La Hidrosfera: Características, Ciclo del Agua y Contaminación

La Hidrosfera

La hidrosfera es el conjunto de todas las aguas existentes en la parte superficial de la Tierra, en cualquiera de sus fases: líquida, sólida o vapor. Como en todas las capas que forman nuestro planeta, su origen, composición y estructura están íntimamente unidos al proceso de formación de la Tierra.

Según la teoría planetesimal, los procesos de acreción y el choque de meteoritos mantuvieron, durante millones de años, la Tierra en un estado de fusión. Esto permitió que los elementos pesados (Ni y Fe) se hundieran hacia el centro y formaran el núcleo, los más ligeros (silicatos) emigraron a la superficie y formaron la corteza, entre medias quedaron los materiales que formarían el manto, mientras que los gases y partículas más ligeras formarían la atmósfera primitiva.

La superficie comenzó a enfriarse y a formar corteza hace unos 4.000 millones de años. El interior, sin embargo, permanece caliente hasta nuestros días, siendo el responsable de todos los procesos geológicos internos que ocurren en la superficie terrestre. La Tierra siguió enfriándose hasta que llegó un momento en el que la temperatura fue lo suficientemente baja como para que el vapor de agua se condensara y produjese lluvia, para finalmente, permanecer líquida en la superficie y originar los océanos. Posteriormente, la dinámica terrestre y la dinámica atmosférica, activarían el ciclo del agua, separando las aguas en continentales y oceánicas, así como su transformación en hielo en las zonas polares y de alta montaña.

Características de la Hidrosfera

Distribución del Agua en la Hidrosfera

Si el agua de la hidrosfera estuviera repartida uniformemente representaría una capa de cerca de 3 km de espesor, sin embargo, su distribución no es uniforme. La inmensa mayoría se encuentra en los océanos y mares (97,5%) y sólo una pequeña parte está en los continentes (2,5%); y de ésta, la mayor parte corresponde a los glaciares (2% del total) y a las aguas subterráneas (0,6% del total). Por último, sólo una pequeñísima parte (0,01%) está disponible para el hombre formando parte de los ríos, lagos, suelos, seres vivos y atmósfera.

El Agua de los Océanos

Llamamos océanos a las grandes masas de agua que separan los continentes. El conjunto de todos los mares y océanos cubre cerca de las tres cuartas partes de la superficie del planeta (71%). Debido a las peculiares características de la molécula de agua, su composición, temperatura y densidad, los océanos pueden considerarse como enormes moduladores de la biosfera y del clima del planeta.

Composición

La salinidad es la cantidad de sales disueltas en agua. Debido al alto poder de disolución de las aguas continentales y del vulcanismo submarino, la concentración salina de los océanos es alrededor de 35g/l. Las sales más abundantes son el cloruro de sodio (NaCl), aunque también podemos encontrar cloruro de magnesio (MgCl₂), sulfato de sodio (Na₂SO₄), cloruro de calcio (CaCl₂) o cloruro de potasio (KCl). Por otra parte, el agua de mar contiene gases disueltos, procedentes en su mayoría de la atmósfera, por lo que dominan el N₂, O₂ y el CO₂. Como la solubilidad de los gases es diferente, su proporción es distinta en el agua oceánica que en el aire.

Temperatura

La temperatura del agua oceánica varía con la latitud y con la profundidad, y en ambos casos como consecuencia de la absorción de la radiación solar. Se pueden distinguir tres capas superpuestas, en las que sus límites son variables según la latitud y la estación del año.

• Existe una capa superficial de agua templada (12º a 30ºC), que llega hasta una profundidad variable, de entre unas decenas y 400 o 500 metros. Esta capa está afectada por la temperatura exterior y sometida a una intensa radiación solar.
• La termoclina es la capa situada inmediatamente debajo de la capa superficial. En ella se produce un descenso abrupto de la temperatura con la profundidad.
• Por debajo de la termoclina encontramos la capa de aguas profundas. El agua se encuentra a temperaturas de entre 5ºC y -1ºC.

En las latitudes polares, la temperatura del agua se acerca a los 0ºC, con lo que no se aprecia esta estratificación de temperaturas con la profundidad. Estas diferencias de temperatura en superficie entre las zonas polares y las zonas ecuatoriales son las causantes de las corrientes superficiales y tienen una gran influencia sobre el clima. En los océanos hay también, corrientes profundas o termohalinas en la masa de agua situada por debajo de la termoclina. En estas el agua se desplaza por las diferencias de densidad. Las aguas más frías o con más salinidad son más densas y tienden a hundirse, mientras que las aguas algo más cálidas o menos salinas tienden a ascender.

El Agua Continental

El agua se encuentra en los continentes formando los ríos, lagos, glaciares y aguas subterráneas.

Composición

La salinidad de las aguas continentales varía desde menos de 10mg/l hasta valores superiores a los del mar. Además, su composición es mucho más diversa ya que depende de los suelos (calizos, arcillosos, graníticos…) por los que discurren estas aguas.

Destacan por su abundancia:

• Aniones: bicarbonatos (HCO₃^-), carbonatos (CO₃^-), sulfatos (SO₄^-2) y cloruros (Cl^-)
• Cationes: Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺ y K⁺

En menor proporción aparecen otros minerales como el hierro, manganeso, arsénico, fosfatos y nitratos. Por la importancia que representan para el consumo destacamos las conocidas como aguas duras (ricas en iones Ca²⁺ y Mg²⁺) y las diferenciamos de las aguas blandas (pobres en iones Ca²⁺ y Mg²⁺). Los gases disueltos en estas aguas son los mismos que en las aguas oceánicas (N₂, O₂ y el CO₂).

El Ciclo Hidrológico

Los movimientos y cambios de fase del agua en la hidrosfera constituyen un circuito prácticamente cerrado que se suele llamar ciclo del agua o ciclo hidrológico.

En dicho ciclo, la energía solar evapora el agua de los océanos y continentes (ríos y lagos); el vapor de agua se condensa en la atmósfera formando nubes que, al enfriarse, liberan el agua en forma de nieve o lluvia. Los ríos o glaciares así formados terminan desembocando en el océano (escorrentía), aunque parcialmente el agua continental puede infiltrarse en el subsuelo, originando el agua subterránea, que también retornará en último término al océano.

La cantidad de agua evaporada de los océanos es mayor que la que reciben por precipitaciones, lo contrario ocurre en los continentes, existiendo en ellos un superávit (37.000 km³ anuales) que es devuelto a los océanos en forma de escorrentía superficial y subterránea o en forma de hielo aportado por algunos glaciares.

La Contaminación del Agua y Métodos de Análisis

Tipos de Contaminantes

La Organización Mundial de la Salud (OMS) define el agua contaminada como aquella cuya “composición haya sido modificada de modo que no reúna las condiciones para el uso que se le hubiera destinado en su estado natural”. Según el tipo de contaminantes presentes en la hidrosfera distinguimos entre:

• Contaminación biológica: microorganismos
• Contaminación química: partículas químicas disueltas
• Contaminación física: sólidos en suspensión y calor

Según el origen de los contaminantes diferenciamos dos tipos de fuentes emisoras:

• Natural: como polen, esporas, hojas, excrementos de los animales, minerales arrastrados por escorrentía, gases atmosféricos captados por la lluvia... sin embargo, estos residuos suelen ser eliminados por la capacidad autodepuradora del agua.
• Antrópica: la cual básicamente tiene su origen en las industrias, explotaciones agrícolas o ganaderas, en grandes obras de ingeniería civil y en las ciudades.

Contaminación Biológica

Los contaminantes biológicos son los diferentes tipos de bacterias, virus, protozoos y hongos que transmiten enfermedades como el cólera, tifus, disentería, gastroenteritis diversas, hepatitis, etc. En la mayoría de los casos, la ingesta de agua contaminada provoca graves alteraciones en la función digestiva (diarreas, vómitos, deshidratación, fiebre, espasmos musculares…).

Normalmente estos microbios llegan al agua en los excrementos humanos y de animales (aguas fecales). En los países en vías de desarrollo las enfermedades producidas por estos patógenos son uno de los motivos más importantes de muerte prematura, sobre todo de niños.

Contaminación Química

• La presencia en grandes cantidades de materia orgánica biodegradable conduce a una disminución del oxígeno disuelto en al agua y a la afección de los organismos que lo precisan para vivir. Las fuentes de contaminación orgánica principales son la industria agroalimentaria y papelera y las aguas residuales urbanas.
• Con el término nutrientes, nos referimos a la presencia de fósforo y compuestos nitrogenados en las aguas. El incremento de los niveles de N y P se debe al uso de fertilizantes y abonos, y al vertido de aguas residuales urbanas y de ciertas industrias (papeleras, curtido de pieles, etc.) y puede provocar el grave problema de la eutrofización de lagos y ríos. Este proceso supone el crecimiento desmesurado de fitoplancton que aumenta la turbidez y disminuye el oxígeno del agua, haciendo disminuir la biodiversidad del ecosistema y la calidad de las aguas.
• Los aceites, grasas (e hidrocarburos) son sustancias inmiscibles con el agua, formando una película en la superficie que impide su oxigenación y dificultan la penetración de la luz solar, disminuyendo la fotosíntesis. Pueden tener otros efectos como la adherencia a las branquias y superficie de los peces y destrucción de las algas y otros organismos planctónicos. Si se depositan en los sedimentos del fondo impiden el normal desarrollo de los organismos bénticos y destruyen las áreas de desove. Estos contaminantes proceden fundamentalmente de industrias agroalimentarias, curtido de pieles, químicas, metalúrgicas, refinerías y vertidos y accidentes desde barcos.
• La presencia de metales pesados como Hg, Pb, Cd, proceden de vertidos de aguas residuales urbanas e industriales y de escorrentías agrícolas. Los efectos de los metales dependen de numerosos factores, estando ligados fundamentalmente a su toxicidad y a bioacumulación.
• Los compuestos orgánicos obtenidos por síntesis química tales como plaguicidas, hidrocarburos aromáticos, policlorobifenilos (PCBs) y detergentes, casi no encuentran organismos capaces de transformarlos, pudiendo llegar a concentraciones peligrosas, al acumularse en cada eslabón de las cadenas tróficas.

Contaminación Física

• Sólidos en suspensión: hacen referencia a la cantidad de materia orgánica o mineral insoluble presente en el agua. El exceso de sólidos en suspensión en el agua disminuye su transparencia, afectando al proceso de fotosíntesis.
• Temperatura: un aumento de la temperatura puede provocar un desarrollo excesivo de vegetación acuática. Por otra parte, la solubilidad del oxígeno en el agua disminuye con la temperatura, lo que unido a la mayor demanda de este elemento por el aumento del metabolismo de los seres vivos contribuye sensiblemente a la disminución de la concentración de oxígeno disuelto en el medio. Las centrales nucleares, térmicas y otras industrias contribuyen a la contaminación térmica de las aguas, a veces de forma importante, debido al vertido de sus aguas de refrigeración.

Principales Efectos de la Contaminación

Contaminación Lacustre

Los lagos son muy sensibles a un proceso llamado eutrofización. Este término proviene del griego y quiere decir “bien nutrido”.

El proceso consiste en un enriquecimiento en nutrientes, sobre todo nitrógeno (nitratos) y fósforo (fosfatos). Este fenómeno contaminante comienza cuando el agua de un ecosistema acuático recibe un vertido de desechos (fertilizantes de la agricultura, excrementos de ganadería, residuos urbanos e industriales) que favorece un crecimiento rápido de algas y otras plantas verdes que cubre la superficie del agua.

Durante la primera fase, la proliferación de algas provoca que la luz solar no penetre hasta las capas más inferiores de los ecosistemas acuáticos. Como consecuencia, la vegetación muere al no poder llevar a cabo la fotosíntesis.

En la segunda fase, microorganismos como las bacterias se alimentan de la materia muerta y consumen el oxígeno que necesitan otras especies como peces, moluscos o crustáceos para sobrevivir. Asimismo, en esta fase se generan algas de carácter tóxico y microorganismos patógenos que favorecen el desarrollo de enfermedades.

Aguas Subterráneas

Se suelen distinguir dos tipos de procesos contaminantes de las aguas subterráneas:

• Los “puntuales” que afectan a zonas muy localizadas. Este tipo de contaminación suele ser más intensa junto al lugar de origen y se va diluyendo al alejarnos. Las actividades que suelen provocar contaminación puntual son:
  • Lixiviados de vertederos de residuos urbanos e industriales, fugas de aguas residuales que se infiltran en el terreno, derrubios de minas, depósitos de residuos radiactivos o tóxicos mal aislados, gasolineras con fugas en sus depósitos de combustible, etc.
  • Pozos sépticos y acumulaciones de purines procedentes de las granjas.
• Los “difusos” que provocan contaminación dispersa en zonas amplias, en las que no es fácil identificar un foco principal. La contaminación difusa suele estar provocada por:
  • Uso excesivo de fertilizantes y pesticidas en la agricultura o en las prácticas forestales.
  • Explotación excesiva de los acuíferos que facilita el que las aguas salinas invadan la zona de aguas dulces.

Los acuíferos tienen una cierta capacidad de autodepuración. Las sustancias contaminantes, se filtran y dispersan en el subsuelo y también son neutralizadas, oxidadas, reducidas o sufren otros procesos químicos o biológicos que las degradan.

Aguas Marinas

Abusando de la gran capacidad depuradora de los océanos, el vertido incontrolado de aguas residuales urbanas (10-20%), industriales (10%) y dragados (70%), ha transformado la vida en los océanos. Lejos de diluirse, estos contaminantes se han ido acumulando tanto en el agua como en las cadenas tróficas y, además, han conseguido distribuirse por todo el planeta llegado a lugares donde la actividad humana no está tan presente, como la fosa de las Marianas o la Antártida.

Métodos de Depuración del Agua

Para evitar la contaminación de nuestros ríos y lagos por vertidos de aguas residuales, y a largo plazo de los mares y aguas subterráneas, se hace imprescindible la existencia de plantas de tratamiento de aguas residuales tanto a la salida de núcleos urbanos como industriales.

El tratamiento de aguas residuales consiste en una serie de procesos físicos, químicos y biológicos que eliminan los contaminantes del agua para que el ser humano pueda hacer uso de ella.

• El pretratamiento es común a todos los tratamientos de agua, ya sea depuración, potabilización o desalación, y su objetivo es evitar que fragmentos grandes como ramas puedan provocar una avería en la planta de tratamiento de agua.
• El tratamiento primario sirve para eliminar los sólidos flotantes y en suspensión, las arenas, las grasas, y los aceites.
• El tratamiento secundario generalmente se componen de diferentes tipos de tratamientos biológicos del agua, cuyo objetivo principal es la eliminación de la materia orgánica.
• El tratamiento terciario se centra en la eliminación de agentes patógenos, aunque también consigue disminuir sólidos en suspensión y materia orgánica residual. Este tipo de tratamiento de depuración del agua está altamente recomendado en el caso de que se quiera reutilizar el agua para el riego de jardines públicos o agricultura sin causar ningún riesgo a la salud humana.
• Potabilización en el caso de consumo humano.