los periodos en los que retroceden o desaparecen periodos interglaciares

Las glaciaciones provocan la extensión de los glaciares y de los fenómenos erosivos y sedimentarios causados por ellos. Producen procesos geológicos a escalas muy diversas desde locales como la instalación de un glaciar en un valle hasta continentales con casquetes polares de miles de metros de espesor y miles de Km de extensión.

En la historia de la Tierra ha habido varios periodos glaciares en los que los hielos se han expandido desde zonas próximas a los polos y altas cordilleras a latitudes y altitudes considerablemente menores. Las glaciaciones han tenido diferente duración e intensidad y en ocasiones se han producido periodos glaciares intensos e interglaciares más atenuados periódicos como los ocurridos durante los últimos 3 millones de años en los que se han sucedido glaciaciones con una periodicidad de unos 80.000 a 100.000 años.

Existen registrados cinco grandes periodos glaciares:

  • El actual, Pleistoceno-Cuaternario
    Se inició hace 3 millones de años y en el que aun nos encontramos (aunque en un periodo interglaciar)
  • El Carbonífero-Pérmico de hace unos 250 a 350 millones de años
  • El Ordovícico-Silúrico de 420 a 450 millones de años
  • Dos Precámbricos ocurridos uno hace entre 580 y 750 y otro sobre los 2.300 millones de años.

El periodo en que los glaciares tuvieron su máxima extensión fue la última glaciación precámbrica en la que existen pruebas de varias congelaciones totales de la superficie del planeta. El resto de los periodos glaciares no alcanzaron nunca la congelación de continentes y océanos tropicales.

Los factores que desencadenan una glaciación son de varios tipos y de orígenes diferentes.
Favorecen las glaciaciones:

  • Determinadas disposiciones de las masas continentales como son aquellas que::
    • Interrumpen la circulación oceánica ecuatorial
    • Sitúan grandes masas continentales en los polos aumentando el albedo y la acumulación de nieve.
    • Las que crean supercontinentes dado que la mayor estacionalidad que provocan propicia la acumulación de nieve continental.
  • Los periodos orogénicos
    • Al elevar cordilleras, que acumulan nieve
    • Desarrollar el vulcanismo con inyección de polvo a la atmósfera que aumenta el albedo terrestre.
  • El secuestro de CO2 de origen biológico o geológico disminuye el efecto invernadero enfriando el planeta. La producción de este gas en periodos de intensa actividad de las dorsales oceánicas tiene el efecto contrario: el calentamiento del planeta.

Efectos a menor escala temporal tienen:

  • La órbita terrestre que cambia periódicamente su excentricidad e inclinación del eje. Estos cambios orbitales parecen ser los responsables de los ciclos menores, 50.000 a 100.000 dentro de una glaciación general que puede durar muchos millones de años.
  • Por último cabe la posibilidad de que la cantidad de radiación emitida por el sol tenga variaciones o de que parte de ella sea interceptada por nubes de polvo que atraviese el sol en su recorrido galáctico.

Las glaciaciones provocan fenómenos geológicos importantes que afectan a grandes áreas del planeta como son el descenso del nivel del mar a escala global con la consiguiente desaparición de las plataformas continentales, la abrasión general de grandes regiones continentales por el desplazamiento de los casquetes polares, la excavación en zonas montañosas de valles en U, el hundimiento de grandes masas continentales por el peso de la masa de hielo acumulada, el enfriamiento del océano profundo en todo el planeta, la acumulación de depósitos morrénicos (tillitas) y la extensión de procesos periglaciares como la solifluxión, gelifracción y los depósitos de loess.

 

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