1. Tema 7: LA HIDROSFERA

2. Tema 7: LA HIDROSFERA 7.1 Distribució de l’aigua a la Terra 7.2 El cicle de l’aigua 7.3 Aigües oceàniques 7.4 Aigües continentals

3. 7.1. Distribució de l’aigua a al Terra Compartiments Volum d’aigua Percentatge Temps mig (10 6 de km 3 ) de renovació Oceans 1.348 97% 23.000 anys Aigua sòlida 282 15% Molt llarg Aqüífers subterranis 80 62% Variable Llacs 0,23 0,017% 1 – 1.000 anys Rius 0,0012 0,0001% 12 – 20 dies Atmosfera (vapor) 0,013 0,0019% 10 dies

4. 7.2. El cicle de l’aigua Hi ha 3 etapes: a) Evaporació : L’aigua líquida dels oceans i continents s’ evapora , la dels animals es transpira i les plantes realitzen l’ evapotranspiració .

5. 7.2. El cicle de l’aigua Hi ha 3 etapes: b) Precipitació : L’aire carregat de vapor puja a les capes fredes condensant-se i es precipiten en forma de rosada, gebre, pluja, calamarsa o neu.

6. 7.2. El cicle de l’aigua Hi ha 3 etapes: c) Escorrentia o escolament : Tornada de l’aigua als oceans. Pot ser escorrentia superficial (lleres dels rius i torrents) o escorrentia subterrània (quan arriba pel subsòl). Excepcions : 1. Aigua emmagatzemada (neu) 2. Aigua freàtica d’un altre conca Precipitació = Evapotranspiració + Escorrantia

7. 7.2. El cicle de l’aigua

8. 7.2. El cicle de l’aigua Balanç hídric: Les entrades d’aigua han de ser igual a les sortides d’aigua. Això en termes generals es compleix: Evaporació oceans 361.000 km 3 Precipitació oceans 324.000 km 3 Evapotranspiració continents 62.000 km 3 Precipitació continents 99.000 km 3 Total precipitació = 423.000 km 3 Total evapotranspiració = 423.000 km 3 Però en l’àmbit regional no han d'estar necessàriament equilibrades, ni en els continents (climogrames), ni en els oceans (canvis de salinitat).

9. 7.2. El cicle de l’aigua En els climogrames es pot tenir una idea clara de la disponibilitat de l’aigua, però encara fara falta estudia altres paràmetres.

10. 7.2. El cicle de l’aigua

11. 7.2. El cicle de l’aigua Per l’estudi en els continents s’utilitzen les conques hidrogràfiques (zona del terreny on l’aigua i els sediments drenen una llera comuna). Per l’estudi es pot utilitzar un lisímetre (recipient ple de terra que té un forat a la part inferior i es pot estudiar en el laboratori). La Conca es pot estudiar amb una bona xarxa de pluviòmetres i d’estacions d’aforament (estacions de mesura situats en una riera que mesura el cabal).

12. 7.2. El cicle de l’aigua

13. 7.2. El cicle de l’aigua

14. 7.2. El cicle de l’aigua

15. 7.2. El cicle de l’aigua Exercici 1 : Calcula el balanç hídric del mediterrani Mediterrani: Superfície 1.150·10 3 km 2 Precipitació 700 l/m 2 ·any Rius 300 Km 3 Evaporació 1,320·10 6 Hm 3 Balanç = -215 Km 3

16. 7.2. El cicle de l’aigua Exercici 2 : Calcula el balanç hídric de la conca X de 10 km 2 després d’una pluja de 23 l/m 2 si es calcula que va haver-hi un 34% d’evapotranspiració i el riu que transportaba aigua d’escolament superficial i profund va transportar un total de 87.000 m 3 . Com ho justifiques?. 1. un pantà (omple 151,8·10 3 m 3 - 87·10 3 m 3 ). Recàrrega 2. capes freàtiques inclinades direcció exterior conca

17. 7.3. Aigües oceàniques Si tot el volum continental omplis els oceans quedaria un mar que cobriria tot el planeta amb una profunditat mitja de 2.430 m. Els rius no únicament aporten aigua sinó també ions, encara que la concentració d’aquests no augmenta amb el caudal si ho fa, i de forma exponencial, el material particulat. També és important el material que aporten, a nivell de dorsals, l'interior de la Terra aigües hidrotermals o materials volcànics. En concret aporten: calci, liti, potassi, silici i bari i retiren magnesi i sulfats que reaccionen i precipiten.

18. 7.3. Aigües oceàniques

19. 7.3. Aigües oceàniques 1. Característiques L’àrea superficial ocupada pels oceans suposa el 71% de la superfície terrestre. Superfície Profunditat mitja Volum d’aigua 10 6 km 2 m. 10 6 km 3 Pacífic 165,25 4.282 707,56 Major volum d’aigua poc salina Atlàntic 82,44 3.926 323,61 Major proporció d’aigües calentes molt salines Índic 73,44 3.963 291,03

20. 7.3. Aigües oceàniques 1. Característiques L’aigua que penetra és mineralitzada mentre que la que surt no. La mineralització és molt diferent en regions seques i calentes (molt mineralitzada i particulada) de les fredes i humides (aigua molt poc mineralitzada i particulada). Hi ha una sèrie de paràmetres físics i químics que condicionen el comportament de l’aigua oceànica, els més importants són: salinitat, temperatura i densitat.

21. 7.3. Aigües oceàniques 1. Característiques

22. 7.3. Aigües oceàniques 1. Característiques. salinitat La composició química de l’aigua que entra no és la mateixa que la de l'aigua que surt. L’aigua que entra està mineralitzada (per meteorització) i va a parar al fons del mar i la que en surt per evaporació està lliure de sals. Aquests processos de meteorització són molt lents pel que les variacions són molt petites. Normalment s’expressa en g(grams) de sals per kg de mostra (és a dir, en parts per mil). El valor mitjà és de 35 per mil Constituents Aigua de mar(mgr/kg) Aigua de riu(mg/kg) Clorur 19.350 5,75 Sodi 10.760 5,15 Sulfats 2.712 8,25 Magnesi 1.294 3,35 Calci 412 13,4 Potassi 399 1,3 Silicats 3 0,4 Bicarbonat 145 52

23. 7.3. Aigües oceàniques 1. Característiques. salinitat

24. 7.3. Aigües oceàniques 1. Característiques. salinitat Es considera que tant l’evaporació com la congelació extreuen únicament molècules d’aigua, pel que a temperatures elevades o més baixes de 0 augmenta la salinitat. Per càlculs ràpids de salinitat s’utilitza la següent fórmula: Salinitat = 1,81 x Clorinitat Així apareixen dades com: Salinitat Mar Mediterrani 38 – 39 parts per mil Mar Roig 40 – 41 Baixa salinitat els pols per poca evaporació A l’equador on les precipitacions són abundants. Gràfic de salinitat per latitut entre 34 i 37 per mil 70 60 50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 50 60 70

25. 7.3. Aigües oceàniques 1. Característiques. salinitat En el cas de les aigües continentals aquestes presenten una elevada heterogeneïtat; des d'aigua casi destil·lada en llacs oligotròfics pirenaics fins a aigües molt salinitzades a llacunes salobres. Es considera aigua dolça si la salinitat és < 0,2 g Cl- / litre Es considera aigua salada o salobre si la salinitat és > a 0,2 g Cl- / litre L’aigua salina es pot classificar en: oligohalina 0,2 – 2 g Cl- / litre mesohalina 2 – 10 g Cl- / litre polihalina 10 – 17 g Cl- / litre A mesura que l’aigua passa per la vegetació o pel sòl incorpora ions per: * Meteorització de roques * Mineralització de matèria orgànica * Deposició atmosfèrica

26. 7.3. Aigües oceàniques 1. Característiques. salinitat Exercici: Hi ha tres mostres d’aigua: Una d’aigua de pluja, altre de capcelera d’un riu i per últim una d’un pou pròxim al mar. Identificar-les: mg/l Mostra 1 Mostra 2 Mostra 3 Cl - 17,5 3.267,5 4,0 NO 3 3,4 12,1 2,8 Ca 2+ 32,6 468,5 2,3 Mg 2+ 5,0 401,4 1,2 Na + 11,6 1.588,3 1,6 pH 8,1 8,3 6,5 Mostra 1: capsalera d’un riu Mostra 2: pou pròxim al mar Mostra 3: aigua de pluja

27. 7.3. Aigües oceàniques 1. Característiques. Temperatura La temperatura de les aigües superficials varia segons la latitud entre –2º C a latituds polars fins a 30º C a les zones equatorials. A latituds mitges a l’estiu es produeix una estratificació entre l’aigua superficial i la profunda separant-se per una zona o termoclina en la que la temperatura disminueix bruscament, situant-se entre els 100 i 1.500 metres. Aquesta dificulta els processos de difusió i barreja.

28. 7.3. Aigües oceàniques 1. Característiques. Densitat Depèn de la salinitat i de la temperatura. Les masses d’aigua en diferent densitat tendeixen a desplaçar-se en sentit vertical i horitzontal provocant amb altres factors les corrents marines. Si hi apareixen dues capes de molt diferent densitat, aquesta separació s’anomena picnoclina .

29. 7.3. Aigües oceàniques 1. Característiques. Oxigen dissolt

30. 7.3. Aigües oceàniques 2. Dinàmica oceànica. 1. Corrents marins Corrents marins : L’origen són les diferències de radiació solar, que provoquen canvis en la temperatura, vents i densitat. A més les forces de Coriolis, la topografia del fons i els continents modifiquen els moviments.

31. 7.3. Aigües oceàniques 2. Dinàmica oceànica. 1. Corrents marins Corrents superficials : Són molt semblants als atmosfèrics doncs estan condicionats pels vents. Les àrees d’ afloraments són de gran interès biològic doncs l’aigua superficial és reemplaçada per aigua profunda carregada d’elements químics (fòsfor, nitrogen...) provocant que la mitjana de producció primària sigui unes 10 vegades superiors a la mitjana oceànica per la qual cosa són àrees de gran riquesa pesquera o caladors (Perú, Sahara, Angola, Califòrnia). Com que l’aigua que aflora és freda, fet que provoca una circulació atmosfèrica descendent que impedeix la formació de núvols, les costes adjacents són àrides.

32. 7.3. Aigües oceàniques 2. Dinàmica oceànica. 1. Corrents marins Corrents profunds : s’originen per les diferències de temperatura i salinitat (corrents termohalines). Com recorren el peu del talús continental a una velocitat de 2 – 40 cm/s són capaces de transportar i sedimentar materials fins a aquest nivell (segueixen la topografia subterrània i poden anar en el mateix sentit que la superficial o en sentit contrari).

33. 7.3. Aigües oceàniques 2. Dinàmica oceànica. 1. Corrents marins Corrents profunds : (termohalines) Es formen per elevada densitat (salinitat) Es formen per baixa temperatgura

34. 7.3. Aigües oceàniques 2. Dinàmica oceànica. 1. Corrents marins

35. 7.3. Aigües oceàniques 2. Dinàmica oceànica. 2. Onades. Normalment són conseqüència de la interacció entre l’aigua i el vent, si bé poden tenir orígens diversos com moviments sísmics, activitat volcànica, falles, etc. provocant un moviment ondulatori de l’aigua superficial. Cada partícula d’aigua descriu un cercle sense que hi hagi pràcticament desplaçament en sentit horitzontal. El moviment s’atenua ràpidament en profunditat, de manera que, a pocs metres de fondària, el moviment de les onades ja no és perceptible (a partir de >1/2 de L –longitud d’ona-).

36. 7.3. Aigües oceàniques 2. Dinàmica oceànica. 2. Onades. La dimensió i la velocitat de les onades depenen de 3 factors: * Velocitat del vent * Durada del vent * Grandària de la superfície de l’aigua sobre la qual bufa el vent (fetch).

37. 7.3. Aigües oceàniques 2. Dinàmica oceànica. 2. Onades. Els Tsunamis són onades gegants de fins 60 m que avancen sobre la costa i normalment es produeixen per un terratrèmol. Al principi l’aigua es retira de la costa pel moviment vertical produït per la massa d’aigua. La compensació del brusc desplaçament provoca una ona que es propaga a gran velocitat. En mar obert, la longitud d’ona és molt llarga, fins uns 160 km, i l’amplitud molt petita, normalment d’un metre, per la qual cosa és quasi imperceptible, però quan s’apropa a la costa, i reduir-se la velocitat, la massa d’aigua es comprimeix i es converteix en una gran onada, o més d’una que arriben una darrera l’altre amb una diferència de minuts.

38. 7.3. Aigües oceàniques 2. Dinàmica oceànica. 2. Onades. Les onades es refracten quan s’apropen a una zona que surt

39. 7.3. Aigües oceàniques 2. Dinàmica oceànica. 2. Onades. El corrent litoral és una corrent paral·lela a la platja que es forma per les onades

40. 7.3. Aigües oceàniques 2. Dinàmica oceànica. 2. Onades. Les onades produeixen fenòmens de costa

41. 7.3. Aigües oceàniques 2. Dinàmica oceànica. 2. Onades.

42. 7.3. Aigües oceàniques 2. Dinàmica oceànica. 2. Onades.

43. 7.3. Aigües oceàniques 2. Dinàmica oceànica. 3. Marees. Són deformacions del nivell del mar provocades per l’atracció que sobre la Terra exerceixen la Lluna i, en proporció més petita, el Sol. Com que, per efecte de la rotació terrestre, qualsevol punt de la Terra s’alinea amb la Lluna dos cops al dia, hi haurà dues plenamars (marea alta) i dos baixamars (marea baixa) diàries. L’amplitud pot variar segons: * la latitud * la fondària del mar * forma de la costa

44. 7.3. Aigües oceàniques 2. Dinàmica oceànica. 3. Marees. Podem trobar algunes zones on les diferències entre marea alta i baixa sigui superior a 10m, aixó pot permetre la seva utilització com a font energètica.

45. 7.4. Aigües continentals 1. Composició. L’aigua conté una gran quantitat de substàncies dissoltes i en suspensió que provenen de diverses fonts: * Contacta amb el terreny, incorpora fonamentalment sals (l’aigua actua com factor erosiu i dissolvent) * Contacte amb l’atmosfera, és dissolen gasos com O 2 i CO 2 * Contacte amb éssers vius, incorpora substàncies orgàniques i minerals * Influència antropogènica, pot incorpora tota mena de substàncies.

46. 7.4. Aigües continentals 1. Composició. La composició de l’aigua natural depèn de moltes variables: Tipus d’aigua: subterrània i escolament superficial * Localització geogràfica * Estació de l’any (estiu +[sals], hivern +[M.O]) * Altres factors (incendis, etc)

47. 7.4. Aigües continentals 1. Composició. Constituents inorgànics d’aigües d’escolament superficial. Depèn del tram del riu: a) Tram alt: poc mineralitzat b) Tram baix: força mineralitzat tant per l’aport de superficial com el de subsòl. S’originen a partir de pluja, afloraments d’aigua subterrània o fusió de gel. El grau de mineralització augmenta al llarg del riu doncs també augmenta l'erosió i la dissolució.

48. 7.4. Aigües continentals 1. Composició. Constituents inorgànics d’aigües d’escolament superficial . L’època de l’any també afecta, doncs a l’hivern o estiu augmenta la massa orgànica al augmentar abans la descomposició de la biomassa, mentre que a l’estiu al disminuir les pluges les concentracions de sals dissoltes augmenta. També les turbulències i els desplaçaments de l’aigua augmenten la barreja dels compostos. Si es tala un bosc augmenta la incorporació a l’aigua de nitrats (x50), de potassi (x11) i de calci (x4). La vegetació en un territori intercepta part de la pluja i a més provoca, per l’acció de les arrels i els organismes del sòl una absorció de sals i un augment de l’escorrantia cortical disminuint les possibilitats d’escorrantia superficial i, per tant, d’avingudes o inundacions.

49. 7.4. Aigües continentals 1. Composició. Constituents inorgànics d’aigües del subsòl. És molt variable i depèn de la localització (material carbonatat o granític) i de la profunditat (com més profund més mineralitzat i sense matèria orgànica ni microorganismes, per un procés d’autodepuració ) Segons l’espècie mineral (+ 1 gr de sals/l o +1 grde CO 2 /l) predominant en el seu punt d’emergència: * aigües carbonatades : amb contingut de CO 2 > 1 g/l * aigües sulfurades : amb contingut de H 2 S i HS - > 0,1 g/l * aigües iodades : amb contingut en I - > 5 mg/l * aigües ferruginoses : amb contingut de Fe 2+ > 10 mg/l

50. 7.4. Aigües continentals 2. Distribució. 1. superficials En una Conca o xarxa de drenatge (superfície en la que tota l’aigua va a parar a un mateix punt o riu quedant delimitada per una divisòria d’aigües) si el sòl o roca mare és impermeable (granits, piçarres) no es perd aigua en profunditat cap altres aqüífers. Densitat d’una xarxa = longitut de tots els cursos d’aigua/superfície Com més tou és el material superfcial d’una conca més elevada és la densitat Les aigües d’escorrantia circulen seguint: * les zones de màxima pendent * les zones de menor resistència

51. 7.4. Aigües continentals 2. Distribució. 1. superficials. Rius Les que no circulen per llera fixa tenen una important acció erosiva i poden originar: xaragalls i posteriorment barrancs sobre terrenys argilosos i desproveïts de vegetació. Els rius són cursos d’aigua de llera fixa i circulació més constant que els torrents.

53. 7.4. Aigües continentals 2. Distribució. 1. superficials. Rius Els hidrogrames són els gràfics què es relacionen les variacions de cabal al llarg del temps. Es poden fer dels rius anualment o dels torrents diari Temps de resposta : temps des d'el moment que ha caigut la meitat de la precipitació fins al màxim de cabal.

54. 7.4. Aigües continentals 2. Distribució. 1. superficials. Llacs

55. 7.4. Aigües continentals 2. Distribució. 1. superficials. Llacs

56. 7.4. Aigües continentals 2. Distribució. 1. superficials. Glaceres

57. 7.4. Aigües continentals 2. Distribució. 1. superficials. Glaceres

58. 7.4. Aigües continentals 2. Distribució. 1. superficials. Glaceres

59. 7.4. Aigües continentals 2. Distribució. 1. superficials. Glaceres

60. 7.4. Aigües continentals 2. Distribució. 1. superficials. Glaceres

61. 7.4. Aigües continentals 2. Distribució. 2. Aigües subterrànies Aqüífer : és una acumulació d’aigües subterrànies que es poden explotar. També es pot considerar, en el cas d’estudi, els terrenys que tenen aigua en el seu interior. Com més profunditat més pressió i, en conseqüència, menys porus i menys possibilitat de trobar-ne. A més la seva extracció (a partir de 800m) ja no sol ser rendible

62. 7.4. Aigües continentals 3. Porositat i permeabilitat La quantitat d’aigua infiltrada dependrà de: Porositat : relació entre els espais buits i el volum total de la roca. Ens donarà la quantitat màxima d’aigua que pot emmagatzemar. Permeabilitat : és la capacitat de deixar circular l’aigua. Si els espais buits estan aïllats per la qual cosa hi haurà una baixa permeabilitat. Per exemple, les argiles tenen molts porus però no estan interconnectats; això fa que siguin roques impermeables. La manca de cimentació i compactació en els sediments és la causa de les porositats tan elevades.

63. 7.4. Aigües continentals 3. Porositat i permeabilitat Si la porositat està formada per processos posteriors a la formació de la roca ( meteorització , fracturació o dissolució – carstificació -) s’anomena porositat secundària . Això és el que passa a molts llocs de Catalunya on, per processos orogènics els granits estan altament fracturats i tenen una porositat secundària gran. Aixó fa que en alguns punts geogràfics hi hagi autèntics rius subterranis.

64. 7.4. Aigües continentals 3. Porositat i permeabilitat Tipus de roca Porositat (%) Roques sedimentàries Sediments detrítics recents 30-40 Calcàries amb fissures 20 Gres 5-25 Argiles 40-50 Roques metamòrfiques Quarsita 20 Pissarra 3 Esquist 3 Marbre 0,4 Roques magmàtiques Basalt 5 Granit meteoritzat 2-10 Granit amb fissures 5 Granit no meteoritzat 0-3

65. 7.4. Aigües continentals 3. Porositat i permeabilitat En un continent el volum d’aigua subterrània és notablement més elevada que el de les aigües superficials. Es considera que a partir de 800 m de fondària l’extracció ja no és rendible. No tota l’aigua que està en el sòl es mou lliurament per gravetat (així succeeix amb l’aigua que mulla per adsorció com la que està retinguda per capil·laritat ), l’acumulació de l’aigua lliure forma els aqüífers. El nivell que marca el límit superior s’anomena nivell freàtic .

66. 7.4. Aigües continentals 3. Porositat i permeabilitat Nivell piezomètric és definit pel nivell en què la pressió de l’aigua coincideix amb l’atmosfera i coincideix amb el punt més alt del nivell freàtic.

67. 7.4. Aigües continentals 3. Porositat i permeabilitat Isopiezes d’un sistema hidrològic

68. 7.4. Aigües continentals 4. L’aigua del subsòl es mou

70. 7.4. Aigües continentals 4. L’aigua del subsòl es mou

71. 7.4. Aigües continentals 4. L’aigua del subsòl es mou a) pou natural : quan la sortida d’un aqüífer confinat està per sota del nivell freàtic. b) pou surgent : quan, en un aqüífer confinat, la sortida d’aigua que queda per sobre de la superfície del terreny, es troba per sota del nivell piezomètric.

72. 7.4. Aigües continentals 4. L’aigua del subsòl es mou c) pou artesià : quan, en un aqüífer confinat, la sortida d’aigua que queda per sobre del terreny, es troba per sobre el nivell piezomètric. d) pou de gravetat : aqüífer lliure on la superfície freàtica està en contacte amb l’atmosfera i el pou perfora fins arribar a la zona de saturació entrant aigua fins l’altura de la capa freàtica. Cal pujar l’aigua mitjançant bombes. L’extracció provoca un embut o conus de depressió. La quantitat d’aigua que es pot extreure és igual a la que es recarga en el mateix temps.

73. 7.4. Aigües continentals 4. L’aigua del subsòl es mou La sobreexplotació genera un conus de depressió i la remoció de possibles contaminants La sobreexplotació a nivell de costa pot generar una entrada freàtica d’aigua salada anomenada INTRUSIÓ MARINA que contamina en sals l’aigua de reg