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8.4: El ciclo hidrológico

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    Los principales reservorios de agua en la Tierra son océanos, glaciares, aguas subterráneas, ríos y lagos. El agua pasa diferentes cantidades de tiempo en los distintos embalses. Los principales factores que controlan la cantidad de tiempo que el agua permanece en un reservorio son la cantidad de agua en el reservorio y la rapidez con la que entra y sale el agua. El ciclo hidrológico (ciclo del agua) representa un ciclo global continuo de agua de un reservorio a otro (Figura\(\PageIndex{1}\)).

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    Figura\(\PageIndex{1}\): El ciclo del agua a escala global que muestra el agua que se mueve a través de todos los principales embalses, incluido el embalse oceánico (fuente https://science.nasa.gov/earth-scien...an-water-cycle).

    Para obtener una apreciación más profunda del ciclo del agua, sigamos una molécula de agua a través del ciclo del agua. Comenzando en el océano (un punto de partida arbitrario) la molécula de agua puede convertirse en parte del agua que se convierte en vapor y entrar a la atmósfera. La energía térmica del sol, que impulsa el ciclo del agua, calienta el agua en los océanos y provoca la evaporación. La evaporación es el proceso por el cual el agua cambia de un líquido a un gas o vapor. La evaporación es la vía principal que el agua toma desde el estado líquido de regreso al ciclo del agua como vapor de agua atmosférico. Casi el 90% de la humedad en la atmósfera proviene de la evaporación, y el 10% restante proviene de la transpiración. La transpiración es el proceso por el cual la humedad se transporta a través de las plantas desde las raíces hasta los pequeños poros (estoma) en la parte inferior de las hojas, donde cambia a vapor y se libera a la atmósfera. La transpiración es esencialmente la evaporación del agua de las hojas de las plantas. Las corrientes de aire ascendentes llevan el vapor a la atmósfera, junto con el agua de la evapotranspiración, que es una combinación de agua que se desprende de las plantas y que se evapora del suelo. El vapor se eleva hacia el aire donde temperaturas más frías hacen que se condense en nubes. La condensación es el proceso por el cual el vapor de agua se convierte del estado gaseoso de nuevo en estado líquido. Las nubes eventualmente podrían crecer y lo suficientemente húmedas como para liberar la molécula de agua en forma de precipitación. La precipitación es agua que cae de las nubes en la atmósfera en forma de hielo (nieve, aguanieve, granizo) o líquido (por ejemplo, lluvia, llovizna). Las precipitaciones que caen como nieve pueden acumularse como casquetes de hielo y glaciares.

    ¿Sabías que el glaciar más grande de la Tierra es la capa de hielo de la Isla Severny en el Ártico ruso?

    La precipitación que cae como líquido suele terminar como flujo superficial y flujo de corriente. La escorrentía superficial es la precipitación que viaja sobre la superficie del suelo hasta el canal de arroyos más cercano. El flujo de corriente es el movimiento del agua en un canal natural, como un río. La mayor parte de la precipitación cae directamente sobre el océano y devuelve la molécula de agua para reiniciar el viaje. Esto también es cierto para la escorrentía superficial, la mayor parte del agua finalmente regresa al océano a través del flujo de la corriente. Esto también devuelve la molécula de agua de vuelta al océano para comenzar de nuevo el viaje.

    Una porción del agua que cae como precipitación puede ingresar a lagos donde puede evaporarse nuevamente a la atmósfera, condensarse y volver a caer como precipitación nuevamente. El agua en el lago también puede ser absorbida por las plantas y transpirada de nuevo a la atmósfera. Parte del agua que cae como precipitación puede infiltrarse en el suelo y formar parte del agua subterránea. La infiltración es el proceso por el cual el agua ingresa al subsuelo por extracción de gravitación. Parte del agua se infiltra en el suelo y repone los acuíferos (roca subsuperficial saturada), que almacenan grandes cantidades de agua dulce durante largos períodos de tiempo. Parte de la infiltración permanece cerca de la superficie terrestre y puede filtrarse de nuevo en cuerpos de agua superficial (y el océano) como descarga de agua subterránea, y algunas aguas subterráneas encuentran aberturas en la superficie terrestre y emergen como manantiales de agua dulce. Las raíces de las plantas absorben aún más agua subterránea para terminar como evapotranspiración de las hojas. Con el tiempo, sin embargo, toda esta agua sigue moviéndose y la mayor parte termina en el océano.

    Componentes del Ciclo Hidrológico

    La mayoría de las precipitaciones caen en forma de lluvia pero hay otras formas como nieve, granizo y aguanieve. Una vez que corre lo suficiente, la escorrentía de agua superficial se genera cuando el suelo está saturado o impermeable. El agua superficial es un componente importante del ciclo hidrológico y uno con el que interactuamos de manera muy regular. Incluye lagos, humedales, escorrentía de aguas pluviales (flujo terrestre), estanques, baches, ríos y arroyos.

    Arroyos y Ríos

    Un río se forma a partir del agua que se mueve de mayor altitud a menor altitud, bajo la fuerza de la gravedad. Cuando la lluvia cae sobre la tierra, o bien se evapora, se filtra en el suelo o se convierte en escorrentía (agua que corre por la superficie). Cuando el agua corre sobre la superficie terrestre generalmente converge a medida que se mueve hacia una elevación más baja. La escorrentía convergente puede concentrarse en canales únicos de transporte llamados arroyos, arroyos o ríos. Por lo general, estos comienzan como pequeños riachuelos y riachuelos que se unirían cuesta abajo en arroyos y arroyos más grandes que también pueden unirse río abajo para formar ríos aún más grandes. Los arroyos y ríos que se unen para formar un río más grande se denominan afluentes, Figura\(\PageIndex{2}\). La superficie terrestre drenada por un río y todos sus afluentes se denomina cuenca hidrográfica o cuenca hidrográfica o cuenca fluvial.

    El área adyacente a un río que inunda con frecuencia es una llamada llanura aluvial. Las llanuras aluviales son áreas que los ríos utilizan para almacenar temporalmente el exceso de agua durante los eventos de tormenta y con frecuencia contienen suelos muy fértiles. Esto ha alentado históricamente a los humanos a trasladarse a las llanuras aluviales y utilizarlas para la agricultura, resultando en una reducción en la capacidad de la llanura aluvial para actuar como almacenamiento temporal del exceso de agua durante los eventos de tormenta, lo que ha provocado un aumento de las inundaciones dañinas aguas abajo Las llanuras aluviales que funcionan correctamente reducen los impactos negativos de las inundaciones (al reducir la severidad de las inundaciones), y ayudan a filtrar las aguas pluviales y proteger la calidad del agua de los ríos. También actúan como áreas de recarga para aguas subterráneas.

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    Figura\(\PageIndex{2}\): Sistemas fluviales. (A) Un río con un pequeño afluente (B) Un río serpenteante con una llanura aluvial madura (C) Una imagen satelital del sistema fluvial con múltiples afluentes (Fuente USGS)

    Estados Unidos cuenta con numerosos ríos que recorren todo el paisaje de la nación. Se estima que Estados Unidos tiene más de 200, 000 ríos siendo el río Mississippi el más grande por volumen a pesar de que solo es el segundo más largo. El río Missouri es el río más largo de Estados Unidos. La mayoría de los estados tienen al menos un río importante. En Georgia, los principales ríos son los ríos Flint, Ochlockonee, Suwannee, Saint Marys, Satilla, Ogeechee, Altamaha, Oconee, Savannah, Chattahoochee, Tallapoosa, Coosa, Ocmulgee y los ríos Tennessee (Figura\(\PageIndex{3}\)).

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    Figura\(\PageIndex{3}\): Cuencas principales de Georgia que representan los principales ríos del estado. (Fuente División de Protección Ambiental de Georgia: georgiaadoptastream.com)

    Estos ríos son muy importantes para abastecer de agua a las ciudades y poblaciones de los estados. Los ríos también contienen importantes comunidades biológicas y brindan oportunidades de recreación como natación, pesca y rafting en aguas bravas. Los ríos son muy importantes y controlan en gran medida los patrones de asentamiento en todo el mundo. Las principales ciudades, comunidades, fábricas, industrias y centrales eléctricas se encuentran a lo largo de los ríos. Por lo tanto, es muy importante proteger la calidad e integridad de los ríos de todo el mundo.

    Desafortunadamente, la mayoría de los ríos del mundo están demasiado contaminados para apoyar ciertas actividades humanas, especialmente nadar, pescar y beber. Cerca de la mitad de los ríos en Estados Unidos han sido considerados demasiado contaminados para apoyar la natación y la pesca. Muchos de los ríos también han sido canalizados, dragados o incautados por presas que han arruinado su capacidad para apoyar muchas actividades humanas y biológicas. Se estima que más de 600, 000 millas fluviales han sido represas en Estados Unidos. Los beneficios de las presas para los humanos incluyen proporcionar una fuente de agua (embalses y estanques de granjas), aguas recreativas y reducir las inundaciones locales. Por otro lado, las represas también pueden tener impactos negativos en las personas y el medio ambiente. Pueden provocar un aumento de las inundaciones severas aguas abajo de la presa, especialmente durante eventos de lluvia alta.

    Los embalses pueden atrapar sedimentos de la corriente, lo que resulta en una reducción del suministro de sedimentos aguas abajo, así como un aumento de la deposición detrás de la presa. Este cambio en el flujo de sedimentos puede alterar y dañar los hábitats acuáticos y puede aumentar la erosión de la corriente aguas abajo debido a la falta de suministro de sedimentos. Los embalses también pueden evitar que ciertos organismos acuáticos migren aguas arriba o aguas abajo, reduciendo así su alcance y habilidades para sobrevivir a los cambios ambientales, así como cortarlos de las áreas de desove. La construcción de presas también puede ocasionar el desplazamiento de la población local y la pérdida de tierras tradicionales e historia cultural. Los embalses y estanques generalmente se forman detrás de estos embalses.

    Lagos, embalses y estanques

    Si el agua fluye hacia un lugar que está rodeado por tierras más altas por todos lados, se formará un lago (Figura\(\PageIndex{4}\)). Un lago, estanque o embalse es un cuerpo de agua estancada en la superficie terrestre. Cuando la gente construye presas para evitar que fluyan los ríos, los lagos que se forman se llaman embalses. Se estima que más de 300 millones de cuerpos de agua en el mundo son lagos, embalses y estanques. La mayoría de los lagos de la Tierra (alrededor del 60%) se encuentran en Canadá. A pesar de que los lagos y ríos contienen menos del 1% del agua de la Tierra, Estados Unidos obtiene más de dos tercios (70%) de su agua (para consumo, industria, riego y generación de energía hidroeléctrica) de lagos y embalses. Los lagos también son la piedra angular de la industria pesquera de agua dulce de Estados Unidos y son la columna vertebral de las industrias turísticas estatales de la nación y las actividades recreativas en aguas continentales. (http://water.epa.gov/type/lakes/)

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    Figura\(\PageIndex{4}\): Lago Sinclair en los condados de Baldwin y Putnam (Créditos fotográficos: GCSU Hydrology Research lab)

    Humedal

    Un humedal es un área que alberga agua estancada durante partes notables del año, tiene suelos saturados durante gran parte del año y tiene plantas que requieren grandes cantidades de agua para sobrevivir. Los humedales incluyen pantanos, pantanos y pantanos. Los humedales se identifican utilizando tres características: suelos (están presentes suelos saturados de agua), hidrología (capa freática poco profunda) y vegetación (plantas de humedales que se adaptan a áreas que están saturadas de agua por largos periodos de tiempo). Los humedales son áreas muy importantes de diversidad biológica y productividad. Estas son también áreas importantes donde se llevan a cabo ciclos y procesos geoquímicos y biológicos de manera consistente. Por ejemplo, los humedales son considerados como áreas de secuestro (almacenamiento) significativo de carbono, lo que impacta el cambio climático global. También actúan como filtros para la escorrentía de aguas pluviales antes de que entre en ríos y lagos.

    Océanos

    Como probablemente ya habrás adivinado, los océanos son un componente importante del ciclo hidrológico porque almacenan la mayor parte de toda el agua en la Tierra (alrededor del 95%). La mayoría de los principales ríos desembocan en ellos. Los cinco océanos que cubren la superficie de la Tierra son el Atlántico, Índico, Pacífico, Ártico y el Océano Austral (Figura\(\PageIndex{5}\)).

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    Figura\(\PageIndex{5}\): Los cinco océanos que se encuentran en el planeta Tierra. El Océano Pacífico es el más grande. Fuente: woodshole.er.usgs.gov/projec... es/primer.html

    Aproximadamente el 90% del agua que se evapora en el ciclo hidrológico proviene del océano. Los océanos son una parte importante y gran parte del ciclo hidrológico, con mucha diversidad biológica y muchos movimientos geográficos. D id sabes que la profundidad promedio de los océanos es de unos 3.6 km con una profundidad máxima que puede superar los 10 kilómetros en áreas conocidas como trincheras oceánicas? El océano también es el hogar de muchas formas de vida adaptadas de manera única para sobrevivir en este hábitat. Desafortunadamente, los humanos han degradado los océanos y su vida a través de la contaminación, la sobrepesca, la acidificación del dióxido de carbono y la explotación de recursos. La Figura 8.4.6 muestra un par de ejemplos de impactos humanos en el medio ambiente oceánico.

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    Figura\(\PageIndex{6}\): Basura lavada en la playa (A) y sellar enredos y ser luchado por basura plástica en el océano (B).

    También vea el video del Planeta Habitable: Océanos Video vwww.learner.org/courses/envs... nit=3&SecNum=1

    Agua subterránea

    Almacenamiento y Flujo

    Casi el 99% del agua dulce disponible se encuentra debajo de la superficie como agua subterránea. El agua subterránea no es creada por algunos procesos misteriosos bajo tierra, sino que forma parte del agua reciclada en el ciclo hidrológico. Cuando cae la precipitación, parte del agua corre por la superficie mientras que otra se infiltra en el suelo. El agua subterránea se repone cuando el agua se mueve desde la superficie, a través de rocas insaturadas o sedimentos (insaturados), todo el camino hacia abajo por las partes saturadas (zona saturada) en un proceso llamado infiltración y se convierte en agua subterránea (Figura\(\PageIndex{7}\)). La parte superior de la porción saturada se llama el nivel freático, que es el límite entre la zona saturada e insaturada.

    El agua subterránea se encuentra en los acuíferos, que son cuerpos de roca o sedimento que almacenan (y producen) grandes cantidades de agua utilizable en sus poros. La productividad del acuífero está controlada por la porosidad y permeabilidad. La porosidad es el porcentaje de espacio abierto en un cuerpo de roca o sedimento. La permeabilidad es la capacidad del material subsuperficial para transmitir fluidos. El agua subterránea se encuentra en la zona saturada de un cuerpo rocoso donde todos los poros están llenos de agua. Un concepto importante es que el agua superficial siempre se mueve de mayor elevación a menor elevación, mientras que el agua subterránea siempre se mueve de mayor energía (carga hidráulica) a menor energía.

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    Figura\(\PageIndex{7}\): Modelo de sistema de agua subterránea que muestra los diferentes componentes de un sistema de aguas subterráneas no confinadas: water.usgs.gov/edu/earthgwaquifer.html

    El agua subterránea continuará fluyendo hasta que emerja como un manantial, o se desprenda en cuerpos de agua superficiales en la tierra o en el océano. Para utilizar agua subterránea, perforamos agujeros (pozos) en el suelo y bombeamos el agua hacia afuera.


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