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ciclo del agua y aguas subterráneas
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Geología, tecnología y sociedad 2
•El ciclo del agua•El agua subterránea
Ciclo del agua = ciclo hidrológico
Función: Redistribución de los niveles de agua a nivel terrestre.
Motores del ciclo hidrológico:1. La energía solar: evaporación2. Gravedad: precipitaciones y retorno del agua al mar.
Evaporación
Evaporación: paso de moléculas de agua líquida a gaseosa. Evapotranspiración: la pérdida de humedad de una superficie por evaporación directa junto con la pérdida de agua por transpiración de la vegetación.Sublimación: paso del estado de hielo y nieve a gaseoso.
10 %
90 %
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 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.
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 necesario en días calurosos de irradiación intensa.
Condensación
El vapor de agua permanecedisuelto en el aire en la cantidadcorrespondiente a la temperaturade la atmósfera.
Cuanto mayor es la temperatura dela atmósfera mayor es la cantidadde agua que puede disolverse enella.
La saturación de la atmósferaproduce las nubes.
En la atmósfera se producen corrientesconvectivas que elevan el vapor de agua.A medida que asciende dicho vapor de agua, vaperdiendo temperatura y se condensa formandogotitas.Estas gotitas permanecen suspendidas en laatmósfera gracias a las corrientes ascendentesde la atmósfera y a que la gravedad no puedehacerlas descender.
Los núcleos de condensación son partículassólidas que flotan en la atmósfera.Pueden ser:1. Granos de polen2. Partículas de polvo (arcillas)3. Partículas procedentes de volcanes
(cenizas)4. Partículas procedentes de la actividad
industrial o de los vehículos.5. Cristales de sal procedentes de las
salpicaduras marinas.6. etc
Las gotas de agua secondensan a partir denúcleos de condensación
Las nubes pues están formadas por minúsculasgotitas de agua o por cristales de hielo, omezclas de ambos.
Las nubes no están formadas por vapor deagua. El vapor de agua es incoloro y por lotanto invisible. Permanece disuelto en laatmósfera.
Núcleos de condensaciónEn muchas ocasiones el núcleo decondensación se disuelvedespués de la formación de lagota
Crecimiento de una gota de agua:el vapor de agua se une al núcleo de condensación, enfriándose y condensándose.La gota va creciendo rápidamente por adhesión de más moléculas de vapor de agua o de coalescencia de otras gotitas de agua.Al alcanzar las 30 micras aprox. El núcleo de condensación se disuelve y se frena su crecimiento.
Precipitación
Lluvia
Hielo y nieve
Proceso de coalescencia:
se produce en nubes
con temperaturas
iguales o mayores a 0º
C.
1. Aumento del tamaño de
la gota entre 10 y 100
veces el que tiene en la
nube
2. Coalescencia: choque
y unión de las gotas en
el seno de la nube
aumentando sus
tamaños. Se unen 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.
3. Las gotas precipitan
cuando tienen un
tamaño en el que la
gravedad puede hacer
caer las gotas
sacándolas de las
corrientes de
convección que existen
en la nube.
Proceso de Bergeron: se produce en nubes
mixtas en las que aparecen temperaturas menores
a 0º C.
Las gotas de agua en las nubes se congelan a -20º
C (punto congelación del agua 0º C).
Cuando la nube se encuentra entre los entre 0 y -
10º C están formadas por agua
sobreenfriada, entre -10º a -20º C por agua y
cristales de hielo, y menores a -20º C por cristales
de hielo, como los cirrus.
Los cristales de hielo actúan como núcleos de
congelación a los que se unen y congelan las
gotas de agua sobreenfriadas.
Este proceso de coalescencia forma los copos denieve (10 a 30 cristales de nieve)
Las gotas pueden precipitarcuando alcanzan entre 0,5 y 1 mm
Nube cálida:Temperaturas mayoreso iguales a 0º C
Nube mixta:Temperaturasinferiores 0º C
Contaminación y precipitación
Atmósfera no contaminada
Gran concentración de núcleos de condensación.Llega poca radiación solar al suelo.Se produce poca evaporación.Se forman gotitas muy pequeñas ( inferiores a 0,5) por exceso de núcleos de condensación.No llueve el punto de origen.Se favorece el desarrollo vertical de la nube por falta de precipitación.
Pequeña concentración de núcleos de condensación.Llega mucha radiación solar al suelo.Se produce una gran evaporación.Se forman nubes en las que crece el tamaño de las gotitas.Se favorece la precipitación.
Atmósfera contaminada
El agua en el planeta
Agua superficial
Agua subterránea
Agua dulce
Glaciares
Ríos Lagos
Torrentes
Aguas de arroyada
Escorrentía superficial
Agua salada Mares y océanos
Acuíferos
Distribución del agua en la hidrosfera
Agua dulce
La mayoría del agua dulce no es encuentra a nuestro alcance de forma inmediata
Reserva de agua dulce Porcentaje de agua dulce
Porcentaje de la hidrosfera
Glaciares 69.3 % 1.75 %
Escorrentía superficial: ríos, torrentes…
0.006 % 0.0002 %
Lagos 0.26 % 0.012 %
Aguas subterráneas 30.4 % 0.57 %
Aguas subterráneas
Infiltración:El agua procedente de precipitaciones yalmacenes superficiales (deshielo, ríos ylagos) desciende por el suelo.
Factores que influyenen la infiltración
Duración e intensidad delas precipitaciones
Humedad inicialdel suelo
Pendiente del suelo
Naturaleza del material
Cobertura vegetal
1. Precipitaciones suaves y duraderasfavorecen la infiltración.
2. Precipitaciones fuertes y cortas nofavorecen la infiltración
Mecanismo:El agua para infiltrarse necesitadesplazar el aire que se encuentraen los poros que quedan entren laspartículas que forman el suelo.Si la precipitaciones son muyintensas se saturan los poros en lazona superficial produciendo unabarrera que impide o ralentiza alinfiltración del agua.
Duración e intensidad delas precipitaciones
Humedad inicialdel suelo
La infiltración es mayor en suelos secos que con agua.
Pendiente del suelo
El tiempo de permanencia en contacto con la superficie del suelo es importante. Cuanto mayor sea éste mayor posibilidad de infiltración del agua.En terrenos con mucha pendiente el agua coge mucha velocidad y permanece poco tiempo en la zona, al contrario ocurre en las zonas llanas.
Cobertura vegetal
Favorece la infiltración:1. La vegetación intercepta las
gotas precipitadas frenando su velocidad de caída, minimizando el impacto con el suelo y minimizando el arrastre de las partículas del mismo. Esto favorece que el agua permanezca más tiempo en el lugar y pueda infiltrarse mejor.
2. Las raíces generan poros nuevos y mantienen abiertos los que ya estaban.
Naturaleza del material
Cada material presenta una textura y estructura propia:Porosidad, granulometría, diaclasado…
¿Qué le ocurre a un suelo sin vegetación?1. El agua impacta con más fuerza y
desplaza partículas del mismo favoreciendo la erosión
2. El agua permanece poco tiempo en el suelo por lo que no se infiltra.
3. La movilización de partículas hace que éstas se depositen en orificios que ya existían en el suelo y los tapan, impidiendo la infiltración del agua.
Porosidad:Porcentaje del volumen que ocupan los poros en un volumen unitario de roca.Ejemplo:Roca con una porosidad del 30% significa que el 30% de la roca está formadapor poros y el 70% por partículas sólidas.Porosidad eficaz: sólo tiene en cuenta el porcentaje de poros y espacios porlos que realmente puede circular el agua.
Permeabilidad: capacidad de un material para permitir la circulación de agua. Un material será más permeable cuando sea poroso y estos poros sean de gran tamaño y estén conectados.
Factores que influyen en la porosidad y permeabilidad:1. Granoselección2. Diaclasado y disolución3. Litificación
Granoselección
1. Cuanto más homogéneo sea el sedimento en cuanto a diámetro de partículas, mayor será su porosidad y permeabilidad
2. Cuanto más heterogéneo sea el sedimento (partículas grandes y pequeñas) menor será la porosidad y la permeabilidad porque las partículas pequeñas ocuparán los huecos y los taponarán frenando la velocidad de infiltración del agua.
Mayor porosidad y permeabilidad
Sedimento homogéneo
Menor porosidad y permeabilidad
Sedimento heterogéneo
Diaclasado y disolución
Las rocas como la caliza y las rocas endógenas (ígneas y metamórficas) no son porosas ni permeable.Sin embargo al ser fracturadas y en el caso de las calizas por la actuación combinada de fracturas, diaclasas y disolución se abren canales por los que circula el agua.
Litificación
Formación de rocas sedimentarias, compactación y cementación de las partículas de un sedimento disminuye la porosidad y la permeabilidad.
Localización del agua subterránea
Tipos de agua:1. Agua muy próxima a las partículas sólidas:
1. Agua higroscópica, molecular, pelicular o ligada2. Agua capilar
2. Agua gravitacional
Partícula sólida
Agua higroscópica
Agua capilar
Agua higroscópica
Partícula sólida
Aire
Agua higroscópica:Íntimamente unida a las partículas del suelo debido a cargas eléctricas.No puede ser utilizada por las plantas
Agua capilar:El agua que queda atrapada en los poros de muy pequeño tamaños (poros capilares) y que no cae por gravedad.
Agua gravitacional:Agua separada de las partículas sólidas el espacio suficiente como para caer por gravedad y no verse retenida por fuerzas eléctricas o por capilaridad.Puede ser absorbida por la plantas.
Las rocas y/o formaciones geológicas presentan diferente capacidad para retener agua y permitir su desplazamiento a través de ellas.Según esa capacidad se dividen en:
1. Acuífugos2. Acuicludo3. Acuitardo4. Acuífero
AcuífugoFormación geológicaque no contiene aguaporque no puede retener ni circular agua a travésde ella.Ejemplo: granito o esquistoinalterados y no fracturados.
¿Cómo se mueve el agua a través de las rocas?
Acuicludo:
Rocas o formación geológica que contienen agua pero no permite que el agua circule a través de ella.Ejemplo: limos y arcillas.
Acuitardo:
Rocas o formación geológica que contiene agua pero circula con mucha dificultad.Ejemplo: arenas arcillosas, areniscas, rocas compactas alteradas y/o fracturadas.
Acuífero:
Rocas y formación geológica en la que se almacena gran cantidad de agua y permite su circulación a través de ella con facilidad.Ejemplo: arenas, gravas, rocas compactas con mucha fracturación.
Roca impermeable
Zona saturada
Nivel freático
Zona de aireacióno
vadosa
Subzona de evapotranspiración
Subzona intermedia
Franja capilar
Estructura de un acuífero
Roca impermeable: roca o formación geológica en donde no se almacena el agua ni puede circular el agua.Retiene el agua y empieza a almacenarse.
Zona saturada: roca o formación geológica en donde se almacena el agua y puede circular el agua tanto vertical como horizontalmente. Todos los poros están llenos de agua gravitacional. Formado por rocas permeables y/o porosas
Nivel freático:Nivel máximo que alcanza el agua en la zona vadosa. Asciende en la época de máxima carga y desciende en la época de sequía.
Franja capilar: zona íntimamente ligada a la zona vadosa. El agua está unida a fuerzas capilares por lo que no fluye con facilidad como en la zona saturada.
Subzona intermedia vadosa: el agua se desplaza verticalmente hacia las zonas inferiores por gravedad, este fenómeno se llama percolación.
Subzona de evapotranspiración: extensión comprendida entre la superficie y el límite de las raíces de las plantas.
Nivel freáticoProfundidad en la que selocaliza el aguasubterránea, corresponde allímite superior de la zonasaturada u la vadosa (aireación= no saturada)
Características:1. Varía según las épocas del año: está más
próximo a la superficie en las épocashúmedas.
2. Sigue el diseño de la topografía de lasuperficie: el nivel freático no es linealsino que sigue más o menos la forma dela superficie, esto es debido a la lentituda la que se mueve el agua en elsubsuelo.
3. La presión del acuífero a la altura delnivel freático es igual a la atmosférica. Elacuífero aumenta su presión enprofundidad a partir del nivel freático.
Nivel freático y los ríos
Río efluente:El río recibe agua del acuífero.
Río influente:El río cede agua al acuífero.El nivel freático desciende por faltade precipitaciones y el agua del río seinfiltra para ceder agua al acuífero.
Un río o cualquier corriente de agua superficial puede serefluente en unas zonas de su trayecto, normalmente las másaltas, e influente en otras, normalmente las más bajas.
Nivel freático y fuentes o manantiales
Fuente o manantial:Agua que brota de manera natural delsuelo o de las rocas.
¿Cuándo se forma una fuente omanantial?Cuando la zona saturada del acuífero sepone en contacto con la superficie delterreno en una zona no horizontal.
f: fuente o manantial
Tipos de acuíferos
1. Acuífero libre2. Acuífero semiconfinado3. Acuífero confinado4. Acuífero colgado
Acuífero libre:La zona de saturación seencuentra en contacto directocon la superficie.El agua se encuentra a presión
atmosféricaSu carga y descarga se produceen función de la época del año ylos regímenes de precipitaciones.
Acuífero confinado o cautivo:La zona de saturación seencuentra limitada por abajo ypor arriba por un materialimpermeable.El agua se encuentra a una
presión mayor que laatmosférica.El agua no se pierde ni serecarga.Acuífero semiconfinado o mixto:
En la zona de saturación se diferencian doszonas, una en la que está limitada por rocasimpermeables y otra en la que está en contactocon la superficie del terreno.También pueden formarse cuando los materialesque se disponen encima de la zona de saturaciónsean semiimpermeables, limitando eldesplazamiento del agua hacia arriba.La presión del acuífero será mayor que laatmosférica en la zona cautiva e igual en la zonalibre.La recarga de éste acuífero se producirá por lazona libre.
Acuífero colgado:Son aquellos que se encuentranseparados de la zona de acuíferoregional.Si se dispone un material impermeable oun acuicludo por encima del nivelfreático, se puede retener aguaformando el acuífero colgado que poco apoco puede ceder agua al acuíferogeneral o formar fuentes.
Pozos artesianos
Excavación que se realiza para obtener agua.Los primeros pozos que se realizaron fue en la región de Artois, en el norte de Francia, en 1750. De ahí viene el nombre de artesianos.
Los pozos artesianos se construyen en acuíferos cautivos osemiconfinados porque en ellos la presión del acuífero esmayor que la atmosférica.Cuando un pozo artesiano alcanza un acuífero de éstos, elagua tiende a ascender espontáneamente, hasta la altura enla que se iguala la presión hidrostática del agua con laatmosférica, este es el llamado nivel piezométrico
Tipos de pozos:1. Pozo surgente: en el que el agua brota por encima de la superficie
topográfica2. Pozo no surgente: en el que el agua alcanza el nivel piezométrico
pero está por debajo de la superficie topográfica.
1. Acuífero confinado o semiconfinado2. Capas impermeables o acuicludos3. Zona de carga del acuífero4. Pozo artesiano surgente5. Nivel piezométrico6. Pozo no surgente7. Fuente o manantial
Acuíferos y rocas
Rocas detríticas:se forman a partir de procesos de litificación de sedimentosque provienen de otras rocas.En principio pueden formar buenos acuíferos. Dependen de:•La homogeneidad o heterogeneidad del grano•Compactación•Cementación•Presencia o ausencia de materiales arcillosos que puedencolapsar los poros.Se llaman acuíferos detríticos.
Rocas volcánicas:Son rocas con elevada permeabilidadpor lo que pueden originar buenosacuíferos.Llamados acuíferos volcánicos
Rocas ígneas y metamórficas:Son materiales acuífugos. Noretienen agua. Su permeabilidadprimaria es muy baja.Si presentan fracturas o diaclasasel agua puede almacenarse y/ocircular por ellas y formarpequeños acuíferos.Se denominan acuíferos ígneosy/o metamórficos.
Rocas carbonatadas:Son impermeables pero el proceso de carbonatación las hacesolubles que junto con el fracturado y diaclasado de la zonapermite el almacenaje y circulación del agua subterránea.Son los acuíferos karsticos.
