Sistema Tierra: Litosfera, Hidrosfera y Atmósfera

El planeta Tierra debería llamarse “planeta agua” porque el agua es más abundante que la superficie terrestre. El agua está presente en todos los sistemas y, a través de su ciclo, cambia de estado y pasa de un sistema a otro. El agua salada representa el 97,6%, y el 2,4% restante es agua dulce. La cantidad total de agua en el planeta es constante; solo cambiará de estado y ubicación (en la atmósfera, en los animales, etc.), pero siempre será la misma.

Conceptos Fundamentales

Recurso: Según la Real Academia Española (RAE), es el “conjunto de elementos disponibles para resolver una necesidad o llevar a cabo una empresa”. En el contexto ambiental, son los componentes del medio, bióticos y físicos, necesarios en las fases del ciclo de la vida. Todos los seres vivos contienen agua, y el medio ambiente también. Sin agua, la vida enfrenta dificultades, aunque en el desierto, a pesar de la escasez, existe vida adaptada.

Balance Hídrico

El balance hídrico es la relación entre el agua que entra, la que se retiene y la que sale de un sistema, es decir, un recuento de pérdidas y ganancias de agua en la Tierra.

Precipitaciones Globales

Las precipitaciones se distribuyen de manera desigual: en los océanos llueve un 75% del total global, mientras que en los continentes cae el 25% restante, lo que los hace menos lluviosos en comparación.

Cambios de Estado del Agua

• Frío:
  • De líquido a sólido: Solidificación.
  • De sólido a gaseoso: Sublimación (ej. la escarcha).
  • De gaseoso a líquido: Condensación (ej. el rocío o la serenada).
• Calor:
  • De líquido a gaseoso: Evaporación.
  • De sólido a gaseoso: Sublimación.
  • De sólido a líquido: Fusión.

Evaporación, Transpiración y Evapotranspiración

Evaporación:

Cantidad de agua transferida a la atmósfera desde la superficie terrestre (líquida y sólida) en forma de vapor.

Transpiración:

Transferencia de vapor de agua a la atmósfera a través de los estomas de las plantas.

Evapotranspiración:

Pérdida de agua, en forma de vapor, de la vegetación hacia la atmósfera.

Tipos de Evapotranspiración:

• Potencial: Evaporación máxima de una planta en una superficie completamente cubierta, satisfaciendo sus necesidades de agua (siempre mayor que la real).
• Real: Evaporación efectiva de un suelo o superficie vegetal.

Ejemplo Práctico:

Los humedales de los Everglades, Florida, EE. UU., son un claro ejemplo de estos procesos.

Factores Climáticos que Condicionan la Evaporación

1. La temperatura del aire.
2. La temperatura del agua o del suelo.
3. La humedad del aire.
4. La radiación solar.
5. El viento.
6. La presión atmosférica.

Medición de la Evaporación

La evaporación se mide con aparatos como el tanque de evaporación, que puede ser poco fiable debido a la interacción de animales (baño o bebida). Otro instrumento es el evaporímetro Piche.

Evaporímetro:

Aparato para medir la cantidad de agua que se evapora en la atmósfera durante un intervalo de tiempo dado. También denominado atmómetro.

Tanque de Evaporación:

Evaporímetro construido por un recipiente o cubeta profunda y de gran superficie, en el cual se mide la disminución del nivel del agua por efecto de la evaporación. También conocido como evaporímetro de cubeta.

Factores que Influyen en la Evapotranspiración de las Plantas

1. El tipo de suelo (color, estructura, composición).
2. El tipo de vegetación o de cultivo.
3. La época del año.
4. Si la planta está seca o irrigada, de forma natural o artificial.
5. La altura del cultivo o de la planta.

Factores de la Capacidad de Infiltración del Suelo

1. La intensidad y duración de la precipitación.
2. El estado de humedad previo del suelo.
3. La textura y permeabilidad del suelo.
4. La pendiente del terreno.
5. La naturaleza de la cubierta vegetal.

Tamaño de las Gotas de Agua y Tipos de Precipitación

• Niebla: 0,001-0,04 mm
• Llovizna: 0,04-0,5 mm
• Lluvia: 0,5-5,0 mm
• Lluvia ácida
• Chubasco

Tipos de Precipitación Sólida

Nieve:

Cristales de hielo hexagonales microscópicos que caen individualmente o agrupados en copos de tamaños y estructuras variadas, dependiendo de la altitud y el grado de saturación de la nube.

Aguanieve:

Precipitación simultánea de agua y nieve.

Granizo:

Pequeños granos de hielo redondeados o bolas, con un diámetro variable entre 5 y 50 mm.

Hielo Granulado:

Granos de hielo de forma irregular, inferiores a 5 mm.

Instrumentos de Medición de Precipitación

Pluviómetro:

Instrumento que mide la altura de las precipitaciones, uniformemente repartidas sobre una superficie horizontal estancada y no sujeta a la evaporación. Los de primer orden (con todos los instrumentos) se miden cada 3 horas. Existe también el pluviómetro de montaña, que se mide una vez al mes.

Pluviógrafo:

Instrumento que registra continuamente la precipitación en un papel. El observador solo necesita cambiar el papel. Su boca es de 200 cm³, y en su interior contiene un tambor con un mecanismo de relojería y una plumilla que registra la entrada de agua. Las bandas de registro pueden durar un día o un mes. En estas bandas, cada línea gruesa representa un litro (hasta 10), y cada línea fina representa décimas de litro.

Ventajas del Pluviógrafo

Todas las variables de precipitación se miden con una décima, excepto la humedad. Con el pluviógrafo, se puede determinar la duración y la intensidad de la lluvia, así como la intensidad horaria, lo que lo convierte en un instrumento más completo.

Velocidad Límite de Caída Libre

La velocidad límite de caída libre se alcanza cuando la fuerza de rozamiento del aire se equipara con el peso de la gota. A partir de ese momento, la gota adquiere una velocidad constante, cuyo valor depende de su tamaño: cuanto más grande, más rápido cae. Los cristales de hielo de tamaño considerable caen al alcanzar cierto volumen, densidad y distancia, mientras que la llovizna puede no caer si el viento la arrastra.

Para cerrar el ciclo hidrológico, el agua penetra en las capas subterráneas (infiltración) o escurre a través de barrancos, ríos y ramblas. En Tenerife, por ejemplo, existen 489 cuencas hidrográficas y 13.498 cursos de agua.

Mecanismos de Formación de la Precipitación

1. Presencia de una masa líquida (ríos, pantanos, etc.).
2. Calor para que se produzca la evaporación de parte del líquido.
3. Ascenso del aire cálido y húmedo.
4. Enfriamiento del aire húmedo por el ascenso.
5. Saturación del aire húmedo.
6. Alcanzar la temperatura del punto de rocío.
7. Condensación del aire saturado.
8. Formación de una nube al existir núcleos de condensación.
9. Aumento del tamaño de las gotas por coalescencia.
10. Salida de gotas y cristales de hielo de la nube hacia el suelo al vencer las corrientes convectivas.

Fenómenos Asociados a la Precipitación

Condiciones de una Tormenta Eléctrica

• Fuerte contraste de temperatura entre el suelo y el aire.

Rayo:

Descarga eléctrica de nube a tierra o viceversa.

Relámpago:

Descarga eléctrica de nube a nube.

El rayo-relámpago es instantáneo. El trueno tarda 3 segundos en recorrer 1 km. El intervalo entre el rayo y el trueno indica la distancia de la tormenta eléctrica. Si el rayo no está seguido de trueno, la tormenta está a más de 25 km de distancia.

Tipos de Tormenta:

• Tormenta Eléctrica Seca: El calor evapora las gotas de lluvia antes de que puedan caer al suelo.

Formación de una Gota de Lluvia

La formación de una gota de lluvia sigue una secuencia de pasos:

1. Cinco moléculas de vapor de agua se unen por cohesión.
2. A estas se les unen los núcleos de condensación o congelación (partículas como aerosoles marinos, calima, humo de incendios, contaminación).
3. La tensión superficial forma gotitas de agua (gotículas).
4. Por coalescencia, estas gotitas chocan y se unen, formando una gota de lluvia.

La coalescencia es el proceso por el cual dos gotas chocan y se unen, formando gotas más grandes (o, en condiciones de temperatura negativa, predominan los cristales de hielo).

Crecimiento de las Gotas de Lluvia:

• Barrido: Mientras la gota cae, se van uniendo otras gotitas que están en suspensión.
• Estela:

Tipos de Precipitación según su Origen

Convergente:

Se produce por el choque de masas de aire cargadas de humedad que convergen. Este choque provoca un ascenso con características termodinámicas, saturación, condensación y la formación de nubes que generan lluvia. Es común en zonas ecuatoriales, donde convergen masas de aire similares.

Frontal:

Resulta del choque de masas de aire con características diferentes: una cálida y húmeda, y otra fría. La masa cálida, al ser menos densa, asciende primero. Un ejemplo son las borrascas que se dan en latitudes templadas.

Orográfica:

Ocurre cuando una masa de aire húmedo choca con una elevación montañosa. El aire se ve forzado a ascender, enfriarse, saturarse y condensarse, provocando precipitaciones en la ladera de barlovento. Se encuentra en grandes cadenas montañosas como los Andes, las Rocosas o los Pirineos.

Convectiva:

Se origina por el calentamiento de la superficie terrestre, que calienta el aire y el vapor de agua. Al ascender, el aire se enfría, se satura, se condensa y produce lluvia. Es típica de climas tropicales, como en América Central, donde suele llover por las tardes.

Formas Comunes de Precipitación

1. Chubasco, chaparrón, aguacero: Lluvias intensas y de corta duración.
2. Lluvia: Diámetro de gota superior a 0,5 mm.
3. Llovizna: Diámetro de gota inferior a 0,5 mm.
4. Nieve.
5. Nieve Granulada: Gránulos de hielo blanco, opacos y esféricos (2,5-5 mm).
6. Aguanieve: Mezcla de lluvia y nieve.
7. Cinarra: Gránulos de hielo blanco, opacos y aplastados (inferiores a 1 mm).
8. Granizo: Trozos de hielo traslúcido u opaco (0,5-5 mm).
9. Pedrisco: Granizo de tamaño superior a 5 mm.

Factores que Afectan la Capacidad de Infiltración

1. La intensidad y duración de la lluvia: Si la precipitación es muy intensa y el suelo no tiene suficiente capacidad de infiltración, el agua escurrirá superficialmente en lugar de penetrar.
2. El estado de humedad previo del suelo: Un suelo ya húmedo se saturará más rápidamente, aumentando el escurrimiento superficial.
3. La textura y permeabilidad del suelo.
4. La pendiente del terreno: A mayor pendiente, mayor velocidad de escurrimiento.
5. La naturaleza de la cubierta vegetal: La vegetación amortigua el impacto de la lluvia y favorece la infiltración; la ausencia de cubierta vegetal acelera el escurrimiento y multiplica sus efectos.

Impacto de la Precipitación en el Medio Urbano

En el medio urbano, el suelo es predominantemente impermeable debido a superficies artificiales como el asfalto. Esto provoca que cualquier gota de lluvia escurra a una velocidad impresionante, generando desbordamientos y problemas en las alcantarillas en poco tiempo. Aunque el agua desaparece rápidamente una vez que cesa la lluvia, los efectos pueden ser devastadores.

Hidrograma y Comparación Rural-Urbano

Hidrograma:

Expresión gráfica que representa la conversión de la precipitación caída en una corriente, mostrando su inicio, un punto máximo de caudal y su final. Las variables principales son la cantidad de agua y el tiempo.

Aunque la cantidad de lluvia pueda ser similar en el medio rural y el medio urbano, en este último se concentra una mayor cantidad de agua en menor tiempo, resultando en un mayor caudal. Esto es crucial, ya que la mayoría de la población vive en ciudades, convirtiéndolas en los territorios más afectados por eventos extremos. El clima urbano tiende a presentar mayores extremos, con precipitaciones más intensas y sequías más pronunciadas; por ejemplo, 40ºC no se sienten igual en un entorno rural que en uno urbano.

Instrumentos y Conceptos de Humedad

Hidrógrafo:

Instrumento que proporciona un registro continuo de la humedad relativa.

Higrómetro:

Instrumento que mide la humedad relativa del aire en un lugar y momento dado.

Humedad Absoluta:

En una mezcla de vapor de agua y aire seco, es la relación de la masa de vapor de agua al volumen de aire húmedo que la contiene.

Humedad Relativa:

También llamada fracción de saturación, es la relación existente entre el vapor de agua en una masa de aire y la cantidad de vapor que precisaría esa masa para alcanzar la saturación a la temperatura del momento.

El Agua: Propiedades, Distribución y Calidad

Características Básicas del Agua (H₂O)

• Composición: Dos átomos de hidrógeno (H) y uno de oxígeno (O).
• Puntos de Fusión y Ebullición: Se congela a 0ºC y ebulle a 100ºC.
• Expansión al Solidificarse: 1 litro de agua líquida se convierte en aproximadamente 1,098 litros de hielo.
• Densidad:
  • Densidad del agua a 0ºC: 0,9999 g/cm³.
  • Densidad del hielo a 0ºC: 0,9100 g/cm³.
• Elevado Calor Específico: Requiere mucha energía para elevar su temperatura, lo que retrasa los cambios térmicos extremos (máximos y mínimos).
• Tensión Superficial.
• Componente Corporal: Representa aproximadamente el 70% del peso de un cuerpo humano. Una persona de 70 kg contiene alrededor de 50 kg de agua.

El Agua en las Etapas de la Vida Humana

• Bebé: 80% de su peso es agua.
• Adolescente: 70% de su peso es agua.
• Hombre Adulto: 60% de su peso es agua.
• Mujer Adulta: 65% de su peso es agua.
• Anciano: 50% de su peso es agua.

En promedio, el agua constituye el 65% del peso humano. Por ejemplo, una persona de 70 kg contiene aproximadamente 46 kg de agua. Las mujeres suelen tener un porcentaje de agua ligeramente superior al de los hombres.

Contenido de Agua en los Alimentos

Todos los alimentos tienen un alto contenido de agua. Ejemplos incluyen: tomate, leche, yogur, té, café, espinacas, papas, melón, naranjas, limón, fresas, espárragos. (Se recomienda consultar la pirámide del agua para más información).

Distribución del Agua en el Planeta

Aproximadamente el 70% de la superficie terrestre está cubierta por agua.

Distribución del Agua Dulce (3% del total):

• 79%: Hielo (glaciares y casquetes polares).
• 20%: Aguas subterráneas.
• 1%: Agua dulce superficial, que se distribuye de la siguiente manera:
  • 52%: Lagos.
  • 38%: Humedad del suelo.
  • 8%: Atmósfera.
  • 1%: Ríos.
  • 1%: Organismos vivos.

Consumo de Agua Dulce

Del total de agua dulce disponible, solo se utiliza aproximadamente el 24% (lo que representa un 0,001% del agua total del planeta). Los principales consumos se distribuyen así:

• 70%: Agricultura.
• 25%: Industria.
• 5%: Población (uso doméstico y municipal).

Aumento de las Necesidades de Agua Potable (1980-2000)

• EE. UU. y Canadá: 20%
• Europa: 32%
• África: 70%
• América Latina: 95%

Factores de la Calidad del Agua

Contaminantes

• Disueltos: Sustancias que se disuelven en el agua.
• Sólidos Suspendidos: Partículas como limo y arena.
• Turbidez: Cantidad de sólidos suspendidos y disueltos en el agua, que afectan su transparencia.

Factores Físico-Químicos

• pH: Indica la acidez o alcalinidad del agua.
• Conductividad: Propiedad del agua para conducir la electricidad, relacionada con la presencia de sales.
• Sales: El agua natural siempre contiene sales; no existe agua “pura” en la naturaleza.
• Fertilizantes: Pueden contaminar el agua al infiltrarse desde cultivos o jardines hacia los acuíferos.
• Contaminación Microbiana: Presencia de bacterias no apreciables a simple vista.

Eutrofización:

Proceso de contaminación del agua, a menudo por nutrientes, que favorece la proliferación excesiva de algas y otras plantas acuáticas.

Calidad del Agua Dulce

El agua dulce natural no es “pura” en el sentido químico; siempre contiene disoluciones. El agua natural es aquella disponible sin intervención humana.

Composición del Agua

El agua contiene diversos iones como sodio, calcio, potasio, magnesio y bicarbonatos.

• Cuando el agua tiene una concentración elevada de calcio y magnesio, se denomina agua dura, lo que puede estropear electrodomésticos.
• Existen aguas específicas para bebés, con baja mineralización.
• Las aguas duras reducen la eficacia del jabón.

Conductividad del Agua

La conductividad es la capacidad de un líquido para conducir la electricidad, y se mide en µS/cm (microsiemens por centímetro). Las sales disueltas son las responsables de esta conductividad; el agua químicamente pura no conduce la electricidad.

• Agua Potable: Generalmente entre 500 y 800 µS/cm.
• Máximo para Agua Potable: 1.055 µS/cm (valor de referencia, puede variar).
• Agua del Mar: Aproximadamente 52 mS/cm (milisimens por centímetro).

Exigencias de Calidad para el Agua Dulce Potable

El agua dulce destinada al consumo debe cumplir con ciertas exigencias:

• Debe tener un sabor agradable.
• Debe ser inodora (sin olor) e insípida (sin sabor).
• Debe estar limpia y ser sanitariamente correcta.
• Debe ser un agua blanda (bajo contenido de calcio y magnesio).
• Debe tener un bajo contenido de materia orgánica.

Clasificación del Agua por “Colores” (Uso Internacional)

El agua se clasifica internacionalmente en tres “colores” según su origen y uso:

Agua Verde:

Es el agua de lluvia que se infiltra en el suelo y es utilizada por la vegetación natural y los cultivos de secano. Ejemplo: la que cae en el Amazonas.

Agua Azul:

Es el agua de ríos, lagos y acuíferos. Su uso requiere transporte y obras de infraestructura. Ejemplo: los recursos hídricos de un país.

Agua Gris:

Es el agua que necesita depuración de sus contaminantes (sales, tóxicos) hasta concentraciones consideradas ambientalmente tolerables.

Distribución Global de la Precipitación y Reservas

Curiosamente, las tres cuartas partes de la precipitación global caen en regiones donde vive solo un tercio de la población mundial.

Principales Reservas de Agua Dulce por País:

• Brasil: 18%
• URSS (actualmente Rusia y otras ex-repúblicas): 13%
• Canadá: 9%
• China: 9%
• EE. UU.: 8%

Consumo y Disponibilidad Global de Agua

Países con Mayor Consumo de Agua:

• EE. UU.
• India
• China

Disponibilidad de Agua Dulce Global

La mitad del agua dulce disponible en el planeta se encuentra en América Latina, principalmente en la cuenca del Amazonas, que es el mayor depósito de agua dulce del mundo. Un 25% se encuentra en China, y el 25% restante se distribuye por el resto del mundo.

Explotación de Aguas Subterráneas

En algunas zonas del planeta, la explotación intensiva de los acuíferos está generando graves problemas de escasez de agua.

Países donde más del 90% del agua utilizada es subterránea:

• Egipto
• Israel
• Jordania
• Kuwait
• Libia
• Malta
• Omán
• Qatar
• Arabia Saudita
• Palestina
• Yemen
• Uzbekistán
• Turkmenistán
• Emiratos Árabes Unidos

La zona más afectada por esta dependencia es Oriente Medio.