Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente 2º Bachillerato - Salesianos Atocha 2015-2016 Luis Heras.

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1 Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente 2º Bachillerato - Salesianos Atocha 2015-2016 Luis Heras

2 1. Distribución del agua en el mundo El agua dulce de fácil acceso sólo es el 1% de las aguas continentales. Además, no se distribuye de forma homogénea por el mundo, sino que es mayor allí donde abundan las precipitaciones. Lugares donde no hay muchas lluvias y donde la civilización está menos desarrollada no se benefician por igual del acceso al agua.

3 El agua: potencialmente renovable Según el ciclo del agua, el balance hídrico global mantiene una cantidad constante de agua. En teoría se considera un recurso renovable, pero con frecuencia las actividades humanas consumen más de lo que se puede regenerar. El agua de los ríos se renueva constantemente (tiene una tasa de renovación alta). Cada río tiene un caudal ecológico, que es el caudal óptimo que permite el adecuado desarrollo de los ecosistemas en ese río. Si el caudal es menor a ese caudal ecológico, esos ecosistemas pueden degradarse. El río puede mantener ese constante si las extracciones artificiales son razonables, pero si son excesivas no. Lo mismo ocurre si abusamos de los acuíferos, que tienen una tasa de renovación muy baja y si se explotan tardarán mucho más en renovarse.

4 2. Usos del Agua Antes de nada, hay que tener en cuenta que la calidad del agua (sus características fís, quím y biol) no tiene por qué ser la misma para todos los usos: debemos usar agua potable para el consumo humano, pero puede ser de peor calidad si es para apagar un incendio. Uso consuntivo: el agua se extrae de su lugar de origen y se reduce su calidad o cantidad. Ejemplo: uso en la agricultura, urbanos o domésticos, industrial. Uso no consuntivo: no se reduce la cantidad o calidad del agua porque no se extrae ni se consume. Ejemplo: centrales hidroeléctricas, navegación, uso recreativo, rehabilitación medioambiental…

5 2.1 Uso urbano y doméstico Urbano: se destina sobre todo a la limpieza de las calles y al funcionamiento de los vehículos. Doméstico: Se utiliza para beber y cocinar, para la higiene personal y para la limpieza del hogar o jardines. El consumo de un ciudadano medio en un país desarrollado es de 250 l por persona y día. Son múltiples factores los que contaminan el agua urbana y doméstica: detergentes, basuras, grasas…

6 2.2 Uso en agricultura y ganadería Sus fuentes son los ríos y los acuíferos. La agricultura es uno de los sectores que más contamina el agua. Superados ya los riegos por inundación (por desvío de los cursos fluviales a los cultivos), métodos más recientes como la aspersión o el goteo permiten ahorrar más agua. Aún así, se contaminan de fertilizantes y de restos orgánicos producidos por el ganado que pueden llegar a las aguas continentales.

7 2.3 Uso en industria De uso directo (para la fabricación) o indirecto (limpieza, refrigeración). También necesita gran cantidad de agua, y la contamina con materia orgánica, metales pesados, cloro… La mayoría de las industrias cuentan, o deberían contar, con grandes sistemas de depuradoras de aguas, especialmente para limpiar contaminantes peligrosos como los metales tóxicos. 2.4 Otras actividades que contaminan el agua En los vertederos, el agua de lluvia que se arrastra sobre ellos puede contaminar ríos y acuíferos. Las fugas de petróleo e hidrocarburos.

8 3. Contaminación del agua 3.1 Contaminantes del agua Físicos: suelen ser sedimentos, posibles radioisótopos o temperatura inducida por centrales térmicas o de refrigeración. Provocan cambios en la T, conductividad y en el pH, en el color y sabor del agua, y en la presencia de materia radiactiva. Químicos: tales como pesticidas, grasas, metales pesados, detergentes aniónicos (ABS o LAS), sulfatos y nitritos, sulfuros, cloruros… Sus efectos son variados: puedes despotabilizar el agua causando enfermedades en los humanos, pueden ser tóxicos para la vida acuática, pueden acumularse en las cadenas tróficas, eutrofizar el agua, cambiar su pH y sabor…

9 Biológicos: son microorganismos que el agua transporta. Pueden ser bacterias, virus, hongos, protozoos, algas… Algunas de ellas son patógenos (causan enfermedades) por lo que convierten el agua en un vehículo de patologías, distintas según el microorganismo. Nota: muchos otros microorganismos no solo no son patógenos, sino que podemos medir su concentración para conocer el estado del agua.

10 3.2 Calidad del agua Se define en función del uso al que va a ser destinada (beber, baño…) en base a una serie de parámetros: Parámetros físicos: turbidez, olor, color y sabor, conductividad eléctrica Parámetros biológicos (bioindicadores): seres vivos que indican la calidad del agua. Como ventajas: aportan la capacidad de autodepuración que posee el agua y dan información con un rango temporal más amplio (anterior y actual) que el de otros parámetros que solo indican el grado de calidad del agua en el momento de la toma de la muestra. Aguas limpias: larvas Eiphemeras, larvas de Dípteros (Blefarocéridos), larvas de Plecópteros (perlas), crustáceos anfípodos (Gammarus), algas navículas, cangrejo de río, trucha… Aguas contaminadas: gusano Tubifex, crustáceo Asellus, larvas de Tricópteros (Frigáneas), larvas de Eristalis (colas de rata)…

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12 Parámetros químicos: Demanda Biológica de Oxígeno (DBO): medida de la cantidad de O2 que los microrganismos precisan para eliminar la materia orgánica. Mide la contaminación biodegradable. Demanda Química de Oxígeno (DQO): medida de la cantidad de O2 necesaria para eliminar la totalidad de la materia orgánica mediante tratamientos químicos. Se utiliza también para medir contaminación por residuos industriales, que son muy poco biodegradables. (DQO > DBO, ya que hay compuestos que se pueden degradar biológicamente pero no químicamente) El cociente DBO/DQO es siempre menor que 1. Resultado menor de 0,2: poco biodegradable (industrial, inorgánico) Resultado mayor que 0,5: biodegradable

13 Oxígeno disuelto (OD): su presencia es fundamental para la vida. Si es bajo, indica contaminación porque se está gastando para la descomposición de la materia orgánica. Dureza, pH, concentración de P, N, sólidos, metales pesados…

14 4. Tratamientos del agua a) POTABILIZACIÓN Conjunto de procesos para convertir el agua natural en agua apta para el consumo humano. En ella se eliminan patógenos, tóxicos y se procura el buen aspecto del agua final. Se lleva a cabo en las ETAP (Estaciones de Tratamiento del Agua Potable), punto medio entre la captación de agua y las redes de distribución. Conlleva dos tipos de tratamientos: físico y químico.

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16 Tratamiento físico: Se aplican procesos como: Flotación: eliminar sólidos y aceites de la superficie Tamizado para eliminar partículas grandes y filtración con filtros especiales para las más pequeñas. Coagulación-floculación, que consigue agrupar y sedimentar partículas muy pequeñas, que se eliminan después por decantación. Desalación: para el agua de mar, se realiza por ósmosis inversa. Tratamiento químico: Se aplican procesos como: Neutralización: para corregir la acidez del agua con sosa. Ozonización y cloración: para destruir a los patógenos (desinfección) Ablandamiento: se añaden sustancias que eliminan las sales de Ca y Mg, las cuales forman incrustaciones de cal en las tuberías.

17 b) AUTODEPURACIÓN: se basan en imitar los procesos de depuración que ocurren naturalmente. Buscan que sean los propios microorganismos los que digieran la materia orgánica. El sistema más usado es el del lagunaje: el agua se introduce en grandes lagunas artificiales donde se deja actuar a los microorganismos. Puede tardar meses, y solo es adecuado para núcleos de población pequeños. c) TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES: Se llevan a cabo en las EDAR (Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales), donde ocurre una combinación de procesos físicos, químicos y biológicos en varias fases:

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20 1) Pretratamiento (desbaste, desengrasado, desarenado): se inicia con el desbaste: se recoge a los materiales sólidos gruesos por tamización mediante el uso de rejas, y también se aparta a las grasas por flotación (desengrasado). Desarenado: las piedras y la arena se hacen pasar a gran velocidad por cámaras para que precipiten y así se separen del resto. 2) Tratamiento primario: Conjunto de procesos físico- químicos que persiguen la separación de sólidos no eliminados en el pretratamiento. Los procesos básicos son tres: Decantación en tanques circulares con mecanismos de arrastre, y que depositan en su fondo fangos y grasas que serán apartados. Coagulación-floculación mediante empleo de sustancias químicas (iones, sales metálicas) que se adhieren a las partículas contaminantes, formando agregados cada vez mayores que flotan en la superficie, de donde serán retirados. Neutralización o ajuste de pH.

21 3) Tratamiento secundario o biológico. Sirve para eliminar la materia orgánica biodegradable. Lodos activos, donde los microorganismos se mezclan con las aguas residuales en grandes tanques. Para que se produzca bien hay que inyectar O 2 mediante turbinas o difusores, de modo que las bacterias aerobias y los hongos puedan vivir y así transformar la materia orgánica en inorgánica. Posteriormente, la masa microbiológica se hará sedimentar y será eliminada por un proceso de decantación secundaria. Los filtros bacterianos son depósitos que contienen una extensa masa de material inerte (piedras, arenas....) donde se adhieren los microorganismos descomponedores formando una biopelícula. El agua residual se deja pasar a través de ese medio, con lo que los microorganismos van degradando la materia orgánica, que se recoge una vez ha atravesado ese paso. 4)Tratamiento terciario. Son métodos más avanzados orientados a extraer la materia orgánica no eliminada anteriormente y para eliminar metales pesados, N y P. El agua tratada se somete a una filtración rápida por un lecho de arena y grava, que extrae flóculos pequeños de fango y mejora el agua. También se utilizan reactivos químicos o biológicos para el mismo fin, si bien es cierto que encarece mucho el proceso. 5) Desinfección. Es un tratamiento final destinado a evitar problemas de salud debido a la existencia de virus y bacterias patógenos en las aguas. Para acabar con ellos se emplea la cloración (con cloro gaseoso), y cada vez más la radiación ultravioleta y la ozonización (más caros). Hay que tener en cuenta que el proceso no finaliza aquí, sino que los fangos tan contaminados que se producen en el tratamiento 1º y 2º se deben también tratar. Suelen servir como abonos o como biocombustibles.

22 5. Efectos medioambientales de la contaminación del agua 5.1 Contaminación de ríos El agua de los ríos se autodepura gracias a los microorganismos descomponedores y a las algas. Sin embargo, estos mecanismos se detienen cuando la contaminación es alta o no biodegradable. Para estudiar el proceso de depuración de un río contaminado se diferencian 3 zonas: Zona de polisaprobios: punto donde se descargan las aguas contaminadas, formando aguas oscuras y malolientes (H2S), con muchos hongos y bacterias. No hay apenas O2 disuelto y por ello el resto de la vida es escasa. Zona de mesosaprobios: algo más lejos del vertido. Se desarrollan algas y cianobacterias que enriquecen el agua con O2, empezando a bajar la DBO. Se descompone aquí la materia orgánica que se almacenaba en el paso anterior. Zona de oligosaprobios: disminuye ya la materia orgánica y la DBO. El río recupera sus características. DBO(demanda biológica de O2) : parámetro que indica la contaminación de un líquido. Indica que contiene mucha materia orgánica, y que los microorganismos necesitan mucho O2 para poder degradarla.

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24 5.2 Acuíferos: Sobreexplotación: Se extrae tanta agua de un acuífero que supera su capacidad de recarga. El riesgo es que el terreno superior puede llegar a colapsar. Además, se puede dar una intrusión salina si el acuífero explotado está cerca de la costa, y el agua de mar va penetrando en el acuífero ante el vaciado del acuífero. Contaminación: si se contaminan los acuíferos, al no haber apenas O2 disuelto en él, hay pocos descomponedores que depuren el agua, por lo que esa contaminación no se resolverá.

25 5.3 Lagos Los lagos acumulan residuos porque no fluyen como los ríos. En ellos, por contaminación artificial puede ocurrir el fenómeno de la eutrofización. 1) Se inicia con una alta concentración de nutrientes que enriquece el agua (comúnmente el N de abonos y P de detergentes). 2) El exceso de nutrientes hace que prolifere anormalmente el fitoplancton, que enturbian el agua, tapando el paso de la luz hacia las capas inferiores del lago. El fitoplancton sí produce O2, pero va a la atmósfera, mientras que mueren los vegetales fotosintéticos y el O2 disuelto disminuye. 3) Los restos orgánicos del agua empiezan a ser descompuestos por bacterias aerobias de la superficie, y el agua se empobrece mucho más en O2. 4) Muchos organismos mueren, sus restos se acumulan al fondo donde son descompuestos por bacterias anaerobias. En el proceso se desprenden gases como el H2S, CH4 y el NH3, que le dan el mal olor al agua.

26 Eutrofización: alta concentración de nutrientes en el agua (comúnmente N, P). Normalmente sobreviene de un proceso de contaminación, tras el cual el exceso de nutrientes hace que proliferen anormalmente las algas unicelulares, que cubren el paso de la luz y ahogan la producción de O2 en el fondo. Esto provoca que muchas especies mueran, sean después degradadas por microorganismos y aumente mucho la biomasa, enturbiando a simple vista el agua o incluso haciendo que desaparezca el lago.

27 5.4 Mares No se contaminan tanto porque en ellos los tóxicos se diluyen y circulan más. Mares cerrados y con gran tráfico como el Mediterráneo si que tardan más en limpiarse. Contaminación química: por detergentes, aceites, combustible de barcos, metales pesados… Contaminación microbiana: por aguas residuales urbanas, los microbios pueden llegar a contaminar zonas de baño y sus poblaciones marinas. 5.5 Mareas negras Causadas por vertidos de petróleo. Flota sobre el mar e impide el paso de la luz al fitoplancton, impide el intercambio gaseoso mar-atmósfera y cubre la piel y branquias de animales, matándolos por asfixia. Algunos componentes del petróleo se hunden hasta el fondo marino y pueden matar organismos que habitan allí (seres bentónicos, como corales o estrellas de mar).

28 6. Recursos hídricos en España Su control está en manos del Ministerio de Medio Ambiente y las CCAA que explotan las cuencas de los ríos. España recibe un aporte de agua suficiente para satisfacer sus necesidades de consumo, si bien es verdad que las condiciones geográficas y climáticas provocan que exista mayor disponibilidad en el N y NO de España que en el Sur y SE, donde el caudal es más bien estacional. El agua puede escasear en muchas regiones por: Elevada densidad de población Zonas industriales Contaminación local del agua Falta de medidas de reciclaje del agua

29 7. Riesgos naturales asociados a los recursos hídricos RIESGOS  Crecidas e inundaciones: Al inundar las llanuras de inundación (zonas adyacentes al cauce), los ríos pueden arrastrar materiales y causar catástrofes. Normalmente, estas llanuras suelen destinarse al uso agrícola, pues los sedimentos arrastrados tras la crecida fertilizan el suelo – como ocurría en el río Nilo. Mediante la construcción de presas puede controlarse este fenómeno.  Sequías: escasez de agua temporal que compromete la disponibilidad del agua. España es un país afectado en ciertas zonas por sequías, debido a que la distribución de las precipitaciones no es homogénea. Los embalses y trasvases han ayudado a paliar este fenómeno, así como la explotación de acuíferos.

30 8. Gestión del agua Medidas generales Evitar la contaminación del agua y depurar la utilizada. Proteger los acuíferos de la sobreexplotación, vigilando que no descienda su nivel freático. Evitar fugas de agua en su transporte. Realizar campañas educativas para promover su ahorro. Estimular el ahorro incluso incrementando el precio del agua. Medidas por sectores Agrícola: Usar riego por goteo, reutilizar agua para regadío y evitar la contaminación de los acuíferos con pesticidas. Industrial: limitar los vertidos, promover la reducción del consumo, la reciclación y la depuración del agua. Urbano: concienciación ciudadana, reciclaje de agua en jardines y parques, no edificar en lugares con poco agua disponible.

31 Medidas de carácter técnico: Construir embalses: Permite aprovechar y acumular grandes cantidades de agua para el consumo humano, aunque su coste medioambiental es alto (por ejemplo, se quedan con sedimentos que no llegan al mar y los deltas retroceden). Trasvases: paso de agua de una cuenca rica a otra deficitaria en agua. También tienen un alto coste natural. Desalación del agua de mar: necesitan alto aporte de energía, y se obtiene un residuo alto en sal, la salmuera, que puede contaminar el litoral. Tecnología termal: evapora y condensa después el agua de mar para obtener agua pura. Para hacerla potable se le pueden añadir después sales. Tecnología de membrana u ósmosis inversa: se aplica presión al agua salada para hacer pasar el agua a trávés de una membrana semipermeable a un compartimento con menor concentración de sal.

32 Medidas legislativas: El agua es un bien de dominio público regulado por el Estado en sus distintas Leyes. Promueve un uso sostenible del agua Incrementa el número de infraestructuras que faciliten la disponibilidad de agua, para satisfacer la demanda. Establece un suministro mínimo por habitante y día de 60 litros Promueve sanciones por vertidos y extracciones ilegales. Organiza y cede a las autonomías parte del control de los ríos Crea una tasa por servicios de gestión y registro del agua. …

33 9. Energía hidráulica Energía hidráulica o hídrica: aquella que se obtiene del aprovechamiento de las energías cinética y potencial de la corriente de ríos y del movimiento de olas y mareas. Existen 3 tipos: 9.1 Centrales hidroeléctricas: Transforman la energía potencial del agua embalsada en energía cinética que mueve una turbina y genera energía eléctrica. Se puede regular el paso del agua del embalse a través de la presa. Por un túnel el agua llega a una turbina y al moverla, activa un generador eléctrico que produce la energía.

34 9.2 Centrales mareomotrices: Usan el flujo y reflujo de las mareas. Se instalan en zonas con una gran diferencia entre pleamar y bajamar. Requieren la construcción de una presa que forma un embalse que sufre los efectos de las mareas. Se libera el agua encerrada durante la bajamar, haciéndola salir por unos tubos estrechos que aumentan la presión del agua y la dirigen hacia unas turbinas. 9.3 Centrales undimotrices Aprovechan la energía de la oscilación vertical de las olas. Las primeras eran centrales al inicio de la costa, que recogían la fuerza de las olas. Actualmente se disponen una serie de boyas que se anclan a redes en el fondo del mar. El movimiento de las olas las hace descender y activar un pistón unido a un generador, que produce electricidad.

35 VentajasDesventajas Energía hidroeléctrica - Renovable - No contamina - Permite regular el caudal (inundaciones, otros usos) - Destrucción de hábitats y de biodiversidad - Alteración de la sedimentación/nutrientes - Impide la migración de los peces - Catástrofe por rotura de la presa - Altera mucho el paisaje Energía mareomotriz - Renovable - No contamina - Energía regular - Destrucción de hábitats y de biodiversidad de la costa - Altera mucho el paisaje - Alta inversión Energía undimotriz - Renovable - No contamina - Poco impacto ambiental - Energía variable según la fuerza de las olas - Alto coste de instalación de la red - Alto coste I+D+I - Las fuertes olas se pueden llevar los aparatos