EL CICLO DEL AGUA
DALCOLMO AYELEN VANINA 6ยบ INFORMATICA
Prólogo A lo largo de este trabajo se explicará el ciclo del agua, sus características la superficie de agua global, dirigidos especialmente a niños de primaria en los grados 4º,5º y 6º para que conozcan las funciones de cada fase y tomen conciencia de la importancia de este elemento vital para la vida humana.
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El Agua en la Tierra Origen del Agua Actualmente conocemos que algunas de las rocas terrestres más antiguas (de algo más de 4.000 millones de años) fueron originalmente depositadas como sedimentos en agua, lo que significa que nuestro planeta ya presentaba una hidrosfera poco tiempo después de su formación. Sin embargo las cuestiones sobre el origen y en particular sobre porqué hay más agua en la Tierra que en los cuerpos similares del Sistema Solar, están todavía en discusión. Durante mucho tiempo se ha pensado que nuestra atmósfera se originó a partir de un proceso de desgasificación de una Tierra primigenia muy caliente, y que posteriormente, según fue enfriándose el planeta, el vapor de agua se condensó y precipitó en un enorme diluvio que formó la primera hidrosfera. Se ha especulado mucho sobre si la primera atmósfera pudo escaparse al espacio debido a las altas temperaturas reinantes, o bien a un viento solar más intenso que en la actualidad, o a las características del planeta: de menor tamaño y gravedad, en los episodios iniciales de su formación; en cualquier caso posteriormente, gracias al vulcanismo, se originaría la atmósfera actual, que sería, según estas hipótesis, de segunda o tercera generación. Sin embargo actualmente se piensa que la gran cantidad de agua terrestre no puede ser explicada únicamente con las aportaciones del interior del propio planeta, y en los últimos años han cobrado mucha fuerza las ideas que sugieren un protagonismo extra-terrestre, en concreto que el agua terrestre debe proceder de las regiones exteriores del sistema solar.
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El Ciclo del agua sin fin El agua existe en la Tierra en estado sólido (hielo), líquido o gaseoso (vapor de agua). Su distribución es bastante variada, ya que muchas regiones tienen en abundancia mientras que en otras su disponibilidad es escasa. En la Tierra, el agua está en continuo movimiento en sus diferentes estados. De hecho, los océanos los ríos, las nubes y la lluvia, que contienen agua, están en frecuente proceso de cambio (el agua de superficie se evapora, el agua de las nubes precipita, la lluvia se infiltra en el suelo, etc.). Sin embargo, la cantidad total de agua no cambia. La Tierra es esencialmente un "sistema cerrado". Esto significa que el planeta, como un todo, ni gana ni pierde materia, tampoco agua. Aunque algo de materia, como los meteoritos del espacio exterior, pueden entrar en la Tierra, muy poco de las sustancias de la Tierra, como el agua, escapan al espacio exterior. De hecho, la misma agua que se formó hace millones de años en este planeta todavía está aquí. De toda el agua del planeta, sólo el 3 % es agua dulce, y el 2,997 % es de muy difícil acceso, ya que es 1
subterránea o se encuentra en los casquetes polares y en los glaciares, lo que no facilita su utilización. Es decir que sólo el 0,003 % del volumen total de agua del planeta es accesible para el consumo de los seres humanos. Gracias al ciclo del agua o ciclo hidrológico, este líquido vital continuamente se mueve de un lugar a otro y de un estado a otro. Un conocimiento profundo de los elementos de este ciclo es esencial, tanto para
CICLO DEL AGUA- FASES- CIENCIAS NATURALES entender el impacto de las actividades humanas como para planificar el uso racional y eficiente del agua
disponible. En las páginas siguientes conoceremos en detalle cada uno de los elementos del ciclo del agua.
Evaporación La evaporación convierte el agua líquida en moléculas gaseosas de vapor de agua, debido a la radiación solar. Este cambio de estado implica una absorción de calor, necesario para que las moléculas líquidas rompan los puentes de hidrógeno que las unen y pasen al estado gaseoso. La cantidad de vapor de agua presente en el aire es lo que se conoce como humedad del aire, cantidad que es muy variable de unas regiones a otras. Este proceso ocurre tanto en zonas continentales como oceánicas. Sin embargo, la mayor parte del agua evaporada contenida en la atmósfera procede de los océanos, ya que en ellos se acumula un 97% del total del agua que existe en la tierra, y cubren además 2/3 de la superficie terrestre por lo que la lámina de agua oceánica susceptible de ser evaporada es extraordinariamente extensa.
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Transpiración La transpiración es el transporte y evaporación de agua desde el suelo a la atmósfera a través de las plantas, principalmente a través de las hojas. Mientras los estomas están abiertos y el agua se evapora en las hojas, las raíces incorporan agua desde el suelo y el transporte ascendente del agua en la planta es continuo. El 10% de vapor de agua de la atmósfera se debe a este fenómeno, mientras que el 90% restante se debe a la evaporación de las superficies acuosas, 1
océanos, lagos, ríos principalmente. La transpiración de las plantas, eleva la humedad del aire circundante y aumenta las precipitaciones, por lo que las zonas boscosas tienen un mayor índice de pluviosidad que los terrenos a los que se les ha despojado de su bosque natural debido a las talas masivas a los que se les ha sometido. El volumen de agua transpirada por las plantas es variable y depende de varios factores. Así por ejemplo, los cultivos tradicionales, como el maíz, pueden transpirar diariamente
CICLO DEL AGUA- FASES- CIENCIAS NATURALES entre 5 y 10 litros por metro cuadrado de terreno ocupado; y especies de humedales como la espadaña tienen una transpiración diaria, en verano, muy elevada, entre 15 y 20 litros por metro cuadrado y especies arbóreas como el roble, pueden transpirar 150.000 litros por año. El efecto combinado de la transpiración de las plantas y la evaporación del suelo recibe el nombre de evapotranspiración. La energía que permite el movimiento (transporte) de agua a lo largo del cuerpo de una planta depende del proceso de evaporación del agua en la superficie de las hojas y, por lo tanto, la fuente de este proceso es la energía solar. Por otro lado, este movimiento es posible gracias a las características especiales del agua como son la cohesión y la adhesión. El proceso de transpiración es la estrategia que tienen las plantas Es un eficiente sistema de refrigeración de la planta. Teniendo en cuenta que se absorben 540 calorías en la evaporación de un gramo de agua, la transpiración produce un descenso de 1 a 3 grados en la superficie de las hojas por debajo de la temperatura del aire, lo que puede ser muy
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para sobrevivir en un medio terrestre donde la desecación es un desafío permanente. Además tiene otros significados biológicos: La corriente de agua provocada por la transpiración es el vehículo de distribución de los nutrientes minerales que son absorbidos por las raíces, pero utilizados por las hojas.
necesario en días calurosos de irradiación intensa. Mantiene la turgencia de la planta. Podemos ver este efecto en cualquier planta, al dejarla de regar se pone mustia y flácida, pero al regarla aparece extendida y erguida y, por lo tanto, contribuye al soporte mecánico de la misma.
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Condensación Los movimientos ascendentes del aire en la atmósfera elevan el vapor de agua, y además los vientos lo transportan a grandes distancias. Debido a que la cantidad de vapor de agua que el aire necesita para saturarse es tanto menor cuanto menor sea la temperatura, cuando el aire al elevarse se enfría, se va aproximando progresivamente a la saturación. Una vez saturado el aire, si sigue elevándose, y por tanto enfriándose, el vapor de agua que contiene se condensa y da lugar a minúsculas gotitas de agua líquida que, por su pequeñísimo tamaño se mantienen en suspensión debido a las corrientes ascendentes. El tamaño de estas gotitas es variable y no suele superar las 40-50 micras de diámetro. Esta masa de gotitas de agua, o de cristales de hielo si el enfriamiento ha sido mayor, son las nubes. La condensación de las gotitas se produce sobre partículas sólidas (núcleos de condensación) que en grandes cantidades siempre están presentes en la atmósfera, y a las que genéricamente denominamos polvo atmosférico. El origen de estos núcleos de condensación es variado: partículas arcillosas, cristales de sal procedentes de la evaporación de salpicaduras marinas, granos de polen, 1
cenizas volcánicas, partículas procedentes de humos industriales o del tráfico, etc. Las nubes pues están formadas por minúsculas gotitas de agua o por cristales de hielo, o mezclas de ambos. Sin embargo es frecuente la creencia de que las nubes están formadas por vapor de agua. Hay que recordar que el vapor de agua es un gas incoloro y por lo tanto invisible, por lo que de la misma manera que no podemos verlo cuando se encuentra mezclado con los demás gases que forman el aire, no podríamos tampoco ver las nubes si estuvieran formadas exclusivamente por él. Cuando observamos nubes en el cielo, con frecuencia podemos apreciar claramente que su parte inferior es una superficie plana que marca precisamente el nivel a partir del cual se está produciendo la condensación. Igualmente podremos observar como en algunas partes la nube "crece", lo que nos indica que la condensación se está produciendo en esa zona, mientras que en otras la nube se difumina hasta desaparecer, lo que muestra que las gotas han vuelto a evaporarse o los cristales de hielo a sublimarse. También es frecuente la idea de que la condensación es el proceso necesario y suficiente para que se produzcan las precipitaciones. Sin embargo esto no es así: las gotas de agua
CICLO DEL AGUA- FASES- CIENCIAS NATURALES condensada que forman las nubes no son lo suficientemente grandes como para caer a la superficie por gravedad, por lo
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que no dan lugar a precipitaciones.
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Precipitación
Para que las precipitaciones se produzcan es necesario que las gotas de agua que forman las nubes aumenten de tamaño entre diez y cien veces, momento en el que la gravedad las hará caer a la superficie de la tierra. Este aumento de tamaño se produce por un proceso llamado coalescencia, que consiste en el choque y unión de las gotas en el seno de la nube, que alcanzan por este mecanismo tamaños cada vez mayores. La coalescencia de, por ejemplo, un millón de gotitas de nube de 20 micras de diámetro, dará como resultado una gota de lluvia de tamaño medio de 2000 micras, es decir 2 mm. En función del tamaño alcanzado, las gotas de lluvia se precipitarán hacia la superficie a diferentes velocidades. Cuando las nubes están formadas por cristales de hielo y gotitas de agua y las temperaturas son bajas entran en coalescencia, y las gotitas de agua que chocan y se adhieren a la superficie de los cristales se congelan inmediatamente. Los cristales de hielo crecen y aumentan así de tamaño, y se unen por coalescencia unos con
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otros, hasta alcanzar el suficiente como para caer a la superficie dando lugar a la nieve o el granizo. Si las temperaturas superficiales no son lo suficientemente altas, la nieve puede fundirse en el descenso y precipitará en forma de lluvia, lo que ocurre en muchas zonas montañosas en las que precipita nieve en las altas montañas y lluvia en las regiones bajas de los valles. Cuando las precipitaciones caen sobre los océanos, las moléculas de agua pueden permanecer en ellos más o menos tiempo, antes de volver a evaporarse. Pero las precipitaciones que caen en zonas continentales pueden seguir muy distintos caminos para volver de nuevo a la atmósfera.
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Aguas superficiales y subterráneas Cuando el agua de lluvia o nieve llega a la superficie, una parte penetra hasta los niveles subterráneos para sumarse al agua subterránea y otra se escurre conformando el agua superficial. El escurrimiento es el movimiento del agua sobre los suelos principalmente hacia los cursos de agua (ríos, lagos) y finalmente hacia los océanos. El escurrimiento forma las aguas superficiales y consiste en las precipitaciones que no evaporaron, ni transpiraron ni penetraron en el suelo para convertirse en agua subterránea. Aun los cursos de agua más pequeños están conectados a grandes ríos que llevan millones de litros de agua hacia los océanos a lo largo de todo el mundo. El agua de lluvia se infiltra en el suelo hasta encontrar material rocoso saturado 1
de agua. Se llama capa freática al cuerpo de agua alojado en un cuerpo de roca o sedimento y que se encuentra en conexión con la atmósfera a través de los poros y las fisuras del material sedimentario o rocoso. El agua subterránea se mueve hacia lo profundo del suelo y en general hacia abajo (por la gravedad) muy lentamente; en ocasiones puede manar en manantiales, ríos, lagos y océanos. En la página siguiente puede verse un diagrama simplificado que muestra cómo el suelo se satura por debajo de la capa freática. El suelo, por encima de esa capa (área rosada), puede almacenar agua hasta un cierto nivel, pero nunca se satura. El barro y las rocas en esta zona no saturada contienen aire y algo de agua, y albergan las raíces de la vegetación. La zona saturada por debajo
CICLO DEL AGUA- FASES- CIENCIAS NATURALES del nivel freático tiene agua que llena los pequeños espacios (poros) entre las partículas de rocas y grietas. En la medida en que la cantidad de agua subterránea aumenta o disminuye, el nivel freático sube o baja. Cuando el área debajo del suelo está saturada, se produce una inundación, porque toda la precipitación subsiguiente se ve forzada a permanecer sobre la superficie. A los suelos que pueden almacenar agua se los llama porosos. Diferentes tipos de suelos almacenan distintas cantidades de agua y la absorben a tasas variadas. La permeabilidad es una medida de la velocidad con la que el agua penetra en el suelo. Es muy importante que la permeabilidad del suelo sea monitoreada debidamente. Cuanto menor sea la permeabilidad, mayor será el potencial de inundaciones, 1
ya que una cantidad creciente de agua permanecerá sobre la superficie. En ciertas profundidades del suelo, los poros y las grietas en las rocas pueden llenarse totalmente de agua (dulce o salada), conformando un acuífero. Los acuíferos son formaciones geológicas capaces de almacenar suficiente cantidad de agua dulce como para constituir un recurso disponible para las actividades humanas. El agua subterránea puede volver a la superficie a través de estos acuíferos, aflorando en lagos, ríos y océanos. En algunas circunstancias, el agua subterránea puede aflorar a través de manantiales o pozos artesianos. El flujo de agua subterránea es mucho más lento que el "escurrimiento", con velocidades que se miden en centímetros por día, metros por año o aun centímetros por año.
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Cuando el ciclo hidrológico se altera Los procesos del ciclo hidrológico que más variabilidad presentan son aquellos que se producen en la atmósfera. La variabilidad atmosférica abarca fenómenos que duran minutos (como los torbellinos de viento), horas 2
(tornados, tormentas eléctricas), días (frentes y ciclones) y aun fenómenos de más larga duración de meses, años, que pueden dar lugar a inundaciones y sequías o a condiciones prolongadas anormalmente cálidas o frías.
CICLO DEL AGUA- FASES- CIENCIAS NATURALES En general, los fenómenos atmosféricos de larga duración están asociados con cambios en la circulación atmosférica que abarca áreas bastante más extensas que la región particularmente afectada. En algunas ocasiones, ciertos tipos de circulaciones atmosféricas ocurren de forma simultánea en vastas regiones del planeta, aparentemente no relacionadas, y que provocan condiciones meteorológicas anormales en todo el planeta. Por ejemplo, de vez en
cuando, las prósperas poblaciones de peces que generalmente se encuentran lejos de la costa oeste del Perú mueren y sus cuerpos llegan hasta las playas. Este fenómeno va acompañado de inusuales condiciones climáticas alrededor del globo, como excesos o déficit de precipitaciones. Tal desarreglo climático es provocado por un calentamiento anormal de las aguas superficiales del Pacífico tropical, conocido como fenómeno de El Niño, fenómeno natural de la variabilidad atmosférica.
Bibliografías http://pendientedemigracion.ucm.es/info/diciex/proyectos/ag ua/precipitacion.htm http://www.enredate.org/retrocd/escuela/ciclo_agua/ciclo_ag ua_primaria.pdf
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