Composición, Distribución y Propiedades de la Hidrosfera
1. Composición y Distribución de la Hidrosfera
1.1. Distribución del Agua en la Hidrosfera
Si el agua de la hidrosfera estuviera repartida uniformemente alrededor de la Tierra, representaría una capa de cerca de 3 km de espesor; pero su distribución no es uniforme. Podríamos considerar seis compartimentos o sistemas acuáticos: océanos, depósitos de hielo, aguas subterráneas, aguas superficiales, atmósfera y biosfera. Según el autor que se consulte, las estimaciones sobre el volumen de agua presente en cada compartimento varían ligeramente, y el mayor interrogante lo presentan las aguas subterráneas.
1.2. Composición Química de la Hidrosfera
Una característica importante del agua es su capacidad para actuar como disolvente de gases, líquidos y sólidos. Este poder disolvente es la causa de que en la naturaleza el agua no se encuentre en estado puro. En el agua se disuelven gases, sólidos cristalinos que se transforman en iones y sustancias orgánicas con enlaces polares; también hay sustancias orgánicas muy grandes que no llegan a disolverse en el agua y permanecen en estado coloidal. Las aguas (especialmente las de los ríos) también tienen sustancias en suspensión procedentes de la erosión de las rocas y los suelos. En este apartado nos vamos a centrar en los iones y gases disueltos.
Salinidad
- Agua del mar: La salinidad del agua del mar es de alrededor de 35.000 ppm (mg/L), es decir, cada litro de agua de mar tiene de 34 a 39 gramos de sales minerales. Aunque puede variar de un lugar a otro (debido a la evaporación, congelación, dilución), la proporción entre los diferentes elementos que se encuentran en disolución es bastante constante, siendo el Cl– y el Na+ los iones más abundantes.
- Aguas continentales: La composición química de las aguas continentales es, en cambio, muy diversa, tanto en la cantidad de sales (desde menos de 10 mg/L hasta valores superiores a los del mar) como en la proporción de estas. Lo más normal es que abunde entre los aniones el bicarbonato y entre los cationes el calcio, aunque pueden existir otras proporciones.
El agua de la lluvia tiene un pH ligeramente ácido (alrededor de 6); al caer al suelo disuelve minerales aumentando su alcalinidad y su pH. Las rocas sedimentarias son muy solubles, por lo que el agua de drenaje de esas rocas tiene alta alcalinidad y pH neutro o básico. Las rocas ígneas o metamórficas (granitos, gneis, cuarcitas) están formadas, en general, por materiales menos solubles, por lo que su agua de drenaje tiene bajos pH, alcalinidad y salinidad.
Gases disueltos
Los gases presentes en el aire son todos solubles en el agua, pero sus proporciones no son similares en ambos elementos, ya que tienen diferente solubilidad. Por ejemplo, el oxígeno es 31 veces menos soluble que el dióxido de carbono, por lo que la relación O2/CO2 (que en el aire es de 635) en el agua es solo de 21. La solubilidad de los gases disminuye con el aumento de la temperatura; esto es de suma importancia para los seres vivos de los medios acuáticos y es un factor que se debe tener en cuenta en relación con la contaminación de las aguas con sustancias orgánicas biodegradables.
1.3. Características Físicas de los Medios Acuáticos
El agua presenta unas propiedades físicas excepcionales:
- Hierve a 100 °C y se solidifica a 0 °C (a presión de una atmósfera); estos son valores de temperatura muy comunes en nuestro planeta, por lo que se encuentra en condiciones naturales en las tres fases: sólida, líquida y gaseosa.
- Tiene un elevado calor específico (únicamente el hidrógeno líquido, el litio y el amoníaco tienen un calor específico superior). Dicho de otro modo, el agua es una sustancia difícil de calentar (para hacer pasar 1 g de agua de 0 °C a 1 °C se necesita 1 caloría, mientras que en el caso del aire son solo necesarias 0,238 calorías). Esto confiere a los medios acuáticos una gran estabilidad térmica, haciendo que la amplitud anual de temperaturas en tales medios sea mucho menor que la que se produce en el aire. Debido a esta propiedad, los océanos actúan como reguladores del clima: en verano refrescan los continentes y en invierno los calientan.
- La densidad varía en función de la temperatura, pero mientras que casi todas las sustancias se vuelven más densas al disminuir la temperatura, el agua tiene una densidad máxima a 4 °C y disminuye al alejarse de esa temperatura. La consecuencia de esta propiedad es que el hielo flota en el agua líquida y que el agua más caliente flota sobre el agua más fría. Otro factor, además de la temperatura, que influye en la densidad del agua de los océanos y continentes es su contenido en sales. A mayor salinidad, mayor densidad.
- El agua pura absorbe de manera selectiva las radiaciones de diferente longitud de onda. Las radiaciones ultravioletas e infrarrojas son rápidamente absorbidas; las radiaciones visibles llegan a mayor profundidad, y el color azul es el que presenta el coeficiente de extinción más bajo. La materia disuelta y en suspensión también absorbe las radiaciones, por lo que la distribución en profundidad de la cantidad y tipo de luz dependerá de las sustancias que contenga el agua.
Las dos últimas propiedades son las responsables, junto con la gravedad, de que los medios acuáticos profundos (océanos y lagos) se estructuren según un eje vertical.
Distribución de la luz con la profundidad
La absorción de la luz en una columna de agua ocurre de manera exponencial, en función de la profundidad y del coeficiente de extinción de la luz (constante que depende de las sustancias que contiene el agua):
- Zona fótica: con luz, cerca de la superficie.
- Zona afótica: sin luz, en zonas profundas.
El límite inferior de la zona fótica es el nivel donde la luz que entra en superficie se ha reducido a un 1 %.
Termoclina
La absorción de la radiación solar se produce en los primeros metros de la columna de agua, por lo que con la profundidad la temperatura desciende lentamente hasta llegar a un punto donde en muy pocos metros el descenso se produce muy rápidamente; a esta zona se le denomina termoclina. Debajo de la termoclina la temperatura sigue descendiendo, pero muy lentamente. Se crean así dos capas, una superficial con agua más caliente y menos densa (epilimnion) que flota sobre otra más fría y densa (hipolimnion). La termoclina impide la mezcla del agua que hay por encima de ella con la que hay por debajo, lo que trae consecuencias importantes para los seres vivos que habitan estos medios. Por ejemplo, por encima de la termoclina disminuyen los nutrientes al ser consumidos por el fitoplancton y sedimentados a capas más profundas; en las capas profundas puede disminuir o incluso desaparecer el oxígeno, ya que se consume en la oxidación de la materia orgánica y, al no estar en contacto con la atmósfera, no se puede reponer. En las zonas tropicales, en los océanos, existe una termoclina permanente durante todo el año que suele ser muy acusada; en las zonas polares, la temperatura del agua es baja durante todo el año y más o menos constante a cualquier profundidad. En las zonas templadas existe una termoclina durante el verano que desaparece en invierno al disminuir la temperatura del agua en superficie. En los lagos profundos también se puede formar termoclina.