06/02/2015

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La HidrosferaLa Hidrosfera

Ciencias Naturales

1º de E.S.O.

Francisco J. Barba Regidor

Curso: 2008-09

LA TIERRA DESDE EL ESPACIO

Mirando la fotografía de

nuestro planeta,

• ¿dónde podemos

encontrar agua en él?;

• ¿en qué se diferencian el

agua de los océanos del

agua de los ríos y los lagos?;

• ¿qué es el “ciclo del

agua”?, ¿podrías

describirlo?;

• ¿por qué es importante no

despilfarrar agua?;

• ¿conoces alguna manera

de ahorrar agua?

Cuando la Tierra se empezó a formar, hace unos

4600 millones de años, las altas temperaturas

hacían que toda el agua estuviera en forma de

vapor.

Al enfriarse por debajo del punto de ebullición del

agua, gigantescas precipitaciones llenaron de agua

las partes más bajas de la superficie formando los

océanos.

Se calcula que unas decenas o cientos de millones

de años después de su formación ya existirían los

primeros océanos.

El origen del agua en la Tierra

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¿El único planeta con agua?Hemos visto en un tema anterior, que todos los planetas del Sistema

Solar tuvieron un origen similar al de la Tierra y, por tanto, también en

ellos se debería haber formado agua. Pero no ha sido así en todos los

casos.

Si Mercurio y Venus carecen de agua, por su proximidad al Sol y por tanto

estar a elevadas temperaturas, el agua no ha tenido posibilidad de

condensarse para precipitar y formar océanos. Marte, en la actualidad,

no tiene agua «visible», pero sí formaciones geológicas semejantes a las

producidas por el agua en la Tierra: valles y otras evidencias de erosión

semejante a la fluvial; incluso es probable que haya una cierta cantidad

de agua en forma de hielo en sus casquetes polares.

El resto de planetas, los gigantes gaseosos Júpiter, Saturno, Urano...,

podrían tener vapor de agua mezclado con los otros gases. Uno de los

astros con más probabilidades de albergar agua es Europa, satélite de

Júpiter, cuya superficie parece la parte superior helada de un gran

océano.

DISTRIBUCIÓN DEL AGUA (1)Casi la totalidad del agua se encuentra en los mares y océanos en forma de agua salada. De las aguas dulces la mayor parte está en forma de hielo y en aguas subterráneas. El agua situada sobre los continentes y la que está en la atmósfera son las cantidades proporcionalmente menores, aunque su importancia biológica es grande.

Distribución del agua:

Agua líquida oceánica 1322·106 km3 97 %

Agua dulce1 225.000 km3 3 %

Agua sólida oceánica 26·106 km3

En la atmósfera 12.000 km3

Aguas subterráneas2 2 a 8 ·106 km3

1. En “Agua dulce” se incluyen el mar Caspio, el Aral y el mar Muerto, además de lagos, ríos, etc.

2. Se da una de las muchas estimaciones que se suelen hacer para estas aguas, porque calcular su cantidad es muy difícil.

DISTRIBUCIÓN DEL AGUA (2)

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LAS PROPIEDADES DEL AGUA (1)

1. Es incolora. Si bien, tiene un cierto color azul cuando se concentra en

grandes masas (mares y océanos) debido a la dispersión de la luz que lo

atraviesa.

2. Es inodora e insípida. No obstante, puede adquirir el olor y el sabor de

las substancias disueltas.

3. A la presión atmosférica (760 mm de mercurio), el punto de fusión del

agua pura es de 0ºC y el punto de ebullición es de 100ºC. Al congelarse,

forma nieve o hielo según se presente de forma esponjosa o compacta.

4. Se expande al congelarse, es decir aumenta de volumen, de ahí que la

densidad del hielo sea menor que la del agua y por ello el hielo flota en

el agua líquida. El agua alcanza su densidad máxima a una temperatura

de 4ºC, que es de 1g/cc.

El agua es una sustancia líquida que tiene propiedades únicas que le

permiten jugar un papel importante en los procesos que ocurren en

el planeta y ser esencial para los seres vivos. Algunas de sus

propiedades son las siguientes:

La anómala dilatación del agua

Una de las propiedades físicas más curiosas e importantes del agua es su dilatación

anómala. Si bien cuando calentamos un cuerpo se dilata y, cuando lo enfriamos, se

contrae, con el agua esto no sucede así. Cuando el agua se congela, se dilata. Es

decir, aumenta de volumen: una masa de hielo tiene mayor volumen que la misma

masa de agua.

La densidad del agua varía con la temperatura, de forma que la densidad máxima

(1 g/cm3) corresponde al agua líquida a una temperatura de 3,98 ºC. El hielo es

menos denso. También es menos densa el agua más caliente.

Esta dilatación anómala del agua es muy importante en los ecosistemas acuáticos.

En un lago de montaña, por ejemplo, al llegar el invierno, el agua se congela. Pero

como el hielo flota, solamente se congela una delgada capa de agua, que queda en

la superficie. El agua por debajo está muy fría, pero el hielo la aísla de las bajas

temperaturas del exterior y, así, no llega a congelarse.

Gracias a esto, las plantas y los animales acuáticos pueden sobrevivir en invierno.

En la hidrosfera, normalmente, siempre hay agua líquida bajo el hielo.

¿Por qué el hielo flota

sobre el agua?

El agua sólida, es

decir, el hielo, flota

sobre el agua líquida.

Esta es una propiedad

muy extraña en la

naturaleza, pero que

es crucial en un

planeta cubierto de

agua como el nuestro.

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La congelación del agua y su importancia para la biosfera

A la izquierda, densidad del agua frente a la temperatura; a la derecha, el hielo flota sobre el agua y actúa a modo de aislante, permitiendo la vida acuática en las lagunas

cuya superficie permanece congelada.

Imágenes, modificadas, tomadas de http://www.ehu.es/biomoleculas/agua/agua.htm

LAS PROPIEDADES DEL AGUA (2)5. Posee un gran poder de disolución. Esto le

permite disolver una gran cantidad de

sustancias, entre otras, gran cantidad de los

componentes de las rocas –sales minerales-,

gases –oxígeno y dióxido de carbono-. Cuando

se evapora las sustancias disueltas precipitan y

permite formar gran cantidad de depósitos de

minerales.

6. Su comportamiento calorífico le permite que

una masa de agua pueda absorber o

desprender grandes cantidades de calor sin

experimentar apenas cambios de temperatura,

lo que tiene gran influencia en el clima de la

Tierra, absorbiendo calor en verano y

emitiéndolo en invierno (las grandes masas de

agua de los océanos tardan más tiempo en

calentarse y enfriarse que el suelo terrestre).Imagen tomada y adaptada

de www.kalipedia.com

LAS PROPIEDADES DEL AGUA (3)7.Cohesión y adhesión. El agua

es atraída por agua

(cohesión), de modo que se

pega a sí misma y puede de

ese modo atravesar los vasos

de las plantas y transportar el

alimento a las hojas. El agua

transporta sustancias a través

del cuerpo de los seres vivos.

Además, las moléculas de

agua también son atraídas por

otros materiales: adhesión;

de este modo el agua

humedece la superficie de las

rocas y de los suelos.

Adhesión de la

tela de araña al

agua.

La cohesión de las moléculas de

agua.

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El ciclo del agua:

¿Cómo se mueve el agua

en la Tierra?

El agua está presente en

el conjunto de los

diferentes ambientes

naturales de la Tierra. El

ciclo del agua representa

los caminos de agua de

agua a través de ellos.

Así, se compone de los

siguientes procesos:

• Evaporación,

• Evapotranspiración

(ETP),

• Condensación,

• Precipitación,

• Escorrentía

superficial,

• Infiltración,

• Escorrentía

subterránea.Fuente: http://www.jmarcano.com/educa/curso/agua.html

Ciclo del agua: definiciones

1. La evaporación. El agua cambia de líquido a gas (vapor de agua).

El agua pasa desde la hidrosfera a la atmósfera.

2. La transpiración. El vapor de agua se incorpora a la atmósfera

desde las hojas de las plantas.

3. La evapotranspiración. Es la combinación de evaporación y la

transpiración.

4. La condensación. Es la transformación del vapor de agua de las

nubes en gotas de agua que caen a la superficie como

precipitación o como rocío.

5. Precipitación. El agua en las nubes cae al suelo en forma de

lluvia, nieve o granizo.

6. La escorrentía superficial. Las aguas superficiales se mueven a

favor de la pendiente a través de ríos y arroyos.

7. Infiltración. Las aguas superficiales se filtran en el subsuelo. Esto

ocurre más fácilmente si el suelo es poroso.

1. Evaporación.

2. Movimiento de las nubes.

3. Escorrentía superficial.

4. Rocas de la superficie.

5. Evapotranspiración.

6. Evaporación.

7. Vapor de agua.

8. Infiltración.

9. Precipitación.

10. Condensación para la

formación de nubes.

11. Precipitación de nieve.

12. Agua subterránea.

Etiquetar esta foto usando los siguientes conceptos (es posible que dos o más conceptos pueden ser utilizados):

EL CICLO DEL AGUA

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EL AGUA EN LOS OCÉANOSEl agua de los océanos tiene las siguientes propiedades:

1. Es salada. Contiene alrededor de 35 gr. de substancias

disueltas por litro. Estas sales proceden de la

disolución de las rocas de los continentes a lo largo de

la historia.

2. Contiene gases disueltos, principalmente nitrógeno,

oxígeno y dióxido de carbono. Estos gases se

disuelven en el agua por dos procesos:

Substancias disueltas g/l

Cloruro de sodio 23

Cloruro de magnesio 5

Sulfato de sodio 4

Cloruro cálcico 1

Otros 2

TOTAL 35

- El movimiento de las olas, que mezcla agua y

aire.

- La actividad de los seres vivos acuáticos. El

oxígeno es producido por la fotosíntesis de las

plantas acuáticas; los seres vivos expulsan dióxido

de carbono.

3. La temperatura del agua del mar varía con la profundidad: es mayor en superficie y menor en

profundidad (de 4 a -2ºC).Imagen tomada de:

http://ar.kalipedia.com/fisica-quimica/

EL MOVIMIENTO DEL AGUA EN EL MAR (1)

Las aguas de los mares y

océanos se mueven de tres

maneras:

1. Oleaje.

Es el resultado del arrastre del

viento sobre las aguas

superficiales de los océanos.

Permite mezclar el aire con el agua

del mar, disolviendo una gran

cantidad de oxígeno en esta zona.

Además, las olas originan erosión

en las costas (acantilados) y

forman playas donde depositan las

arenas y demás sedimentos que

transportan.

(1) El viento fricciona con

la superficie del agua

y provoca micro-olas .

(2) El viento que continua

soplando en la misma

dirección hace mas

altas las olas lo que a

la vez hace que

tengan más superficie

para que el viento las

siga haciendo crecer.

(3) Las olas seguirán

creciendo mientras se

mantenga el viento en

la misma dirección.

FORMACIÓN DE LAS OLAS

Tomado de: http://www.sitiosolar.com/energia%20de%20las%20olas.htm#queesunaola

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2. Corrientes oceánicas.

Tomado de: http://www.sciencehelpdesk.com/img/science1_4/OceanCurrents2.gif

Son masas

de agua que

se mueven

como

grandes ríos

a través del

mar.

Son

producidas

por el

viento, por

diferencias

de

temperatura

y por

diferencias

de salinidad.

EL MOVIMIENTO DEL AGUA EN EL MAR (2)

Son los

movimientos

periódicos de

ascenso y

descenso del

nivel del mar.

Se producen

por la

atracción gravitacionalde la Luna y

del Sol.

EL MOVIMIENTO DEL AGUA EN EL MAR (3)3. Mareas

Tomado de: http://home.hiwaay.net/~krcool/Astro/moon/moontides/TideAni.gif

NOTA:

Tide Type: tipo de marea

Spring tide: marea viva.

Neap tide: marea muerta.

Full Moon: Luna Llena.

New Moon: Luna Nueva.

1st Quarter: Cuarto Creciente.

3rd Quarter: Cuarto Menguante.

MareasNiveles de marea en la

rocas de la Bahía

Fundy, Canada.

Figuras de: http://www.gma.org

NOTAS:

High tide: Marea alta.

Low Tide: Marea baja.

Tidal range: Rango u oscilación mareal.

Flood current: flujo o corriente entrante.

Ebb current: reflujo o corriente saliente.

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La importancia de los océanos

• Son los principales depósitos de agua en la Tierra.

• Constituyen el hábitat de muchas especies.

• Moderan el clima: la superficie de los continentes se calienta rápida e intensamente bajo la radiación solar; mientras tanto, la superficie de los océanos lo hace lenta y moderadamente.

• Mares y océanos son útiles para el transporte y el entretenimiento, para obtener recursos naturales (alimentos, sal común, agua fresca tras desalinización), y, por desgracia, como vertedero de basura.

Los océanos tienen un papel importante en nuestro

planeta:

EL AGUA EN LOS CONTINENTES

Menos del 3% del

agua de la Tierra es

agua dulce, y la

mayor parte de ella

se encuentra como

hielo o como agua

líquida sobre los

continentes, y sólo

una pequeñísima

parte se encuentra

como vapor de

agua en la

atmósfera. Tomado de:

http://www.kalipedia.com/kalipediamedia/cienciasnaturales/media/200704/17/

tierrayuniverso/20070417klpcnatun_99.Ees.SCO.png

El agua dulce se encuentra en:Arroyos o torrentes. Son corrientes de

agua alimentadas por la lluvia. El flujo

de agua varía mucho de una temporada

a otra.

Humedales. Son zonas de marismas y

pantanos, donde el suelo se inunda todo

el año.

Glaciares. Se forman a partir de la

acumulación de nieve en las cimas de las

montañas.

Ríos. Son cursos de agua permanentes.

El agua subterránea. Es el agua se

encuentra por debajo de la superficie

del suelo.

Lagos. Son masas de agua de diferentes

tamaños contenidos en un cuerpo de

tierra.

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Aguas subterráneas (1)

Tomado de: http://pgef.gob.ve/index.php/programas/aguas/606-aguas

Es el agua superficial

una vez que se infiltra

por entre los poros y

grietas de la tierra.

Este agua se mueve

lentamente debido a

la gravedad hasta que

aparezca una roca

impermeable que

detiene el flujo

descendente de agua.

La zona subterránea

con poros y grietas

llenos de agua forman

el acuífero.

Una parte de esta

agua puede aparecer

de nuevo en la

superficie; se trata de

dos tipos diferentes:

Aguas subterráneas (2)

Picture from: http://www.aegweb.org/images/AOP/Hydro/aquifersandwells.gif

ACUÍFEROS Y POZOS:ACUÍFEROS Y POZOS:Artesian well: : pozo artesiano. Flowing artesian well: pozo surgente. Confining layer (impermeable): nivel confinante (impermeable). Piezometricsurface (in confined aquifer): Superficie piezométrica. Confined aquifer: acuífero confinado. Unconfined aquifer: acuífero no confinado. Water table well(in unconfined aquifer): Acuífero libre. Top of the confined aquifer: Techo del acuífero confinado.

Aguas subterráneas (3)1. Natural.

Cuando la

topografía (el

relieve) corta un

acuífero, se

forma una

fuente. Desde

aquí, puede

nacer un río o

alimentar a un

lago.

2. Artificial.Cuando aparece

agua en la

superficie del

suelo por medio

de pozos.Imágenes de: 1.

http://www.pasqualinonet.com.ar/Fuente_natural_de_agua_500.jpg;

2. http://z.about.com/d/usforeignpolicy/1/0/j/0/-/-/djTestingtheWell.JPG

1

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El sistema de las aguas superficiales y subterráneas

Imagen tomada de (véase al pie de la misma la fuente original):

http://hidrico.webnode.es/products/el-ciclo-hidrologico/

Uso del agua

http://platea.pntic.mec.es/iali/personal/agua/agua/usosdel.htm

Si bien el uso del agua

varía de unos países a

otros, en nuestro país,

donde es un bien escaso y

estamos obligados a

utilizarla racionalmente, la

mayor parte del agua

consumida se dedica a la

agricultura, cerca de un

79%, para regar unas

3.500.000 Ha. El resto, un

21%, lo usamos en

nuestras industrias y en

nuestros hogares.

Las reservas de agua para consumo humanos se limitan a las aguas superficiales y subterráneas. Su extracción implica tomar el agua de una de estas fuentes y transportarla al lugar de uso.

Potabilización del agua (1)

Tomado de:

http://pe.kalipedia.com/graficos/tratamiento-potabilizacion-

agua.html?x=20070418klpcnaecl_90.Ees

Potabilizar el agua supone hacerla

apta para el consumo humano. Para

ello se hace necesario someterla a

una serie de procesos que la

limpien de cualquier material

insalubre (eliminación de

microorganismos, substancias

tóxicas) y que no tenga ni olor ni

color.

1. Filtración. Consiste en hacer

pasar el agua a través de filtros

para eliminar las partículas

sólidas.

2. Sedimentación. Dejando

reposar el agua para que se

separen las fracciones más finas.

3. Desinfección. Suele añadirse

cloro para eliminar los micro-

organismos.

4. Almacenamiento. El agua se

almacena en grandes tanques

para su distribución.

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Potabilización del agua (2)

Imagen procedente de:

http://www.monografias.com/tr

abajos55/contaminacion-de-

agua/

Abastecimiento y saneamiento

http://www.consorcioaa.com/cmscaa/export/sites/default/imgs/ciclo_uso.jpg

En el uso del agua hay que separar dos grandes etapas:

abastecimiento y saneamiento. El primero corresponde a ese

conjunto de procesos que hace llegar el agua desde el lugar de

captación hasta el lugar de consumo; el segundo, a ese otro

conjunto de procesos que devuelve el agua residual (junto con el

agua de lluvia no aprovechada) a los medios de recepción.

¿Cómo podemos ahorrar agua?

Dado que el agua es un recurso escaso, es necesario reducir su consumo doméstico, agrícola

e industrial.

• En los usos domésticos: tomar

una ducha, no un baño; apagar

los grifos al cepillarse los dientes

o enjabonado nuestro cuerpo;

cargar completamente lavavajillas

y lavadoras antes de su uso;

instalación de dispositivos de

ahorro de agua en el aseo, ...

• En los usos agrícolas: cambio de

los modelos de riego (sin surco

inundación, por el de riego por

goteo).

• En los usos industriales: mejorar

los métodos de consumo de

agua, reciclaje de agua, etc. Irrigación por goteo. Tomada desde: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Dripirrigation.gif

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La contaminación del agua: concepto

El agua, al ser usada, se

deteriora, se ensucia y

pierde calidad. Decimos que

el agua está contaminadacuando al ser usada puede

causar daño a los seres

vivos y al medio ambiente

en general y no es apta para

determinados usos.

Los productos que

contaminan el agua se

denominan contaminantesy son diferentes, en función

del uso dado al agua.

CONTAMINACIÓN AGRÍCOLALos agricultores utilizan

abonos y pesticidas para

fertilizar sus tierras,

defenderlas de las plagas

y aumentar su

producción.

El agua de riego o de

lluvia vuelve a los cauces

de los ríos y a los

acuíferos con restos de

estos productos.

Las granjas producen una

gran cantidad de

residuos orgánicos, como

los excrementos de los

animales (purines), que

contaminan las aguas a

las que se vierten.

Tomado de: http://www.monografias.com/trabajos55/contaminacion-de-

agua/co1.jpg

CONTAMINACIÓN INDUSTRIAL

Los productos químicos

industriales más

contaminantes son los que

contienen compuestos de

plomo, mercurio, cadmio y

otros metales tóxicos, así

como los vertidos de

petróleo o de aceites

usados que intencionada o

accidentalmente derraman

vehículos, industrias, etc.

Un tipo de contaminación

industrial es el calor

procedente de las plantas

refrigeradoras de centrales

energéticas.

Imágenes tomadas de:

(1)

http://pe.kalipedia.com/kalipediamedia/cie

nciasnaturales/

(2)

http://www.sideapa.gob.mx/IMAGENES/co

ntaminacion.jpg

1

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CONTAMINACIÓN DOMÉSTICALas aguas residuales

domésticas están cargadas de

residuos fecales y

detergentes. La materia

orgánica que contienen las

aguas fecales favorece el

desarrollo de las bacterias.

Estos microorganismos

consumen el oxígeno disuelto

en el agua y provocan la

desaparición del resto de los

organismos que allí habiten.

Además, algunas bacterias

son patógenas y provocan

enfermedades (cólera,

botulismo,…).

Imágenes tomadas de:

- kalipedia (1),

- bioaguachile (2),

- Wikimedia (3) y

- Jcausape (4).

1 2

3 4

CONTAMINACIÓN DEL AGUA:

EN RESUMEN

Imágenes tomadas del libro “Ciencias de la

Naturaleza 1” de la Editorial SM, ed. 2007.

http://www.consorcioaa.com/cmscaa/export/sites/default/imgs/3.1-SistemaGenerico.jpg

DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES (1)Antes del vertido de las aguas

residuales (cualquiera que haya

sido su uso), éstas deben haber

sido desprovistas de su carga

contaminante, esto es, tienen

que haber sido limpiadas, pues

la naturaleza, que tiene

capacidad de depurarlas por sí

misma (autodepuración), suele

verse impotente para llevarlo a

cabo debido a la gran cantidad

de agua contaminada que

normalmente se vierte en ríos

y mares. Para ello se

construyen plantas depuradoras (8 y 9 en la

figura).

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DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES (2)

Imagen tomada de: http://www.monografias.com/trabajos5/elagu/Image658.gif

Imagen de: http://www.construnario.com/notiweb/noticias_imagenes/17000/17942.jpg

DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES (3)

Vista en planta de una

maqueta de una

pequeña planta

depuradora de aguas

residuales.

Vistas de la maqueta de la E.D.A.R. de Venta de Baños (Palencia; izquierda) y de la

planta de Frieres (Asturias; derecha): ¿parecidas?

Imágenes tomadas de: http://centros5.pntic.mec.es/~recesvin/cursoacademico/actividades200708/depuradora/imagenes/Depuracion.gif

y de

http://www.consorcioaa.com/cmscaa/opencms/CAA/saneamiento/infraestructuras-en-

saneamiento/cuenca-minera-nalon.htm

DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES (4)

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FINAL

Sobre la depuración de las aguas residuales, para saber si

has aprendido lo suficiente, métete en la página

siguiente y haz la prueba…:

http://www.colegiosabiduria.com/Ejercicios/2b/CTMA/hidrosfera/esquema_edar.htm