campos científicos en los que se enmarca la

http://www.usc.es/ehec
CAMPOS CIENTÍFICOS EN LOS QUE SE
ENMARCA LA ASIGNATURA
Limnología. "Limne" (palabra griega) hace referencia a una divinidad
asociada a las aguas en general.
El término “Limnología” fue acuñado acuñado por FOREL (1892) con el
sentido de una "oceanografía de los lagos".
En los estatutos de la SIL (Sociedad Internacional de Limnología),
fundada en 1922 se consideró a la Limnología como "el estudio del
conjunto de las aguas dulces o epicontinentales".
MARGALEF (1983) considera el término como "Ecología de las aguas
no marinas"
Dentro de la Limnología se estudian aspectos tales como la química de las
aguas, la sedimentología o el estudio de la propia biota
(Hidrobiología) que aborda fundamentalmente los aspectos
taxonómico, faunístico, biológico, etológico, zoogeográfico y ecológico.
DELIMITACION ENTRE AGUAS MARINAS Y AGUAS
CONTINENTALES
Las aguas marinas tienen una notable uniformidad en su composición
http://www.usc.es/ehec
En las aguas marinas la sal predominante es el Cloruro sódico
1
http://www.usc.es/ehec
Las aguas continentales tienen una composición química
mucho más heterogénea que guarda relación con la
distinta composición de rocas y suelo
http://www.usc.es/ehec
En las aguas continentales la sal predominante es el
Bicarbonato cálcico
2
http://www.usc.es/ehec
Existen numerosas aguas continentales que no son dulces, sino saladas,
saladas,
incluso a veces más saladas que las del mar.
http://www.usc.es/ehec
AGUAS EPICONTINENTALES
3
http://www.usc.es/ehec
AGUAS SUBTERRÁNEAS
http://www.usc.es/ehec
CICLO DEL AGUA
En los Océanos la evaporación es mayor
que la precipitación.
En los océanos cada año se evapora un
volumen de agua equivalente a una capa de
1 m de espesor (es una media entre las
regiones cálidas-hasta 1,5 m y las frías y
templadas 35 mm).
En conjunto la cantidad de agua evaporada
representa 425.000 Km3 de los cuales el 90%
vuelve a caer sobre los océanos y el 1 % cae
sobre los continentes.
4
ORIGEN
VOLUMEN (Miles km3)
% AGUA TOTAL
Agua salada
Océanos
1 338 000
Agua subterránea salina
Lagos salinos
96,54
12 870
0,93
85
0,006
http://www.usc.es/ehec
Agua dulce
Glaciares, manto nival permanente
24 064
1,74
Agua subterránea
10 530
0,76
Permafrost
Lagos
0,022
91
0,007
Humedad del suelo
16,5
0,001
Vapor atmosférico
12,9
0,001
Marismas, humedales
11,5
0,001
Ríos
2,12
0,0002
1,12
0,0001
Incorporada en la biota
AGUA TOTAL (Miles km3)
AGUA DULCE TOTAL (Miles km3)
http://www.usc.es/ehec
300
1 386 000
100
35 029
2,52
97’24%
2’76 %
5
http://www.usc.es/ehec
http://www.usc.es/ehec
El agua no evaporada entra en el perfil del
suelo (infiltración). El agua infiltrada y
retenida por las partículas del suelo es
absorbida por las raíces de las plantas y
devuelta en gran parte a la atmósfera
mediante el proceso de transpiración.
La evapotranspiración disminuye el
contenido de humedad del suelo y deja
espacio libre para la retención de más
agua. En términos generales representa la
principal vía de salida del agua de una
cuenca y puede alcanzar un 60-80% de las
precipitaciones anuales.
Las aguas no infiltradas
(escorrentía) junto con
las que se mueven a
través del suelo o en los
acuíferos y no son
aprovechadas
por
la
vegetación alcanzan los
ríos o cauces superficiales
por donde discurren en
forma de caudales o
quedan retenidas en los
lagos
6
http://www.usc.es/ehec
naturaleza físico-química del agua
• Aparte del mercurio metálico, el agua es el único mineral
líquido del planeta. Un gran número de propiedades del
agua se apartan de lo que cabría esperar de su
composición molecular.
http://www.usc.es/ehec
naturaleza físico-química del agua
• Aunque la fórmula elemental es
H2O, en la que los átomos de H
forman un ángulo de 105º, en
realidad el agua está polimerizada
[(H2O)n]. Las moléculas se unen
unas con otras por medio de
enlaces puente de Hidrógeno.
7
http://www.usc.es/ehec
En el agua líquida, además de un residuo de H2O, las moléculas
crean asociaciones dinámicas (polímeros) que forman y
deshacen enlaces continuamente.
La proporción de polímeros de orden más elevado es mayor a
temperaturas más bajas, es decir, cuanto menor es la Tª mayor
es el tamaño de los polímeros y viceversa.
ANOMALÍAS DE LA DENSIDAD
http://www.usc.es/ehec
• A 0ºC las moléculas se disponen
en una red cristalina semejante
a la de la tridimita, con espacios
repetidos a intervalos regulares
que suponen un aumento de
volumen del 9% respecto al del
agua líquida
Hielo
Agua líquida
Vapor
8
http://www.usc.es/ehec
Como consecuencia de lo anterior en estado sólido
disminuye su densidad, por lo que flota sobre la fase
líquida
http://www.usc.es/ehec
„
El punto de máxima
densidad del agua es
aproximadamente a los
4ºC Las diferencias de
densidad por cambio
de temperatura (entre
masas de agua que
presenten
una
variación de 1ºC, por
ejemplo) se hacen
progresivamente
mayores por encima
de
los
4ºC.
La
diferencia de densidad
entre muestras de
agua a 20 y 21 ºC es
26 veces mayor que la
de aguas a 4 y 5ºC.
9
Temperatura (°C)
5
10
15
20
25
1
Epilimnion
Profundidad (m)
2
http://www.usc.es/ehec
30
3
4
5
Metalimnion
TERMOCLINA
6
7
8
Hipolimnion
9
10
• Donde hay un gradiente
vertical de temperatura
debe existir también un
gradiente vertical de
densidad.
http://www.usc.es/ehec
•
Esta
estratificación
térmica (por densidades)
implica una incompleta
mezcla vertical de las
aguas y si se mantiene
el tiempo suficiente, la
actividad
de
los
organismos
y
los
procesos fisicoquímicos
que tienen lugar en cada
nivel de profundidad
determinan importantes
diferencias entre los
compartimentos.
10
CARACTERÍSTICAS TÉRMICAS
•
•
http://www.usc.es/ehec
•
El agua tiene un elevado calor específico (4.1846 J g-1 ºC-1), sólo
superado por el amonio gaseoso (5.15) y el H2 líquido. Por ello, el agua es
capaz de acumular mucho calor y lo pierde muy lentamente (Inercia
térmica).
Como resultado las variaciones de temperatura de lagos y ríos se producen
lentamente según las estaciones lo que tiene importantes consecuencias
sobre los organismos. Esta elevada capacidad calorífica y el alto calor de
fusión y de vaporización tienen un efecto termostático y regulador.
Baja capacidad del agua para transmitir calor (mal conductor), salvo que
se produzcan turbulencias (viento, corrientes de agua), en cuyo caso la
intensidad de las turbulencias determinaría hasta qué profundidad se
calienta el agua.
Absorción de la luz
Iz = I0 e-kz
I0 = Intensidad de la luz en superficie
Iz = Intensidad de la luz a la profundidad
z
kd = coeficiente de extinción
z = profundidad (m)
k=
ln I0 – ln Iz
% of surface light
0
z
25
50
75
100
0
5
10
Existe un descenso exponencial y k
es la tasa de extinción. Cuanto
mayor es k más rápidamente
se atenúa la luz con la
profundidad
depth (m)
http://www.usc.es/ehec
I0 e Iz pueden medirse con un
luxímetro para obtener k
15
20
10%
20%
25
30
35
11
http://www.usc.es/ehec
El punto en el que se equilibran o igualan la fotosíntesis (producción) con la
respiración (se consume todo el O2 producido) se llama punto de compensación. La
intensidad de luz es del 1% de la luz incidente en la superficie, es decir cuando la
intensidad lumínica se ha reducido el 99%
• Zona fótica : Zona
situada por encima del
punto de compensación
en la que tienen lugar los
procesos fotosintéticos:
la producción supera la
respiración.
• Zona
afótica
o
profunda: situada por
debajo del punto de
compensación,
la
respiración es mayor que
la producción.
http://www.usc.es/ehec
• El grosor de la zona fótica varía en función distintos factores:
sólidos en suspensión, sustancias en disolución, zooplancton etc.
Dado que estos factores son variables estacionalmente, en las
distintas épocas del año se producen variaciones en el grosor de
la capa. En medios oligotróficos, la transparencia del agua es
muy alta y por tanto esto facilita la penetración de la luz y hace que
el punto de compensación esté mas profundo. Por el contrario, en
medios eutrofizados, con grandes cantidades de plancton, existe
una gran turbidez lo que dificulta la penetración de la luz y por tanto
el punto de compensación se sitúa más cerca de la superficie.
12
http://www.usc.es/ehec
ABSORCIÓN DEL COLOR
•
•
http://www.usc.es/ehec
•
El color del agua depende del
fitoplancton presente
El color verde del agua se produce
porque la clorofila absorbe la longitud de
onda violeta y roja, y refleja sólo la verde.
Otros pigmentos absorben y reflejan
otras longitudes de onda
• En general, la tasa de fotosíntesis es proporcional a la
profundidad (es decir, más luz = más fotosíntesis) hasta que se
produce la inhibición por exceso de luz o la saturación por
alcanzar el límite fisiológico de los organismos implicados.
• Las distintas especies presentas diferentes puntos de inhibición
o de saturación.
13
• Para medir la profundidad de la zona fótica se utilizan distintos
procedimientos, entre ellos el disco de Secchi, un disco de unos
20 cm de diámetro (30 en medio marino) que mediante una cuerda
se va hundiendo hasta que no es visible. Puede ser de color blanco
o con sectores blancos y negros.
http://www.usc.es/ehec
La profundidad de Secchi (cuando el disco
deja de verse) corresponde
aproximadamente al 10% de la luz en
superficie
Tensión superficial
http://www.usc.es/ehec
•
La fuerza de atracción entre
moléculas da lugar a que las
moléculas que se encuentran en la
superficie de un líquido sean atraídas
hacia su interior. Esta película de
moléculas superficiales se comporta
en forma similar a una membrana
elástica.
•
Es una característica de todos los
fluidos, y la del agua es la mayor
conocida
(si
exceptuamos
el
Mercurio).
líquido
dinas/cm
Acetona
23.7
Benceno
28.85
Tetracloruro de carbono
26.95
Acetato de etilo
23.9
n-Hexano
18.43
Metanol
22.61
Tolueno
28.5
Agua
72.75
Éter etílico
17.01
Mercurio
435.50
Alcohol etílico
22.75
14
http://www.usc.es/ehec
• Como todo sistema mecánico tiende a adoptar espontáneamente el
estado de más baja energía potencial, los líquidos tienen tendencia
a presentar al exterior la superficie más pequeña posible.
NEUSTON
Cuando un objeto se pone en
contacto con la superficie del
agua intervienen dos tipos de
fuerzas:
•Fuerzas de cohesión (c) entre
las moléculas de agua
•Fuerzas de adhesión (a) de
las moléculas de agua a la
superficie del objeto.
Si c>a => superficie hidrófoba
Si c<a => superficie hidrófila
http://www.usc.es/ehec
Viscosidad
• La viscosidad dinámica o absoluta es la resistencia
que opone el fluido al movimiento relativo de sus
moléculas.
• La fuerza con la que una capa de fluido en movimiento
arrastra consigo a las capas adyacentes de fluido
determina su viscosidad. Es un reflejo de las fuerzas de
cohesión entre moléculas.
Los fluidos de alta viscosidad absoluta presentan una cierta
resistencia a fluir; los fluidos de baja viscosidad fluyen con
más facilidad.
Depende fundamentalmente de la Tª y de los materiales
en disolución o en suspensión.
El agua caliente es menos viscosa que el agua fría
Viscosidad a 0°C
= 1.792 x 10-3 kg/m/s
Viscosidad a 30°C = 0.801 x 10 -3 kg/m/s
15
http://www.usc.es/ehec
Cloroformo 20°C
0.58 cP
Alcohol metílico 20°C
0.597 cP
Benceno 20°C
0.652 cP
Agua 20°C
1.002 cP
Alcohol etílico 20°C
1.2 cP
Mercurio 20°C
1.554 cP
Miel 20°C
10,000 cP
Chocolate 20°C
25,000 cP
Ketchup 20°C
50,000 cP
cP = Centipoise
1cP = 10-3 Paxs
Se mide en Pascales x s, según el Sistema Internacional se define
como la fuerza necesaria para desplazar a un kg de agua, un metro
en un segundo (kg/m*s = N*s/m2).
La resistencia por fricción al movimiento para los organismos
acuáticos es 100 veces mayor que para los organismos
aéreos.
Viscosidad y densidad
• La viscosidad cinemática es la relación
entre la viscosidad absoluta y la densidad
de fluido.
µ m2 
http://www.usc.es/ehec
υ =
ρ


 s 
• La viscosidad cinemática relaciona la viscosidad
(fuerzas de cohesión) con la inercia (masa/volumen).
• En el sistema internacional (SI) la unidad de viscosidad cinemática
es el metro cuadrado por segundo (m2/s).
16
El nº de Reynolds expresa la importancia relativa de las
fuerzas de inercia y las fuerzas de cohesión (viscosidad):
http://www.usc.es/ehec
Re= V L/
Donde V es la velocidad en m/s a la que el agua o un
objeto se mueven uno con relación a otro. Es decir, es lo
mismo que el agua discurra a través de un objeto
estacionario, que el objeto se mueva a través del agua.
L: es una longitud característica tal como el diámetro de
un tubo a través del cual pasa el agua, el grosor de la
capa de agua o la longitud del cuerpo de un animal en
la dirección del flujo. : es la viscosidad cinemática.
• Fundamentalmente el número de Re está determinado
por V y por L, ya que la viscosidad cinemática del agua
presenta ligerísimas variaciones.
http://www.usc.es/ehec
Es un número adimensional que indica el grado de turbulencia de un fluido.
• Cuando el número Re es pequeño significa que
predominan las fuerzas de viscosidad sobre las de
inercia. Todas las moléculas se mueven cohesionadas
en la misma dirección y como consecuencia hablamos
de flujo laminar.
• Cuando el número Re es alto predominan las fuerzas
de inercia sobre la viscosidad. Significa que las
moléculas del fluido se mueven en distintas direcciones:
flujo turbulento. En el flujo turbulento, las fuerzas de
inercia de las moléculas son mayores que las fuerzas de
cohesión entre ellas.
17
http://www.usc.es/ehec
Re < 500: flujo laminar
500 < Re <103- 104 : flujo de transición
Re > 103- 104: flujo turbulento
• Podemos estimar Re para distintos organismos:
Ballena : 109
Trucha: 105
Gammárido: 102
Rotífero nadador: 10-1
http://www.usc.es/ehec
Dominios
organismos con alto Re viven en
ambientes turbulentos
1,000,000
10,000
Arquimediano
Peces
100
Re
1
Stokesiano
Zooplancton
0.01
0.0001
0.000001
Fitoplancton
Browniano
1 µm 0.1 mm1 cm10 cm100 cm
organismos con bajo Re viven en
ambientes laminares, aunque puedan ser
transportados en una porción de agua
turbulenta. A su alrededor se forma una
capa laminar.
18
http://www.usc.es/ehec
Si un organismo extrae una molécula de la capa límite debe
ser reemplazada del agua circundante por difusión, proceso
que es muy lento. El gradiente de concentración en la capa
límite es el que determina entonces la rapidez con que el
déficit de nutrientes puede ser subsanado. La ventaja del
movimiento del animal (siempre y cuando haya un
gradiente de concentración) es que puede alcanzar una
posición en la que existe una mayor concentración exterior
de nutrientes lo que acelera la incorporación de estos a la
capa límite. Así pues, para organismos muy pequeños el
hundimiento o la locomoción activa es muy importante.
http://www.usc.es/ehec
En un fluido ideal no existe fricción entre las moléculas, pero en un
fluido real, cuando empieza a fluir bajo la influencia de la gravedad,
las moléculas de las capas estacionarias del fluido deben cruzar
una frontera para entrar en la región de flujo. Una vez cruzada esta,
las moléculas reciben energía de las que están en movimiento y
comienzan a fluir. Debido a la energía transferida, las moléculas que
ya estaban en movimiento reducen su velocidad.
V0
V
V0
V
Perfil plano
Flujo ideal
Perfil parabólico
Flujo real
19
http://www.usc.es/ehec
• En los ríos la velocidad de la corriente no es igual en toda la
columna de agua: es máxima en superficie y el centro del
cauce y disminuye hacia las orillas y hacia el fondo. La
velocidad del agua en el fondo se ralentiza por rozamiento
hasta hacerse casi nula, y se forma la llamada capa límite
sobre los objetos del fondo.
El límite superior de la capa límite se sitúa cuando la
velocidad es aproximadamente un 1% de la velocidad en
superficie.
http://www.usc.es/ehec
El grosor de la capa límite depende
de la velocidad en superficie (U) y
de la profundidad (x), ya que µ/δ es
la viscosidad cinemática del agua, y
permanece constante.
El grosor relativo depende del
número de Reynolds de los
objetos del fondo.
Si no cambian otras variables, el tipo de sustrato (tamaño y forma)
condiciona la colonización.
El aplastamiento del cuerpo es un ejemplo de adaptación a la corriente,
los animales se desplazan dentro de la capa límite.
20