La hidrosfera
5.1. CONCEPTO
La hidrosfera es el subsistema de la Tierra constituido por el conjunto del agua en sus tres estados físicos: líquido, que incluye aguas subterráneas, mares, océanos, lagos y otras masas de agua superficial; sólido, que origina casquetes polares, glaciares, cuerpos de hielo flotantes en el mar (iceberg), etc.; y gaseoso, que se condensa y forma las nubes.
La hidrosfera se originó por la condensación y solidificación del vapor de agua presente en la atmósfera durante las primeras etapas de la formación de la Tierra. Esta capa acuosa constituye una cubierta dinámica, con continuos movimientos y cambios de estado, que regula el clima, participa en el modelado del relieve y hace posible la vida sobre la Tierra, ya que el agua es imprescindible para los seres vivos al facilitar la interacción del resto de biomoléculas. La hidrosfera está estrechamente relacionada con otros sistemas terrestres como la geosfera, la atmósfera y la biosfera.
5.2. DISTRIBUCIÓN DEL AGUA EN LA TIERRA
Se puede considerar que el agua de la hidrosfera se distribuye en tres medios: en los océanos, en los continentes y en la atmósfera.
El agua de la atmósfera
Alrededor de 0,01 x 106 km3 (el 0,001 % del total del agua de la hidrosfera) se halla en la atmósfera en forma de vapor o condensada en las nubes. Esta agua, procedente de la evaporación de masas de aguas marinas y continentales, así como de la evapotranspiración de los seres vivos, es fundamental en los procesos de transporte de materia, y en la distribución de la energía aportada por las radiaciones solares, que caracterizan la dinámica de la hidrosfera.
El agua en los océanos
La mayor parte del agua de la hidrosfera, alrededor de 1.322 x 106 km3 (1.322 billones de litros), se encuentra en estado líquido en los océanos. Representa el 97,5 % del total de la hidrosfera.
El agua de los continentes
Otra parte del agua de la hidrosfera se halla sobre los continentes en algunas de las siguientes formas:
- En los glaciares. Se estima que un 1,7 % del total de la hidrosfera (unos 29,2 x 106 km3) se encuentra en forma de hielo. Las masas principales están en los casquetes polares de la Antártida y del Ártico (formadas en parte, por agua oceánica helada, llamada banquisa), aunque también hay importantes cantidades en las grandes cordilleras.
- Como agua subterránea. Es la parte del agua de las precipitaciones que se infiltra en las rocas y se almacena en sus poros y fisuras. Se calcula que su volumen es de unos 8,4 x 106 km3, lo que representa el 0,75 % del total de la hidrosfera.
- Como agua líquida superficial. El agua que se encuentra sobre la superficie terrestre en forma de ríos, lagos o aguas de arroyada constituye un volumen de unos 0,2 x 106 km3, y representa alrededor del 0,01 % del total del agua del planeta.
5.3. EL CICLO DEL AGUA
Es un sistema gigantesco impulsado por la energía del Sol cuya función es el transporte del agua del planeta de unas zonas a otras bajo sus diferentes estados. El resultado del trasvase de diferentes volúmenes de agua de unos lugares a otros es la interacción dinámica entre la atmósfera, la hidrosfera y la litosfera.
El ciclo del agua se puede dividir en dos partes (externa e interna), ambas se producen a escalas de tiempo diferentes.
- Ciclo hidrológico externo.
- Ciclo hidrológico interno.
Consiste en el movimiento cíclico del agua, ascendente (debido a la energía del Sol), por evaporación directa y transpiración (por los estomas de las plantas), y descendente (debido a la gravedad) por precipitación y escorrentía (tanto superficial como subterránea).
El agua se evapora en la atmósfera desde el océano y, en un grado mucho menor, desde los continentes. Los vientos transportan este aire cargado de humedad, a menudo a grandes distancias, hasta que las condiciones hacen que la humedad se condense en nubes y caiga como precipitación. La precipitación que cae en el océano ha completado su ciclo y está dispuesta a empezar otro. El agua que cae en el continente, sin embargo, debe completar su camino de vuelta al océano.
¿Qué ocurre con la precipitación cuando ha caído en el continente? Una parte del agua se infiltra en el suelo (infiltración) y se mueve hacia abajo (escorrentía subterránea), luego en dirección lateral y, por fin, acaba en los lagos, los ríos o directamente en el océano. Cuando la velocidad de caída de la lluvia es mayor que la capacidad del suelo para absorberla, el agua que no es absorbida, fluye sobre la superficie, proceso denominado escorrentía superficial. La escorrentía superficial es función de las características climáticas, topográficas, geológicas y de vegetación de la cuenca y está íntimamente ligada a la relación entre las aguas superficiales y subterráneas de la cuenca. Nótese que la escorrentía es el resto de lluvia que queda en la superficie después de descontar los fenómenos de evaporación y evapotranspiración, almacenamiento e infiltración a capas inferiores.
Gran parte del agua que se infiltra o que corre por la superficie, acaba por encontrar la manera de volver a la atmósfera por medio de la evaporación desde el suelo, los lagos y las corrientes superficiales. Además, parte del agua que se infiltra en el suelo es absorbida por las raíces de las plantas, que después la liberan a la atmósfera. Este proceso se denomina transpiración. Dado que no podemos distinguir claramente entre la cantidad de agua que se evapora y la cantidad que es transpirada por las plantas, se suele utilizar el término evapotranspiración para definir el efecto combinado.
Cuando la precipitación cae en zonas muy frías (latitudes y altitudes altas) el agua no puede infiltrarse, correr o evaporarse rápidamente sino que se acumula en forma de nieve o hielo. De esta manera, los glaciares almacenan grandes cantidades de agua sobre la Tierra.
Tiene lugar en el interior de la Tierra. La dinámica litosférica hace que, cuando en los procesos subductivos las placas se funden al incorporarse a la astenosfera, los episodios magmáticos que se producen incorporan el agua que iba empapando las rocas subducidas, con lo que ésta entra a formar parte del agua magmática y del ciclo hidrológico interno, liberándose, a veces, en los procesos volcánicos y reincorporándose de nuevo al ciclo hidrológico externo. A estas aguas magmáticas se pueden añadir las que proceden de la desgasificación de los magmas derivados de la fusión de rocas que nunca han estado en la superficie (aguas juveniles). La cantidad de agua reintroducida en el manto compensa a la que sale por las dorsales.
Además, otra parte del agua se introduce en las estructuras minerales (agua de hidratación) o se incorpora a los sedimentos en las cuencas sedimentarias quedando almacenada en las rocas.
5.4. BALANCE HÍDRICO GENERAL
El ciclo hidrológico representado en la figura, podría ser cuantificado para el conjunto de la superficie terrestre mediante el balance hídrico. El balance hídrico representa el balance entre los aportes de agua por las precipitaciones y su salida mediante evapotranspiración, recargas subterráneas y corrientes superficiales.
Podemos exponer el balance hídrico mediante la siguiente ecuación:
P = ESB + ESP + EVT
P = Precipitación; ESB = Escorrentía subterránea; ESP = Escorrentía superficial; EVT = Evapotranspiración
a) Balance hídrico continental . En los continentes, la precipitación es superior a la evapotranspiración lo que origina un excedente que es devuelto a los océanos mediante la escorrentía superficial y subterránea.
BH continental = P (106) - EVT (69) - Esc (37) = 0 km3/año
b) Balance hídrico oceánico . En los océanos, la precipitación es menor que la evaporación lo que origina un déficit.
BH oceánico = P (382) - Evp (419) = -37 km3/año
La escorrentía permite que el balance positivo de los continentes se equilibre con el balance negativo de los océanos.
Puesto que las entradas de materia al sistema (P) son de 488 km3/año y las salidas (ESB + ESP + EVT) suponen la misma cantidad, consideramos el ciclo del agua cerrado para la materia. Si bien no es estrictamente correcta tal suposición, se puede aceptar como válida, habida cuenta que tan sólo existe una pequeña aportación de agua al ciclo procedente de los procesos magmáticos y metamórficos, que compensa la pérdida que se registra en la incorporación de agua a los sedimentos y a la estructura de los minerales. Por otra parte, parece evidente que el volumen de agua de los océanos ha permanecido invariable durante, al menos, los últimos 500 millones de años, lo que apoya la anterior afirmación.
Se llama tiempo de residencia al tiempo que una molécula de agua permanece en los ríos, mares, lagos... Estos tiempos varían, desde 20 días en los ríos, 10 días en la atmósfera, a 3.000 años en los océanos.