HIDROSFERA

CAPAS FLUIDAS (HIDROSFERA) 5. LA HIDROSFERA. Concepto. Distribución del agua en la Tierra. El ciclo del agua. Balance hídrico general. Conceptos básicos: compartimentos de la hidrosfera, precipitación, escorrentía, evapotranspiración, infiltración. 6. RECURSOS HÍDRICOS Y GESTIÓN DEL AGUA. Las aguas superficiales: embalses y trasvases. Plantas desaladoras. Energía hidroeléctrica y mareal. Las aguas subterráneas. Usos y consumo del agua. Conceptos básicos: cuenca hidrográfica, red de drenaje, divisoria de aguas, escorrentía superficial, acuífero, nivel freático, manantial, uso consuntivo y no consuntivo, porosidad, permeabilidad. 7. IMPACTOS SOBRE LA HIDROSFERA. Contaminación de las aguas marinas y continentales. Eutrofización. Contaminación de las aguas subterráneas. Sobreexplotación y salinización de acuíferos. Medidas preventivas de la contaminación de las aguas. Conceptos básicos: tipos de contaminantes (biológicos, químicos, físicos, biodegradables y no biodegradables).

5.1 Distribución del agua en la hidrosfera Cuando la Tierra se fue formando, hace unos 4600 millones de años, las altas temperaturas hacían que toda el agua estuviera en forma de vapor. Al enfriarse por debajo del punto de ebullición del agua, gigantescas precipitaciones llenaron de agua las partes más bajas de la superficie formando los océanos. Se calcula que unas decenas o cientos de millones de años después de su formación ya existirían los océanos La hidrosfera es una capa discontinua de agua que envuelve parte de nuestro planeta, es una característica que nos distingue de otros planetas en nuestro Sistema Solar. Si toda el agua se repartiese uniformemente por todo el planeta, representaría una capa de 3 km de espesor; no obstante, está repartida en seis compartimentos o subsistemas acuáticos: océanos, depósitos permanentes de hielo, aguas subterráneas, aguas superficiales, atmósfera y biosfera. Los valores totales en cada uno de estos subsistemas pueden variar ligeramente; sin embargo, en las aguas subterráneas no se pueden tener datos concretos. Casi la totalidad del agua se encuentra en los mares y océanos en forma de agua salada. De las aguas dulces la mayor parte está en forma de hielo y en aguas subterráneas. El agua situada sobre los continentes y la que está en la atmósfera son las cantidades proporcionalmente menores, aunque su importancia biológica es grande. Una aproximación sería la siguiente:

Distribución del agua

Agua líquida oceánica 1322·106 km3

Agua sólida oceánica 26·106 km3

Epicontinentales 225 000 km3

En la atmósfera 12 000 km3

Aguas subterráneas 2-8 ·106 km3

Es importante destacar que el volumen del agua retenida en forma de hielo es muy importante (teniendo en cuenta que estamos en un periodo interglaciar) y también es muy importante el volumen de aguas subterráneas que es mayor al volumen de lagos y ríos. La cantidad de agua de la hidrosfera se puede considerar constante. Existen reacciones de fotodisociación provocadas por la radiación solar y también agua que entra con los meteoritos, pero ambas cantidades pueden considerarse despreciables. El agua que sale del interior de la Tierra por fuentes termales o en erupciones volcánicas se compensan con el agua que entra en la litosfera por las zonas de subducción.

5.2 Dinámica general del agua en la hidrosfera

Los diferentes depósitos de la hidrosfera están conectados y el agua fluye a través de ellos configurando un ciclo prácticamente cerrado, que se mantiene en funcionamiento gracias al aporte de energía solar y a la fuerza gravitatoria. El ciclo del agua se puede dividir en dos partes, una externa y otra interna; ambas se producen a escalas de tiempo diferentes. El ciclo que tiene lugar en el interior del planeta es muy poco conocido; básicamente su funcionamiento es el siguiente: El agua sale del manto por vulcanismo en las dorsales oceánicas, una fracción del agua del mar se incorpora a corteza oceánica y vuelve a introducirse en las zonas de subducción; parte es expulsada de nuevo por el vulcanismo asociado a la subducción y parte es reinyectada al manto. La cantidad de agua reintroducida en el manto compensa a la que sale por las dorsales. El ciclo hidrológico externo es posible debido a unos procesos que hacen pasar el agua de unos compartimentos de la hidrosfera a otros, en algún caso con cambio de estado. Los procesos son los siguientes: Precipitación: Caída de agua líquida o sólida sobre la superficie terrestre a partir del vapor de agua atmosférico. La forma más común de precipitación es la lluvia, la nieve, el granizo y el rocío o la escarcha. Evapotranspiración. Incluye a la evaporación, por la cual el agua líquida de la superficie terrestre pasa a la atmósfera en forma de vapor mediante un mecanismo exclusivamente físico (ocurre en la superficie de las masas de agua como mares, lagos, ríos etc.) y la transpiración cuando se produce por la acción de los seres vivos, especialmente la vegetación. Infiltración: El agua que cae sobre la superficie continental penetra a través del suelo, más o menos profundamente, pudiéndose incorporar a las aguas subterráneas. Escorrentía: Es el proceso por el cual el agua discurre por la superficie continental, a favor de la pendiente, hacia el mar. Se produce cuando el suelo ya no tiene capacidad de infiltrar toda el agua que ha recibido por precipitación; se denomina escorrentía superficial o directa para distinguirla de la escorrentía subterránea, que se refiere al movimiento horizontal del agua subterránea, generalmente a escasa velocidad. Por lo tanto, el caudal de agua que llevan los ríos resulta e las aportaciones superficiales, escorrentía superficial y de las descargas de la escorrentía subterránea de la cuenca hidrográfica correspondiente. El tiempo de residencia es el tiempo estadístico que una molécula de agua permanece en cada uno de los seis compartimentos de la hidrosfera. En los casquetes polares es el mismo que en una cuenca oceánica. El agua subterránea profunda puede tener tiempo de residencia de millones de años; por eso se llama agua fósil ya que se han originado hace mucho tiempo y están en un típico acuífero confinado. Estos acuíferos no se pueden recargar y su uso agotaría su existencia. El ciclo hidrológico es el mecanismo que regula térmicamente la superficie del globo, transportando materia y energía desde las zonas más calientes a las más frías.

5.3 Balance hídrico general.

Es la relación entre las entradas (debidas a las precipitaciones) y las salidas (debidas a las evapotranspiraciones y las ecorrentías subterráneas y superficiales). De esta manera podemos calcular desde el balance global del planeta hasta el balance de una cuenca hidrográfica por muy pequeña que sea. En los océanos, las pérdidas por evaporación superan a las precipitaciones, obteniéndose un balance negativo; por el contrario, sobre los continentes las precipitaciones superan a las pérdidas por evapotranspiración e infiltración y este excedente es igual a la cantidad de agua que, forma la escorrentía superficial o subterránea y fluye de los continentes a los océanos.

6. RECURSOS HÍDRICOS Y GESTIÓN DEL AGUA

6.1. Necesidades de agua. Uso y consumo: urbano, agrícola, industrial y recreativo. Medidas de ahorro. Parámetros básicos para determinar la calidad de las aguas. Autodepuración y tratamiento de aguas residuales Potabilización. 6.2 Gestión del agua. Disponibilidad de los recursos hídricos: aguas superficiales y subterráneas, desalinización de aguas marinas. Planificación hidrológica: canalizaciones y redes de distribución, redes de aguas residuales y alcantarillado, reutilización de las aguas residuales. Situación de los recursos hídricos en España. 6.3. Recursos energéticos. Energía hidroeléctrica y mareal. Conceptos básicos: uso consuntivo y no consuntivo, caracteres organolépticos (turbidez, olor, sabor), caracteres físicos y químicos (dureza, pH, sales solubles, residuo seco) caracteres biológicos, índices analíticos de la materia orgánica: carbono orgánico total (COT), demanda biológica de oxígeno (DBO), demanda química de oxígeno (DQO), EDAR (estaciones depuradoras de aguas residuales), tratamiento primario, secundario y terciario.

6.1. Necesidades de agua......

El agua dulce accesible para la humanidad representa una pequeña parte de la hidrosfera, y de ella una ínfima parte es la que se consigue captar, aunque parece que es suficiente. Los alrededor de 9.000 km3 de agua disponible pueden mantener, en teoría, a una población mundial de 20.000 millones de personas y que, además, en la práctica es el único recurso natural renovable a través del ciclo hidrológico. El problema, como ocurre a menudo con los recursos naturales, es que está distribuido de forma desigual, tanto espacial como temporalmente. Hay zonas muy poco pobladas, sin apenas agricultura ni industrias, con grandes excedentes de agua (regiones circumpolares), y otras con elevada densidad de población y/o un alto nivel de desarrollo, donde los recursos hídricos son insuficientes (Centroeuropa, regiones mediterráneas, África subsahariana) La escasez y la calidad del agua en amplias zonas de la Tierra se han convertido en el principal freno al crecimiento de las sociedades y en un elemento de tensión internacional, de manera que es necesario un cambio en la consideración del agua como recurso. El agua es un recurso renovable pero limitado, y en ocasiones escaso. Algunos conceptos previos En relación con la utilización del agua como recurso por parte de la humanidad conviene conocer los siguientes términos: Extracción o captación de agua. Es la toma de agua de una fuente superficial o subterránea y su transporte hasta el lugar de utilización. Demanda. Es la cantidad de agua que se necesita para un determinado uso. Consumo. Es la cantidad de agua que se pierde en un uso concreto; es decir, aquella que no regresa al lugar de donde se extrajo, o cuya calidad ha sido reducida haciendo difícil su posterior utilización. Como ejemplos se pueden citar la producción de energía

hidroeléctrica, que tiene una demanda muy alta y un consumo muy bajo, y la agricultura, donde tanto el consumo como la demanda son muy altos. Con frecuencia, los conceptos de demanda y consumo se confunden, utilizándose ambos como demanda, ya que el consumo es más difícil de determinar. Balance hídrico. Se refiere a una cuenca hidrográfica o al conjunto de todas las de un país. Es el análisis de la distribución de los distintos componentes del ciclo hidrológico en dicha cuenca o cuencas hidrográficas al cabo de cierto tiempo, normalmente un año. El período de tiempo considerado es el «año hidrológico», que comprende los doce meses siguientes a la época en que las precipitaciones y el almacenamiento de agua son mínimos; en España comprende del 1 de octubre al 30 de septiembre del año siguiente. Ordinariamente se cumple que las entradas de agua en la cuenca son iguales a las salidas. Las primeras, en el caso más sencillo, se deben a la precipitación (P), mientras que las salidas se producen por evapotranspiración (ET) y por escorrentía (E), tanto superficial como subterránea: P = ET + E Los resultados de los balances se suelen expresar en términos relativos, como porcentajes de la precipitación. Así, el balance hídrico en España es: P (100 %) = ET (66 %) + E (34 %) Ya que el valor medio anual de la precipitación registrada es de 325.000 hm'/año y, aproximadamente, un tercio se infiltra en el terreno y/o circula sobre él, y los otros dos tercios se pierden por evapotranspiración: 325.000 hm3/año (P) = 215.000 hm3/año (En + 110.000 hm3/año (E) Los balances hídricos son indispensables en la planificación hidrológica de una cuenca o de un país.

Recursos hídricos En sentido amplio, los recursos hídricos de una región o de un país es la cantidad de agua dulce presente en sus ríos y acuíferos, aportada por la precipitación local sobre el territorio considerado o recibida de regiones o países 'Vecinos: a través, de los ríos y acuíferos transfronterizos, Así, el agua disponible por persona en España es sólo un tercio de la disponible en Portugal, que obtiene el 48% de sus aguas de ríos transfronterizos procedentes de España. Los recursos hídricos es el agua: potencialmente utilizable, que se corresponde con la escorrentía (E) y que, por lo tanto, depende de la precipitación (P) y de la evapotranspiración (ET); es decir, del clima de la región o del país, pero también de la geomorfología, de la vegetación y de las prácticas humanas. Por lo tanto, en la práctica, estas aportaciones naturales de agua no son los recursos hídricos realmente disponibles. Por un lado, como ya hemos indicado, por presentarse

normalmente de forma irregular en el espacio y en el tiempo y, por otro, por las intervenciones humanas en el ciclo hidrológico, que alteran directa o indirectamente la circulación y la calidad del agua; de manera directa, mediante la sobreexplotación de las aguas superficiales y/o subterráneas, el vertido de contaminantes y de aguas residuales, etc., y, de manera indirecta, alterando la vegetación y la cobertura del suelo fundamentalmente.

Recursos hídricos naturales o convencionales Comprenden la parte del ciclo hidrológico correspondiente a la escorrentía, la denominada “lluvia útil”, es decir, las aguas superficiales, ríos y lagos, y las aguas subterráneas de que podría disponerse de forma natural. La proporción en que participa cada una en satisfacer las demandas varía según las circunstancias económicas, culturales e hidrogeológicas de cada región o país. En España, las aguas superficiales representan el 82 % y las subterráneas, el 18 % de los recursos hídricos disponibles: 110.000 hm3/año (E) = 90.000 hm3/año (E. sup.) + 20.000 hm3/año (E. sub.)

Las aguas superficiales tienen algunas ventajas sobre las subterráneas: • Localización espacial fácil. • Captación sencilla y económica. Normalmente la captación se realiza con infraestructuras construidas por el Estado a cargo de la colectividad, a precios muy inferiores de su coste real y, siempre, muy por debajo del coste de explotación del agua subterránea que, normalmente, se extrae mediante pozos privados cuya construcción y explotación debe costear el propio usuario. • Fácil detección y, en su caso, fácil corrección de cualquier problema de contaminación. • Rápida recuperación en el caso de sobreexplotación. Mayor variedad de usos que las aguas subterráneas. Las aguas subterráneas presentan también algunas ventajas respecto a las superficiales:

• Mayor capacidad de embalse o almacenamiento (grandes acuíferos, a veces de extensión regional y de enorme espesor). • Menores pérdidas por evaporación. • Mayor protección frente a la contaminación. • Pueden satisfacer demandas puntuales sin necesidad de grandes obras de captación. • Pueden recargarse artificialmente a partir de los excedentes de las aguas superficiales. • En las regiones áridas o en las épocas de sequía suelen estar presentes, frente a la escasez o ausencia de las aguas superficiales. La mejor alternativa de gestión de los recursos hídricos es el denominado «uso conjunto», que compatibiliza la captación de aguas subterráneas y superficiales en el espacio y en el tiempo, considerándolos como complementarios y rentabilizando su explotación.

Recursos hídricos no convencionales Se refieren fundamentalmente a las aguas recicladas y desaladas. El agua es susceptible de ser utilizada más de una vez siempre que se devuelva al medio, tras su utilización, en condiciones de ser empleada en otros usos posteriores. Además, en las zonas costeras, se cuenta con la posibilidad de la desalación del agua del mar. Estos recursos hídricos suponen, en algunos casos, una importante alternativa a, al menos, un complemento para cubrir las necesidades de agua en determinadas regiones.

Recursos hídricos en España Según se ha indicado más arriba, los recursos hídricos potenciales con los que contamos son 110.000 hm3/año, que representan alrededor de 3.000 m3/ hab./año, muy por encima de las cantidades que se consideran mínimas necesarias, pero en la categoría baja de la clasificación de la disponibilidad relativa de agua por persona Lo realmente grave es que la distribución del agua en el espacio y en el tiempo es muy irregular, dificultando en muchos casos su aprovechamiento directo, de modo que, en realidad, en determinadas regiones sólo se puede aprovechar una pequeña parte de esa agua. El resultado es que el norte y el oeste peninsular son excedentarios y el sur, el este y las islas Canarias y Baleares, deficitarios Si, además, consideramos el aumento del consumo, la creciente contaminación, la salinización de acuíferos costeros, etc., nos encontramos con una situación que genera conflictos entre regiones, y entre sectores económicos y sociales.

Precipitación total anual en mm. Evapotranspiración real total anual en mm. (1940-1995)

Infiltración total anual en mm. (1940-1995)

Aportación subterránea total anual en mm. (1940-1995)

a) Usos del agua El agua puede ser utilizada en multitud de usos, agrupados según varios criterios. Según un criterio de reutilización: • Usos consuntivos. Los que implican consumo; una vez empleada el agua, parte de ella no puede ser utilizada de nuevo. • Usos no consuntivos. Los que no implican consumo; el agua puede ser utilizada de nuevo prácticamente en su totalidad. Según un criterio de calidad: Usos primarios. Los que necesitan de manera imprescindible agua dulce. Usos secundarios. Los que no necesitan que el agua sea dulce.

Usos consuntivos El consumo mundial de agua crece de manera apreciable, no sólo como consecuencia del incremento de la población, con el consiguiente aumento del consumo doméstico

básico y en la producción de alimentos, sino también porque cada habitante utiliza cada vez más agua, especialmente en los países desarrollados. Esto hace que haya grandes diferencias en el consumo de agua per cápita de unas regiones y países a otros, De los tres usos consuntivos importantes, el agrícola es el que representa mayor porcentaje de consumo, tanto en España como en el resto del mundo, y el que ha experimentado mayor crecimiento a lo largo del siglo XX. Si bien hay notables diferencias en los consumos relativos de los tres usos, según el nivel de desarrollo del país o región considerados. Casi toda el agua que se emplea en estos usos consuntivos procede de los recursos hídricos convencionales y muy poca, de aguas recicladas y desaladas. Usos agrícolas. Representa el mayor consumo porcentual tanto en nuestro país (82 %) como en el resto del mundo (65 %). Las demandas de agua para este uso varían de unas zonas a otras del planeta en función de varios factores: clima, tipos de suelos, tipos de cultivos, grado de mecanización agrícola y sistemas de riego. El factor riego es la práctica que menor eficiencia tiene respecto al consumo de agua, menos del 40 %, debido sobre todo a los sistemas de riego tradicionales basados en inundar las tierras de cultivo, en los que se desperdicia una gran cantidad de agua, y al mal estado de las canalizaciones, que ocasionan grandes pérdidas por evaporación y filtración. Por otra parte, se han incrementado mucho las superficies agrícolas de regadío, lo que se justifica por la diferente rentabilidad que proporcionan los productos de regadío y los de Secano. Dos tercios de la superficie de regadío del mundo son posteriores a 1950, con el consiguiente incremento del consumo de agua. Usos domésticos/urbanos. Comprenden las necesidades de agua de los hogares, comercio y servicios públicos (limpieza de calles, riego de parques y jardines, y otros usos municipales). En nuestro país, los usos domésticos y urbanos representan el 12 % del consumo total de agua, lo que supone unos 171 I/hab./día, aunque hay grandes diferencias entre las distintas comunidades. El agua utilizada procede principalmente de embalses, con tratamiento previo a su consumo, y de aguas subterráneas, es decir, de calidad alta, que debe cumplir unos requisitos químicos y bacteriológicos mínimos, fijados por la correspondiente normativa legal. Usos industriales. El agua se utiliza en multitud de procesos industriales en una gran variedad de usos: como materia prima (industrias químicas y alimentarias), como refrigerante (centrales térmicas y nucleares, metalurgia), como agente de limpieza, como depósito de vertidos (minería), como vehículo de transporte, etc.

Usos no consuntivos Suponen una utilización del agua pero no su consumo. Además, no requieren que el agua sea extraída de su medio natural, como en el caso de los usos consuntivos. Usos energéticos. El agua se utiliza fundamentalmente para la producción de energía eléctrica. También se podría considerar el uso de agua como refrigerante en las centrales térmicas y nucleares. Usos recreativos. Comprenden la utilización de embalses, ríos, lagos y mares para ocio y actividades deportivas.

Navegación. Para transporte de personas y mercancías; en el caso de las aguas continentales, este uso está restringido a los grandes lagos y a los cursos fluviales con unas características determinadas de sus cauces, caudales, etc. En España, en la actualidad, sólo es navegable el último tramo del río Guadalquivir, desde Sevilla hasta su desembocadura.

Usos ambientales o ecológicos. Se refieren a la cantidad mínima de agua que deben tener los ecosistemas acuáticos: ríos, lagos, humedales, etc., para mantener el equilibrio ecológico, la flora y la fauna, el paisaje, asegurar la recarga de los acuíferos, etc. Cuando se planifican los usos de los recursos hídricos hay que preservar, por ley, un mínimo del 10 % del agua para el mantenimiento de estos ecosistemas.

6.2 La gestión del agua Las prácticas actuales de consumo de agua, sobre todo en los países más desarrollados, nos conducen inexorablemente a una situación insostenible cuya consecuencia fundamental será la escasez de este elemento. De ahí la necesidad de modificar la planificación de los usos y demandas actuales del agua en todos los sectores, doméstico, industrial, agrícola y ecológico. Disponibilidad y regulación de las aguas superficiales: canalización y embalses. Las soluciones que se pueden aportar como base de la gestión y planificación hidrológica para hacer frente a la disminución de los recursos hídricos en un país podemos reunirlas en tres grandes apartados: soluciones de carácter general, de carácter técnico y de carácter político. Medidas de carácter general:

Existen diferentes medidas a adoptar para conseguir un uso más eficiente y racional del agua en los distintos sectores: agrícola, industrial y doméstico.

a- Reducción del consumo en el sector agrícola En la mayor parte del mundo, las prácticas agrícolas son básicamente las mismas que se utilizaban hace 5.000 años, y que consisten en inundar el campo o utilizar canalizaciones, lo que provoca pérdidas de agua en su distribución desde los embalses a los campos y pérdidas por evaporación, dado que el riego se suele realizar en regiones secas. Las medidas a adoptar son:

1. Cambios en los sistemas de riego, aplicando modernas técnicas, como el denominado riego por goteo.

2. Mejoras de la gestión del agua para regar más campos con la misma cantidad mediante un control de los suministros o el aumentando las tarifas para evitar el despilfarro.

b- Reducción del consumo en la industria La reducción del consumo pasa por el reciclado del agua que se emplea en refrigeración, su reutilización en sistemas cerrados dentro de la industria y la aplicación de diseños de ingeniería que reduzcan el flujo de agua y eviten posibles pérdidas en las conducciones. Por otro lado, existe la posibilidad de ofrecer incentivos a aquellas industrias que reduzcan sus necesidades de agua aplicando tecnologías de bajo consumo y a la vez menos contaminantes del agua utilizada, de forma que ésta pueda ser empleada de nuevo.

c- Reducción del consumo urbano El ahorro en las ciudades es un objetivo prioritario en toda gestión del agua, mediante la aplicación de una serie de medidas, de entre las que destacan las siguientes: 1. Empleo de instalaciones de bajo consumo 2. Adopción de precios del agua más acordes con su verdadero coste. 3. Sustituir el césped y ajardinamientos que requieren grandes cantidades de agua, por plantas y arbustos autóctonos, más resistentes a la sequía. 4. Reutilización de las aguas residuales domésticas, previa depuración, en la agricultura o en el riego de jardines y parques. 5. Educación ambiental.

Soluciones de carácter técnico.

Supone la construcción de grandes obras que al requerir un coste económico y/o medioambiental muy elevado, sólo debe abordarse cuando tenga una clara justificación

social y siempre que las medidas encaminadas a una mayor eficiencia en el uso deI agua, resulten insuficientes: 1. Embalses. La construcción de presas y embalses tiene como finalidad regular las aguas de los ríos y controlar sus crecidas; el abastecimiento de agua a poblaciones, industria y agricultura; generar electricidad, y, por último, su utilización para el ocio y tiempo libre. 2. Trasvases y canales. Ambos son conducciones de agua. Los canales se utilizan para llevar agua desde el punto de extracción o almacenamiento hasta el lugar de su uso. Los trasvases se utilizan para transportar el agua desde una cuenca hidrográfica excedentaria a otra deficitaria. 3. Desalación del agua del mar (o salobre). Su finalidad es obtener agua potable a partir del agua del mar o de aguas salobres continentales, separando las sales que ésta lleva disueltas. Existen varios procedimientos: a) Procedimientos térmicos. La separación de la sal se realiza mediante evaporación del agua de la disolución salina y su posterior conversión en agua dulce por condensación. El agua que se obtiene es pura y es necesario añadirle ciertas sales para hacerla potable. b) Procedimientos de filtración mediante membranas, por ejemplo, el proceso de ósmosis inversa, que es un mecanismo de alta presión que, como su nombre indica, está basado en los fenómenos de ósmosis. La separación del agua y la sal se realiza a través de membranas semipermeables que permiten el paso de agua, pero invirtiendo el proceso de ósmosis natural, es decir, por la aplicación de una presión superior a la presión osmótica que comprime contra la membrana semipermeable el agua salada, haciendo que ésta pase hacia el otro lado de la membrana, obteniéndose el agua desalada. c) Otro sistema es la electrodiálisis o proceso de separación iónica, que se realiza empleando membranas sucesivas y separadas por mm. Con el concurso de campos eléctricos se provoca la migración de iones, que se van seleccionando, al ser obligados a atravesar las membranas. Consulta: http://www.juntadeandalucia.es/averroes/centros-tic/14002984/helvia/aula/archivos/repositorio/750/878/desaladora.swf 4. Control en la explotación de acuíferos. La sobreexplotación de los acuíferos puede llevar a su agotamiento, a la reducción del caudal de ríos que reciban aportes de agua de los mismos y a provocar fenómenos de subsidencia o hundimientos del terreno. Si los acuíferos están situados en zonas costeras, su sobreexplotación puede conducir a fenómenos de intrusión marina, con la consiguiente salinización, al ser ocupados por el agua del mar. Es necesario ejercer un control preciso sobre su explotación, con el fin de permitir su recuperación de forma natural. En casos extremos se puede recurrir al rellenado de los

acuíferos de forma artificial, siempre que las características del terreno (permeabilidad) y las condiciones climáticas permitan que la infiltración sea superior a la evaporación, para mantener así el nivel freático. Un caso alarmante es el empleo de acuíferos fósiles que se sitúan a grandes profundidades, cuyas aguas datan de miles de años y cuya recarga no va a ser posible mediante mecanismos naturales o artificiales.

Soluciones de carácter político Dentro de este apartado cabe destacar la promulgación de leyes que regulen el consumo de agua y la gestión de la misma y las conferencias internacionales que tratan de dar una respuesta global al problema de la escasez de agua. • Conferencia del Agua de las Naciones (Mar del Plata, 1977), donde se realiza una primera evaluación del agua a nivel mundial. • Conferencia de Río de Janeiro (1992), donde de nuevo se realizó una evaluación de los recursos del agua, llegando a la conclusión de la necesidad de mantener un seguimiento constante de las fuentes, la cantidad y la calidad del agua, así como de las actividades humanas que afectan a dicho recurso.

A partir del agua podemos obtener energía: a) Energía hidroeléctrica La energía potencial que impulsa el agua en su camino desde las montañas al mar puede ser capturada y transformada en energía eléctrica mediante los embalses, que permiten concentrar y almacenar dicha energía. Al abrir las compuertas se libera esta energía, impulsando unas turbinas, las cuales estarán conectadas a una dinamo, que transformará la energía mecánica en eléctrica. La energía hidroeléctrica es de bajo coste y de mínimo mantenimiento. Además no emite ningún tipo de contaminación durante su funcionamiento y favorece la regulación del cauce de los ríos, permitiendo el aprovechamiento del agua para otros usos. Como aspectos negativos podemos destacar: la reducción de la diversidad biológica; la dificultad de la emigración de los peces, de la navegación fluvial y del transporte de elementos nutritivos aguas abajo; la disminución del caudal de los ríos; la modificación del nivel freático; el cambio en la composición química del agua embalsada, las variaciones en el microclima y la eutrofización de sus aguas. Además, genera riesgos geológicos de tipo mixto al acelerar la erosión y la sedimentación que produce su colmatación. También conlleva riesgos inducidos por catástrofes debidas a la posible rotura de la presa. Los costes de construcción son bastante elevados, implican la destrucción de tierras de labor y el traslado de poblaciones. Debido a la toma de conciencia sobre el impacto producido por las grandes presas, se están reduciendo mucho los proyectos de nuevas construcciones. Comienzan a aparecer nuevos diseños de pequeñas centrales hidroeléctricas (minicentrales), muy indicados para países en desarrollo, que permiten atender más adecuadamente la demanda.

Central de presa

Central de agua fluyente

b) Energía mareomotriz Las mareas son interacciones del sistema Tierra-Luna-Sol producen unas variaciones en el nivel del mar. El cambio de nivel de los océanos hace que el agua entre y salga de los estuarios y bahías originando un flujo de agua bidireccional. Esos flujos periódicos de agua se han utilizado mediante los denominados «molinos de mareas»; en zonas, en donde el desnivel del agua entre la pleamar y la bajamar supera los 10 metros, se pueden utilizar para producir energía eléctrica. En este caso es necesario construir un dique que cierre la bahía o el estuario adecuado, y hacer que el agua del mar circule de dentro a fuera, y viceversa, a través de unas turbinas, reversibles o no, que generan electricidad De momento es un sistema bastante inusual de producción de energía, exceptuando puntos concretos del litoral donde se puede aplicar.

Fuerza, movimiento y temperatura En primer lugar, las mareas son el resultado del ascenso y descenso de todas las aguas oceánicas, incluyendo las del mar abierto, los golfos y las bahías. Se producen como resultado de la atracción gravitacional de la Luna y el Sol sobre el agua y la Tierra. Para generar energía eléctrica a partir de este fenómeno natural se construye un dique que almacena agua convirtiendo la energía potencial de ésta en electricidad por medio de una turbina. La energía producida es proporcional a la cantidad del agua desalojada y a

la diferencia de altura existente. Mientras exista la fuerza de gravedad, se seguirán produciendo subidas y bajadas periódicas del nivel de las aguas de los océanos, por eso se considera una fuente de energía renovable que no causa contaminación del aire ni contribuye al aumento de los gases invernadero. La forma más avanzada de explotar las mareas es mediante la construcción de barreras a través de estuarios. Esta tecnología, aplicada por primera vez en los años 60, consta del empuje que producen las variaciones marítimas a través de barricadas para hacer girar las turbinas. La construcción más grande de este tipo se encuentra en La Rance, en el norte de Francia, y genera aproximadamente 240.000kW. Este tipo de plantas de energía mareal desarrollan su máxima eficiencia cuando la diferencia entre las mareas alta y baja es grande (8,5 metros de desnivel). En el caso de las olas, los primeros experimentos que se hicieron para producir energía a partir de éstas datan de 1929, en Mónaco, donde se construyó el Rotor de Savonius y funcionaba gracias a la fuerza horizontal del oleaje. En Noruega, el Convertidor de Kvaener, basado en la Columna de Agua Oscilante, sigue funcionando con una potencia instalada de 500kW y abastece de energía eléctrica a unas cincuenta viviendas. Asimismo, se siguen desarrollando otras plantas eléctricas mediante los movimientos de las olas como la japonesa de Sakata, con una generación de 60 kW, y un complejo en Wizhinja, la India, con una generación de 150kW. Las olas concentran una gran cantidad de energía cinética, pero el número de ciclos por minuto es muy bajo (entre 3 y 30 ciclos por minuto); para obtener electricidad a partir de este movimiento hay que utilizar convertidores que transformen estas bajas frecuencias en otras mucho más altas para producir los niveles eléctricos necesarios. El sistema más recurrente para aprovechar el movimiento de las olas es el de “Columna de Agua Oscilante”; se trata de un tubo hueco que contiene aire que se comprime y expande por efecto del oleaje. El agua entra por la parte inferior y desplaza hacia arriba una columna de aire aumentando la presión; de esta manera, una turbina situada en el extremo superior del tubo absorbe toda esta energía.

La temperatura del océano también puede ser empleada para fines energéticos. También conocida como energía mareomotérmica, este sistema se basa en la diferencia de temperaturas entre la superficie y las profundidades del mar, el gradiente térmico. Estas variaciones en las zonas tropicales superan los 20 grados centígrados para una distancia inferior a 100 metros; en las zonas alejadas al Ecuador la explotación es más difícil. El primero en poner a prueba esta fuente energética fue Jacques-Arsène d’Arsonval en 1881, aunque la primera central de este tipo no se construyó hasta 1930 por su estudiante Georges Claude en Cuba. En 1979, se montó una planta de producción de energía eléctrica con 15kW de potencia usando la temperatura de la costa de Hawai; esta planta fue un prototipo de ensayo para lo que hoy es la central OTEC-1, con una capacidad de producción de 1MW.

7. Impactos sobre la hidrosfera. La contaminación de las aguas marinas y continentales: agentes contaminantes y efectos. El proceso de eutrofización de las aguas. Impactos sobre las aguas subterráneas: contaminación, sobreexplotación y salinización de los acuíferos. Medidas preventivas. Conceptos básicos: tipos de contaminantes (biológicos, químicos y físicos), contaminantes biodegradables y no biodegradables, fases de la eutrofización, aguas eutróficas y oligotróficas, marea negra.

La contaminación de las aguas marinas y continentales: agentes contaminantes y efectos.

Según la OMS, el agua está contaminada cuando su composición es alterada de modo que no conserva las propiedades que le corresponden a su estado natural. Así, la incorporación de materias extrañas como microorganismos, productos químicos, residuos industriales y de otros tipos, o aguas residuales, deteriora la calidad del agua y la hacen inútil para su uso. Tipos de contaminación: SEGÚN SU ORIGEN: NATURAL

ANTRÓPICA (RESIDUALES, URBANAS, AGRÍCOLA, GANADERA, INDUSTRIAL,

HIDROCARBUROS, TÉRMICO, OBRAS CIVILES). SEGÚN LOCALIZACIÓN: Puntuales (foco localizado) No puntuales (foco difuso) En función de su origen, la contaminación es natural cuando el agua contiene polen, esporas, hojas, excrementos de animales, minerales arrastrados por la escorrentía, gases atmosféricos captados por la lluvia, etc. Estos residuos son normalmente eliminados por la capacidad autodepuradora del agua. Cuando el hombre causa el impacto, o aporta los contaminantes, se trata de una contaminación antrópica. Básicamente, tiene su origen en las industrias, explotaciones agrícolas o ganaderas, en grandes obras de ingeniería civil y en las ciudades. Algunos grupos son: • Aguas residuales urbanas o aguas negras. Muy ricas en microorganismos, materia orgánica' y productos químicos de uso doméstico, como detergentes y productos de limpieza. Tienen una gran demanda de oxígeno (los microorganismos que descomponen la materia orgánica lo consumen). • Aguas de uso agrícola, ricas en nutrientes, de composición variable, pero con abundantes nitratos y fosfatos, peligrosos para la salud y con influencia en la eutrofización de aguas lentas y en la contaminación de acuíferos. • Aguas de origen ganadero, ricas en residuos, aportan microorganismos y nitrógeno, de gran influencia en la contaminación de las aguas subterráneas.

• Productos químicos de origen industrial, como los detergentes, los pesticidas, los productos de la descomposición de otros compuestos orgánicos y el resto de productos industriales. • Petróleo y sus derivados, especialmente los procedentes de los vertidos accidentales. • Contaminación térmica, relacionada con la industria. • Obras civiles, como presas o embalses, y rectificación, canalización o trasvase de los ríos. Son necesarios estudios previos de valoración del impacto ambiental que producen. En función de su localización, estas fuentes pueden ser: • Puntuales, que vierten a través de un foco muy localizado, como son los vertidos industriales, los desagües de saneamiento municipal y las descargas de plantas de tratamiento de aguas residuales. • No puntuales, vierten de manera difusa y son difíciles de delimitar geográficamente, como los vertidos agrícolas, mineros, de la construcción, la escorrentía urbana y las modificaciones hidrológicas, Tipos de contaminantes Según su naturaleza pueden ser:

Contaminantes biológicos El agua puede contener materia orgánica y microorganismos que la convierten en causa o vehículo de enfermedades. Actúan como un factor limitativo del desarrollo económico y social. Se contamina, básicamente, por los excrementos, humanos o animales y por las aguas residuales, Esta contaminación fecal incorpora una variedad de organismos patógenos relacionados con las enfermedades que pueden existir en la comunidad en ese momento, También puede contaminar microorganismos no considerados como patógenos, de presencia natural en el ambiente, que pueden producir enferme a es «oportunistas» en personas con sus mecanismos de defensa disminuidos. Los organismos negativos mejor adaptados son los hongos, protozoos y algas, bacterias y virus que pueden alterar las cualidades organolépticas del agua y producir enfermedades como el tifus, cólera, disentería, paludismo, .... siempre que sobrepasen valores límite pues, en condiciones normales, intervienen en los procesos de autodepuración del agua.

Contaminantes químicos Atendiendo al metabolismo de los contaminantes los podemos diferenciar en: • Biodegradables. Como nitratos y fosfatos, procedentes de los fertilizantes o de la descomposición de materia orgánica. En el intestino, al combinarse con grupos amino de los alimentos, pueden dar lugar a nitrosaminas, que son cancerígenas. Los

carbohidratos, proteínas y grasas, así como gases del tipo H2S, metano que producen olores y colores anormales. • No biodegradables. Son compuestos obtenidos por síntesis química, como plásticos, pesticidas, metales pesados, etc. que, al ser extraños al ecosistema, casi no encuentran organismos con equipos enzimáticos capaces de transformarlos, pudiendo llegar a concentraciones peligrosas al acumularse en los metales pesados pueden proceder de procesos naturales, como la descomposición de las rocas o la actividad volcánica, aunque las mayores cantidades las aportan actividades humanas como la minería, procesos industriales que contienen metales y la combustión de recursos fósiles. Los más frecuentes son el plomo (saturnismo) y el mercurio (enfermedad de Minamata). Compuestos orgánicos tales como plaguicidas, hidrocarburos aromáticos, policlorobifenilos (PCBs) y detergentes. Pueden alterar el sabor, olor y color natural, producir espumas y alcanzar toxicidad por bioacumulación en los organismos acuáticos. Desgraciadamente son frecuentes los vertidos puntuales de sustancias de naturaleza diversa, que, además de su efecto individual, modifican el pH del medio, originando una acidez o basicidad anormal.

Contaminantes físicos • Radiactividad procedente de fuentes naturales (rayos cósmicos, suelo, etc.) o actividades humanas (líquidos refrigerantes de centrales, residuos radioactivos de actividades médicas, de investigación o industriales). Se acumulan en los Iodos de los embalses y fondos oceánicos. Son mutagénicos y tienen efectos cancerígenos. • Contaminación térmica, procedente de la utilización del agua como refrigerante en las industrias térmicas (calentamiento), o de las turbinas de los embalses (enfriamiento). Afecta a la concentración de oxígeno en el agua (su solubilidad disminuye al aumentar la temperatura), a la duración de los ciclos de crecimiento y reproductores de las especies, a la sustitución de las mismas y a la capacidad de autodepuración de las aguas, aumentando la velocidad de las reacciones químicas y la toxicidad de determinados compuestos. • Partículas groseras y coloidales, inorgánicas u orgánicas, que interfieren la penetración de la luz disminuyendo la flora aerobia, la capacidad de autodepuración y dificultan su utilización en las plantas potabilizadoras.

Eutrofización de las aguas

La eutrofización es un aumento de la productividad biológica que produce un exceso de algas y plantas acuáticas, provocado por la introducción en el ecosistema de materia orgánica, a través de vertidos de origen agrícola y doméstico. Este aporte excesivo de nutrientes supera la capacidad de autodepuración natural que tienen los medios acuáticos y provoca un deterioro de su calidad reduciendo sus posibles usos.

El riesgo es tanto mayor cuanto menos dinámicas sean las aguas, y mayor sea el, aporte de nutrientes, siendo por ello los lago~ los más expuestos a esta alteración, especialmente cuando tienen establecida una termoclina.

La eutrofización es un proceso bastante complejo cuyas fases: • Gran aporte de nutrientes • Proliferación excesiva de organismos fotosintéticos superficiales • Oxidación de la materia orgánica del fondo Ya fue estudiado en el tema 10. Entre las medidas que permiten minimizar y corregir la eutrofización se encuentran las siguientes: • Limitar o prohibir vertidos domésticos y agrícolas en ecosistemas acuáticos reducidos con escasa dinámica. • Depurar las aguas residuales • Disminuir el contenido en polifosfatos de los detergentes. • Inyectar O2 puro en lagos y embalses afectados • Añadir nitrógeno al agua para evitar el crecimiento de algas cianofíceas El problema se ha agravado en los últimos 50 años, y muchos lagos españoles y europeos se ven afectados. La causa parece estar en los cambios en los sistemas de explotación agrarios, que conlleva un uso abusivo de abonos y un gran consumo de detergentes con fosfatos.

Impactos sobre las aguas subterráneas: contaminación, sobreexplotación y salinización de los acuíferos.

Las aguas subterráneas suponen un recurso hídrico importante puesto que su confinamiento en los acuíferos le proporciona unas características, según la naturaleza de los materiales por los que circula, en general aptas para su consumo (en España el 30 por 100 de la población y 1/4 de la superficie agrícola de regadío se abastece de ellas). También tienen un importante valor ecológico, son el soporte para el desarrollo de la vida en muchas zonas húmedas. Pero ahora se ven seriamente afectadas por graves problemas como la contaminación, sobreexplotación y salinización; estos últimos íntimamente ligados. La contaminación de las aguas subterráneas puede ser puntual, (un vertedero o una fosa séptica) o difusa (fertilizantes en una zona de agricultura de regadío) y debido a su escasa dinámica, afectar a volúmenes muy grandes y baja capacidad de autodepuración (contienen pocos microorganismos y un bajo contenido en O2) son más difíciles de proteger.

La salinización ocurre si la sobreexplotación tiene lugar en "acuíferos costeros", se origina el fenómeno de la "intrusión salina", según el cual el agua del mar, con su carga de sales y su mayor densidad, invade el espacio libre en el acuífero y desaloja al agua dulce, produciendo una salinización del agua subterránea. La concentración elevada de sales inutiliza el agua para usos domésticos y agrícolas (aunque algunos cultivos toleran un poco las sales). En España, este fenómeno, es frecuente en el litoral mediterráneo, en las islas y en las costas de Huelva, Cádiz y Almería, y es provocado por la creciente demanda de agua en usos domésticos (zonas muy turísticas), usos agrícolas (agricultura y regadío) y asentamientos industriales. La sobreexplotación de un acuífero se ocasiona al extraer agua en cantidad superior a su capacidad de recarga, lo que puede provocar un descenso del nivel freático, disminuyendo sensiblemente su utilidad como recurso. Contaminación de las aguas marinas.

Los mares y océanos, al disponer de un gran volumen de agua, poseen una capacidad de autodepuración mucho mayor que la de los ríos, lagos yaguas subterráneas; desde siempre, el mar se ha considerado como un vertedero natural. Pero si durante milenios los ciclos biológicos absorbían los desperdicios y purificaban las aguas, (pues su contaminación por vía natural es muy pequeña), desde hace decenios asistimos al desequilibrio del medio marino por todo tipo de factores. El problema radica en la causada por ríos contaminados con microorganismos, metales pesados, materia orgánica, ... que lo han transformado en un medio muy favorable para el desarrollo y supervivencia de microorganismos patógenos, que representan un peligro en las zonas de baño, pueden contaminar los criaderos de moluscos, como mejillones, almejas, etc., que ingieren y retienen los microorganismos patógenos y lo metales pesados, y tienen también repercusión en las pesquerías, causando desde intoxicaciones hasta su agotamiento. La contaminación química es de mayor importancia que la bacteriana, pues, además de los vertidos de las industria, los detergentes y pesticidas arrastrados por las aguas continentales tienen efectos muy nocivos sobre los deltas, estuarios y ecosistemas costeros, que se caracterizan por su gran productividad. Las descargas accidentales y a gran escala de petróleo son una importante causa de contaminación de las costas. Los casos más espectaculares se deben a los accidentes de superpetroleros empleados en su transporte, pero hay otros muchos barcos que vierten también petróleo. Las refinerías y plantas petroquímicas y las plataformas petrolíferas marinas suponen también una importante aportación de vertidos, aunque estos factores solo representan el 10 % del vertido (3-4 millones de toneladas anuales), pues la mayor parte del mismo procede de las labores normales de limpieza de tanques, trasvase entre barcos y de desechos de motores.

El efecto de las mareas negras depende del tipo de petróleo, cantidad liberada, movilidad del mar y distancia a la costa. Parte de sus componentes volátiles se evaporan, el resto se expande en superficie, se emulsiona en el agua o se deposita en el fondo, degradándose lentamente. En todos los casos, el petróleo actúa sobre los seres vivos de diversas formas:

• Impidiendo la fotosíntesis, por dificultar la transmisión de la luz indispensable para el desarrollo del fitoplancton. • Disminuyendo el oxígeno del agua, por frenar su oxigenación desde la atmósfera o desde la fotosíntesis, y por consumirse en su propia degradación. • Impregnando a todo tipo de organismos, causando su intoxicación y muerte, afectando a su flotabilidad, capacidad de movimiento o a su aislamiento térmico. Las medidas que pueden adoptarse para tratar las mareas negras son: • Inocular bacterias consumidoras de petróleo. • Potenciar la acción bacteriana del agua marina • Aislamiento con flotadores, burbujas o geles, para después quemarlo, hundirlo o aspirarlo • Dispersión con agentes tensoactivos • Utilización de absorbentes Mención especial merece el Mediterráneo, cuya situación ambiental es complicada debido a su carácter cerrado: el agua tarda entre 100 Y 200 años en renovarse por completo a través del estrecho de Gibraltar.

Concentración de clorofila

Contaminación fluvial. Autodepuración En condiciones naturales, las aguas de los ríos llevan una serie de materiales como consecuencia de su capacidad disolvente, erosiva y de transporte, que debemos entender como contaminación natural. Sin embargo, el ser humano ha entendido los ríos como cloacas, vertiendo a ellos, de manera creciente, multitud de productos procedentes de sus actividades domésticas, agrícolas, ganaderas e industriales, cuyas consecuencias han sido: • Restricción de los usos del agua • Alteraciones en la flora y fauna acuáticas, con disminución de la biodiversidad • Aspecto y olor desagradable del agua. Lógicamente, estas consecuencias serán de mayor o menor importancia en función del grado de contaminación. En cualquier caso, una contaminación fluvial grave no es

irreversible, gracias a la capacidad de autodepuración de los ríos y siempre que se dejen de producir vertidos y sé utilicen técnicas y tratamientos adecuados. Cuando la contaminación no es excesiva, el agua puede recuperar el equilibrio de sus componentes mediante la dilución de los contaminantes y la digestión biológica de la materia orgánica añadida. Esta acción está condicionada por la accesibilidad al agua receptora, el volumen de la misma, su grado de contaminación inicial, su movilidad, el tipo de vertido y las condiciones climáticas y geomorfológicas de la cuenca receptora. La autodepuración es un proceso que hace que aguas abajo del punto en donde se ha producido un vertido, y pasado un tiempo, en el propio punto del vertido, el agua vuelva a tener unas características similares a las que poseía antes del vertido.

En este proceso se dan una serie de reacciones físicas, químicas y biológicas, que permiten dividir un río en diferentes zonas según su polución: • Zona de degradación y descomposición activa, polisaprobia. Se inicia la descomposición de la materia orgánica, básicamente por bacterias, larvas de insectos, hongos y gusanos. Consumen el oxígeno disuelto (que es inferior al 40 %) Y desprenden gases (C02, H2S y NH3) que le dan un olor desagradable. Se presenta también descomposición anaerobia. El agua tiene aspecto sucio, parduzco, con Iodos flotantes. Las formas superiores de vida se sustituyen por otras inferiores, más tolerantes. • Zona de recuperación, mesosaprobia. El oxígeno del aire y el procedente de la fotosíntesis permiten la oxidación de los materiales. Las aguas se vuelven más claras, recuperándose el contenido normal de oxígeno próximo a la saturación.

• Zona de aguas limpias, oligosaprobia. Con características similares a las que tenía antes de recibir el vertido, con polución natural o geoquímica sin altas concentraciones de tóxicos, siendo normales la vida animal y vegetal. Sin embargo, las bacterias patógenas, los metales pesados y otras sustancias de naturaleza no orgánica que pudieran estar en el vertido, permanecen en el agua como contaminación residual, lo que podría limitar sus usos.