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Ni se crea, ni se destruye, se transforma

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Una visión general de toda la prehistoria

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Una visión general de toda la prehistoria

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La influencia de los océanos sobre la Tierra

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La influencia de los océanos sobre la Tierra

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La influencia de los oceanos sobre la tierra

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¿POR QUÉ EXISTEN LAS MAREAS? - Draw My Life

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La marea es el cambio periódico del nivel del mar producido principalmente por las fuerzas de atracción gravitatoria que ejercen el Sol y la Luna sobre la Tierra. Aunque dicha atracción se ejerce sobre todo el planeta, tanto en su parte sólida como líquida y gaseosa, nos referiremos en este artículo a la atracción de la Luna y el Sol, juntos o por separado, sobre las aguas de los mares y océanos. Sin embargo, hay que indicar que las mareas de la litosfera son prácticamente insignificantes, con respecto a las que ocurren en el mar u océano (que pueden modificar su nivel en varios metros) y, sobre todo, en la atmósfera, donde puede variar en varios km de altura, aunque en este caso, es mucho mayor el aumento del espesor de la atmósfera producido por la fuerza centrífuga del movimiento de rotación en la zona ecuatorial (donde el espesor de la atmósfera es mucho mayor) que la modificación introducida por las mareas en dicha zona ecuatorial.

Otros fenómenos ocasionales, como los vientos, las lluvias, el desborde de ríos y los tsunamis provocan variaciones locales o regionales del nivel del mar, también ocasionales, pero que no pueden ser calificados de mareas, porque no están causados por la fuerza gravitatoria ni tienen periodicidad.

El fenómeno de las mareas es conocido desde la antigüedad. Parece ser que Piteas (siglo IV a. C.) fue el primero en señalar la relación entre la amplitud de la marea y las fases de la Luna, así como su periodicidad. Plinio el Viejo (23-79) en su Naturalis Historia describe correctamente el fenómeno y piensa que la marea está relacionada con la Luna y el Sol. Mucho más tarde, Bacon, Kepler y otros trataron de explicar ese fenómeno, admitiendo la atracción de la Luna y del Sol. Pero fue Isaac Newton en su obra Philosophiae Naturalis Principia Mathematica ("Principios matemáticos de la Filosofía Natural", 1687) quien dio la explicación de las mareas aceptada actualmente. Más tarde, Pierre-Simon Laplace (1749-1827) y otros científicos ampliaron el estudio de las mareas desde un punto de vista dinámico.

A continuación se recogen los principales términos empleados en la descripción de las mareas:

Marea alta o pleamar: momento en que el agua del mar alcanza su máxima altura dentro del ciclo de las mareas.

Marea baja o bajamar: momento opuesto, en que el mar alcanza su menor altura.

El tiempo aproximado entre una pleamar y la bajamar es de seis horas, completando un ciclo de veinticuatro horas y cincuenta minutos (dos pleamares y dos bajamares).

Flujo: el flujo es el proceso de ascenso lento y continuo de las aguas marinas, debido al incremento progresivo de la atracción lunar o solar o de ambas atracciones en el caso de luna nueva y de luna llena.

Reflujo: el reflujo es el proceso de descenso de las aguas marinas, lento y progresivo, debido a la disminuciòn de la atracción lunar o solar.

Amplitud de marea: diferencia de altura entre pleamar y bajamar (también llamada carrera de marea.

Rango micromareal: cuando la amplitud de marea es menor de dos metros.

Rango mesomareal: cuando la amplitud o carrera de marea está comprendida entre los dos metros y los cuatro metros.

Rango macromareal: cuando la amplitud o carrera de marea es mayor de cuatro metros.​

Semiperíodo de marea: diferencia en el tiempo entre pleamar y bajamar.

Estoa de marea: es el momento en el que el nivel permanece fijo en la pleamar o en la bajamar.

Estoa de corriente: es el instante en que la corriente asociada a la marea se anula.

Establecimiento del puerto: es el desfase existente, debido a la inercia de la hidrosfera, entre el paso de la Luna por el meridiano del lugar y la aparición de la pleamar siguiente.

Edad de la marea: es el desfase existente, por la misma razón, entre el paso de la Luna llena por el meridiano del lugar y la máxima pleamar mensual siguiente.

Unidad de altura: promedio durante diecinueve años (un ciclo nodal o ciclo de metón) de las dos máximas carreras de marea (equinoccios) de cada año del ciclo.

Marea viva, alta o sizigia: son las mareas que se producen con la luna llena y la luna nueva, cuando el Sol, la Luna y la Tierra se encuentran alineados. La Marea Viva que se produce durante la fase de Luna Nueva se denomina "Marea Viva de Conjunción"; y la que se produce mientras tiene lugar la fase de luna llena se llama "Marea Viva de Oposición".

Marea muerta, baja o de cuadratura: son las mareas que se producen durante las fases de Cuarto Creciente y Cuarto Menguante, cuando las posiciones de la Tierra, el Sol y la Luna forman un ángulo aparente de 90º.

Líneas cotidales: las líneas cotidales (del inglés tide: marea) son las líneas que unen los puntos en los cuales la pleamar es simultánea.

Puntos anfidrómicos o puntos de anfidromia: son zonas hacia las cuales convergen las líneas cotidales y en las que la amplitud de la marea es cero.

Puerto patrón: son los puntos geográficos para los cuales se calcula y publica la predicción de fecha y altura de marea.

Puerto secundario: son puntos geográficos de interés para el navegante pero que no tienen publicado un cálculo de predicción de mareas, pero sí una corrección en cuanto a hora y altura que los refiere a un puerto patrón y mediante la cual se pueden determinar igualmente los datos de marea.

Tablas de marea: son las publicaciones anuales con la predicción diaria de las alturas de marea. Suministran, entre otros datos, fecha, hora y altura de marea para diferentes puntos a lo largo del litoral marítimo.

La explicación completa del mecanismo de las mareas, con todas las periodicidades, es extremadamente larga y complicada. Así que se comenzará empleando todas las simplificaciones posibles para luego acercarse a la realidad suprimiendo algunas de estas simplificaciones.

Se considerará que la Tierra es una esfera sin continentes rodeada por una hidrosfera y que gira alrededor del Sol en una trayectoria elíptica sin girar sobre su eje. Por ahora no se tendrá en cuenta la Luna.

Cuando un astro está en órbita alrededor de otro, la fuerza de atracción gravitacional entre los dos viene dada por la ley de gravitación de Newton:

donde:

Esta fuerza de atracción es la fuerza centrípeta que hace que el astro describa una circunferencia.

donde:

es la masa del astro.

es la velocidad angular del astro y su período orbital.

es la distancia entre el centro de masas del astro y el centro de rotación, que coincide con el centro de masas de los dos astros. Si el otro astro es mucho más masivo ( ), el centro de rotación está muy cerca del centro de masas del astro masivo y . Es el caso que ocurre con la Tierra y el Sol.

El valor de la aceleración de gravedad debida al Sol es exactamente el que corresponde a una órbita con la velocidad angular y con el centro de masas terrestre a una distancia del Sol. Todas las partes de la Tierra tienen la misma velocidad angular alrededor del Sol, pero no están a la misma distancia. Las que están más lejos del centro de masas estarán sometidas a una aceleración de gravedad menor y la que están a una distancia inferior, a una aceleración mayor.

Existe otra fuerza, del mismo orden de magnitud, debida al hecho que las fuerzas de atracción convergen hacia el centro del Sol, que se encuentra situado a una distancia finita. Se describirá más adelante.

En algunas fuentes se comete el error de añadir las aceleraciones centrífugas. Si se opta por utilizar un sistema de referencia inercial (inmóvil respecto a las estrellas), no se deben tener en cuenta las fuerzas centrífugas, que son fuerzas ficticias y que sólo aparecen en sistemas de referencia acelerados. Un observador en la Tierra ve fuerzas centrífugas porque la Tierra está en caída libre hacia el Sol. En cambio, para un observador exterior fijo, solo existen las fuerzas reales, como la fuerza de atracción que constituye la fuerza centrípeta.​

El resultado de este pequeño desequilibrio de fuerzas es que el agua de los océanos situada en el lado opuesto al Sol siente una fuerza que la empuja hacia el exterior de la órbita, mientras que el agua situada en el lado orientado hacia el Sol siente una fuerza que la empuja hacia dicho astro. La consecuencia es que la esfera de agua que recubre a la Tierra se alarga ligeramente y se transforma en un elipsoide de revolución cuyo eje mayor está dirigido hacia el Sol. Se verá que este alargamiento relativo es muy pequeño: del orden de uno entre diez millones.

Para calcular la amplitud de las mareas solares, se construyen dos pozos imaginarios desde la superficie hasta el centro de la Tierra. Uno es paralelo a la recta que une la Tierra y el Sol y el otro es perpendicular.

La fuerza y la aceleración que siente el agua en el pozo perpendicular son casi paralelas al eje Tierra-Sol, pero no exactamente. La razón es que el Sol está a una distancia finita y las fuerzas están dirigidas hacia el centro del Sol y no son totalmente paralelas. Calculemos la componente de la aceleración de gravedad perpendicular al eje Tierra-Sol, , que experimenta el agua situada a una distancia del centro de la Tierra. Sin más que proyectar el vector de aceleración, se llega a que:

Aquí, es la aceleración debida a la atracción del Sol:

En esta última fórmula, es la masa del Sol y es la distancia de la Tierra al Sol. Por su parte, la componente perpendicular al eje queda:

Esta aceleración varía linealmente entre el centro de la Tierra y la superficie. El valor medio se obtiene reemplazando por , donde es el radio de la Tierra. Esta aceleración añade un "peso" adicional a la columna de agua del pozo y hace que la presión en el fondo aumente una cantidad , donde es la densidad del agua. Este aumento de la presión, transmitido a la superficie del océano, se corresponde con una variación del nivel del océano dada por la fórmula (donde es la aceleración de gravedad terrestre):

El cálculo numérico da una variación de 8,14 cm.

Se pasará ahora a calcular la disminución de la aceleración de gravedad ocasionada por el Sol en un punto situado a una distancia del centro de la Tierra. Añadiendo esta distancia adicional en la fórmula de la aceleración gravitatoria:

El primer sumando se corresponde con la aceleración para un cuerpo situado a una distancia . Por tanto, la disminución de la aceleración es:

A su vez, la aceleración media es:

La variación de presión es, como en el caso anterior, , por lo que:

Esta aceleración da un aumento de la altura del océano de 16,28 cm.

Con la suma de los dos efectos, el semieje mayor del elipsoide es 24,4 cm mayor que el semieje menor. Como la Tierra gira, un punto situado en el ecuador ve la altura del mar llegar a un máximo (pleamar) dos veces por día: cada vez que dicho punto pasa por el semieje mayor. De la misma manera, cada vez que el punto pasa por un semieje menor, la altura del mar pasa por un mínimo (bajamar). La diferencia entre la pleamar y la bajamar es de 24,4 cm. Pero no hay que olvidar que esto sólo es la parte debida al Sol, que no hay continentes y que no se ha tenido en cuenta la inclinación del eje de rotación de la Tierra. La variación de la altura del mar se puede aproximar por una sinusoide con un período de 12 horas.

La Luna gira alrededor de la Tierra, pero esta última no está inmóvil. En realidad, tanto la Luna como la Tierra giran alrededor del centro de masas de los dos astros. Este punto se sitúa aproximadamente a 4.670 km del centro de la Tierra, medido en el lugar de la superficie terrestre que se desplaza de oeste a este con el movimiento de traslación lunar, donde la atracción de nuestro satélite es mayor en un momento dado. Como el radio medio de la Tierra es de 6.367,5 km, el centro de masas se encuentra a unos 1700 km de profundidad bajo su superficie. La Luna tiene una masa kg y está a una distancia media de la Tierra de m. El cálculo de las mareas lunares es similar al cálculo de las mareas solares. Basta con reemplazar la masa y la distancia del Sol por las de la Luna. La diferencia de altura del océano debida al no paralelismo de las fuerzas es:

El cálculo numérico nos da una variación de 17,9 cm.

La diferencia de altura del océano provocada por la diferencia de atracción debida a las distancias diferentes respecto a la Luna es:

El cálculo numérico nos da una variación de 35,6 cm.

La diferencia de longitud entre el semieje mayor y el semieje menor del elipsoide debido a las mareas lunares de 35,6 cm. Por tanto, la amplitud de las mareas lunares es, aproximadamente, dos veces mayor que las de las mareas solares. Como para las mareas solares, la variación de la altura del mar en un punto de la superficie terrestre se puede aproximar por una sinusoide. Esta vez, el período es 12 horas, 25 minutos y 10 s.

El elipsoide debido a las mareas solares tiene el eje mayor dirigido hacia el Sol. El elipsoide debido a las mareas lunares tiene el eje mayor dirigido hacia la Luna. Como la Luna gira alrededor de la Tierra, los ejes mayores de los elipsoides no giran a la misma velocidad. Con respecto a las estrellas, el periodo de rotación del elipsoide solar es de un año. El elipsoide de la Luna es de 27,32 días. El resultado es que los ejes de los dos elipsoides se acercan cada 14,7652944 días. Cuando los ejes mayores de los dos elipsoides están alineados, la amplitud de las mareas es máxima y se llaman mareas vivas o mareas sizigias. Esto sucede en las lunas nuevas y en las lunas llenas. En cambio, cuando el eje mayor de cada elipsoide está alineado con el eje menor del otro, la amplitud de las mareas es mínima. Esto sucede en los cuartos menguantes y los cuartos crecientes. Estas mareas se llaman mareas muertas o mareas de cuadratura.

Inclinación del eje de la Tierra

Hasta ahora se ha ignorado el hecho de que el eje de rotación de la Tierra está inclinado unos 23,27° con respeto a la eclíptica (el plano que contiene la órbita de la Tierra y el Sol). Además, el plano de la órbita de la Luna está inclinado unos 5,145° con respecto a la eclíptica. Esto significa que el Sol ocupa posiciones que van desde 23,44° al norte del plano ecuatorial hasta 23,44° al sur del mismo plano. La Luna puede ocupar posiciones desde 28,6° hasta -28,6°. La consecuencia de esto es que los ejes mayores de los elipsoides que se han utilizado raramente coinciden con el plano del ecuador terrestre.

En la imagen de la derecha, el punto A está en pleamar. Cuando se produzca la próxima pleamar, 12 horas, 25 min y 10 segundos más tarde, el mismo punto se encontrará en B. Esta pleamar será menor que la precedente y que la posterior.

Esta alternancia diurna entre pleamares grandes y pequeñas hace pensar en la suma de dos periodicidades: una diurna y otra semidiurna. Se habla entonces de ondas de marea diurna y semidiurna, tanto lunar como solar. Esto se corresponde con un modelo matemático y no con la realidad física.

Nótese que el punto u y las localizaciones situadas más al norte, solo ven una pleamar por día. Cuando deberían estar en la pequeña pleamar, están aún en el mismo lado del elipsoide. Una situación similar se produce en el Hemisferio Sur. Matemáticamente, la amplitud de la onda semidiurna es demasiado pequeña para que pueda crear máximos o mínimos adicionales.

Las mareas son máximas cuando las dos pleamares son iguales. Eso solo ocurre cuando el eje mayor de los elipsoides es paralelo al plano ecuatorial. Es decir, cuando el sol se encuentra en el plano ecuatorial. Esto ocurre durante los equinoccios. Las mareas de equinoccio son las mayores del año.

Otras causas de variación

Varios factores adicionales también contribuyen a la amplitud de la marea:

Tanto la trayectoria de la Tierra alrededor del Sol, como la de la Luna alrededor de la Tierra, no son círculos sino elipses. Cuando la Tierra está más cerca del Sol (perihelio), las mareas son más intensas. De la misma manera, cuando la Luna está en su perigeo, las mareas son también más grandes. La influencia del perigeo o apogeo de la Luna es de ±20 % con respecto a la marea media.

Las mareas más grandes ocurren en sizigia, es decir, cuando el Sol, la Tierra y la Luna están alineados.

El mejor alineamiento del Sol, la Luna y la Tierra ocurre cuando la Luna atraviesa la eclíptica entre la Tierra y el Sol o, lo que es lo mismo, cuando el Sol está en el nodo lunar. En esa situación, las fuerzas de atracción del Sol y la Luna están perfectamente alineadas.

Cuando el Sol está en el plano ecuatorial, las dos mareas diarias son iguales y máximas. Eso ocurre en los equinoccios.

En el cálculo simplificado que se ha realizado, en el cual la Tierra no tiene continentes y está recubierta de una hidrosfera continua, la distancia entre las dos posiciones de pleamar es de 20.000 km. La zona de océano cuyo nivel es más alto que el valor medio tiene un diámetro de 10.000 km. Esa distancia es mayor que la distancia entre América y Europa o África y se corresponde con el ancho del Océano Pacífico. Para que todo un océano como el Atlántico o el Pacífico aumentasen de nivel, su contenido total de agua tendría que aumentar. Como los continentes impiden ese movimiento lateral de todo el océano, el modelo de la onda semidiurna no se corresponde con la realidad.

En la imagen de la derecha se puede ver que la altura de los océanos no sigue una onda que se desplaza de derecha a izquierda (hacia el Oeste). El desplazamiento del agua y de los máximos y mínimos es mucho más complicado.

En un modelo sin continentes, las líneas cotidales coinciden con los meridianos. En la imagen de la derecha en color están representadas las líneas cotidales del planisferio y el color del fondo corresponde a la amplitud de mareas. Estas líneas cotidales se corresponden con una situación astronómica particular (Luna creciente, equinoccios, etc.) y cambian con el tiempo. En las dos imágenes se observa que hay líneas cotidales que convergen hacia puntos anfidrómicos, en los cuales la amplitud de la marea es igual a cero.

La situación es aún más marcada en los mares interiores, cuyas dimensiones son aún menores que las de los océanos. Así, el Atlántico no puede llenar o vaciar el Mar Mediterráneo a través el estrecho de Gibraltar. Las aguas del Mediterráneo solo pueden desplazarse hacia el Este o hacia el Oeste, subiendo en un extremo y bajando en el otro. El resultado final se complica por la forma de las costas que limitan y desvían ese movimiento lateral.

En mayor o menor grado,todos los mares interiores y los mares abiertos (aunque en menor grado) presentan un movimiento circular, tanto en las corrientes marinas como en las corrientes de marea y estas corrientes pueden girar en sentido horario en las latitudes intertropicales del hemisferio norte y en sentido antihorario en la zona templada del hemisferio norte. En el caso del hemisferio sur se invierten dichos movimientos giratorios aunque no podemos hablar en este caso de mares, pero es la misma situación con porciones latitudinales de los propios océanos.

Como se ha visto, la amplitud de las mareas en alta mar es menor de 1 metro. En cambio, cerca de las costas la amplitud es generalmente mayor y en algunos casos alcanza o sobrepasa los 10 metros. En la tabla siguiente figuran algunos de los lugares donde se producen grandes mareas.​ Se ha puesto un solo lugar por zona.

Se explica ahora cómo una marea de menos de un metro en alta mar puede crear una marea de varios metros en la costa. La razón es la resonancia de la capa de agua situada sobre la plataforma continental. Esta capa es poco profunda (menos de 200 m) y, en algunos casos, tiene una gran extensión hasta el talud continental. Por ejemplo, el Canal de la Mancha es una capa de agua de 500 km de largo (desde la entrada hasta el Paso de Calais), 150 km de ancho y solo 100 m de profundidad. A escala, eso se corresponde con una masa de agua de 50 metros de largo y de 1 cm de profundidad. Cuando el nivel del mar aumenta en la entrada, el agua entra en el Canal de la Mancha. Como la extensión es grande y la profundidad pequeña, la velocidad del agua aumenta hasta unos 4 a 5 nudos (2 a 2,5 m/s). Alcanzar esa velocidad toma su tiempo (unas tres horas en el caso del Canal de la Mancha), pero detenerse también requiere un período similar. Una vez lanzada, el agua continúa avanzando, transcurriendo otras tres horas hasta que se para e invierte su dirección. El comportamiento oscilatorio se debe a la inercia y al retardo que tiene la capa de agua para responder a la excitación: la variación de altura del océano más allá del talud continental. La marea será más grande en función de que el período de oscilación propio de la zona sea más próximo al periodo de la excitación externa, que es de 12 horas y 25 minutos.

En la imagen de la izquierda se pueden observar las líneas cotidales en el Canal de la Mancha. Los números de cada línea corresponden al retardo de pleamar con respecto a una referencia. Obsérvese que hay 6 horas de diferencia entre las pleamares de la entrada del Canal de la Mancha y el Paso de Calais. También hay seis horas entre la entrada de la Mancha y el Mar de Irlanda (entre Irlanda e Inglaterra). Hay un punto anfidrómico (en anaranjado) en la entrada del Mar del Norte, frente a Holanda.

El período de oscilación propio de la Bahía de Fundy en Canadá es de 13 horas. Como es muy próximo al período de excitación, las mareas son muy grandes. Por el contrario, cuando el período propio se aleja de las 12,4 h, las amplitudes de las mareas son menores. El período de oscilación propio depende de la forma de la costa y de la profundidad y longitud de la plataforma continental.

Las mareas en la zona ecuatorial

En las áreas próximas al ecuador terrestre, las mareas suelen ser muy débiles, casi imperceptibles, salvo en las desembocaduras de los ríos, donde el ascenso de las aguas marinas puede dar origen al represamiento de las aguas fluviales, produciéndose un oleaje río arriba cuando las crestas de la marea entrante rompen contra el agua de los ríos. Este oleaje produce un ruido característico que recibe el nombre de macareo en el delta del Orinoco y pororoca en el río Amazonas.

El motivo de la escasa amplitud de las mareas en la zona intertropical se debe a que es la zona donde los efectos del movimiento de la rotación terrestre son mayores por la fuerza centrífuga generada por dicho movimiento. Debido a la fuerza centrífuga, el nivel del mar es mucho mayor en el ecuador que en las zonas templadas y, sobre todo, en las polares.Como resulta obvio, la mayor altura de las aguas ecuatoriales por la fuerza centrífuga impide que las mareas sean claramente notorias ya que esa fuerza centrífuga se ejerce por igual en toda la circunferencia ecuatorial mientras que las mareas sólo aumentan ese nivel donde se encuentra el paso de la Luna y el Sol, y es un aumento de nivel mucho menor.

Como se ha dicho, la variación de nivel del mar sobre la plataforma continental exige un movimiento alternativo del agua hacia la costa y hacia el mar. Como la profundidad del agua no es la misma cuando la marea sube que cuando baja, la forma de los obstáculos no es la misma, y la dirección y la velocidad de la corriente tampoco es la misma. El vector velocidad dibuja una especie de elipsoide cuyo eje mayor es más o menos paralelo a la costa.

En sitios donde las mareas tienen gran amplitud, las velocidades del mar también pueden ser muy grandes. Por ejemplo, en el Canal de la Mancha, en el Raz de Sein (en el extremo oeste de Bretaña, en Francia) y en el Raz Blanchard (al norte de la península del Cotentín, también en Francia), la corriente sobrepasa los 10 nudos (18 km/h) durante las grandes mareas. En el estrecho de Mesina, la corriente puede llegar a 5 nudos.

La energía de las mareas ha sido utilizada desde la edad media en Inglaterra, Francia, España y probablemente otros países. Los molinos de mareas de esa época solo funcionaban en reflujo. Estos, como muchos otros molinos hidráulicos, dejaron de utilizarse con la aparición de motores eléctricos.

La instalación de una central mareomotriz crea problemas medioambientales importantes como aterramiento del río, cambios de salinidad en el estuario y sus proximidades y cambio del ecosistema antes y después de las instalaciones.

Las fuerzas de gravedad que provocan las mareas de los océanos también deforman la corteza terrestre. La deformación es importante y la amplitud de la marea terrestre llega a unos 25 a 30 cm en sizigia y casi 50 cm durante los equinoccios.

Al ser el aire atmosférico un fluido, como sucede con las aguas oceánicas, también las dimensiones de la atmósfera sufren la acción de las mareas, afectando su espesor y altura y, por consiguiente, la presión atmosférica. Así, la presión atmosférica disminuye considerablemente durante las fases de luna llena y luna nueva, al ser atraída la columna de aire por el paso, combinado o no, de la luna y el sol por el cenit y/o el nadir. Como hemos visto con las mareas oceánicas, el nivel del mar puede ascender o bajar varios metros cada día en los lugares más propicios (estuarios o bahías). Pero en el caso de la atmósfera su nivel puede ser modificado por la atracción de la luna y el sol en varios km. Hay que tener en cuenta, sin embargo, que la atmósfera tiene un mayor espesor en la zona ecuatorial en especial y en la zona intertropical en general, por la fuerza centrífuga del movimiento de rotación terrestre, por lo que la intensidad de las mareas vendría a superponerse a dicha fuerza centrífuga y, lo mismo que sucede con las mareas oceánicas en la zona intertropical, sus efectos no son tan notorios ya que quedan enmascarados por dicha fuerza centrífuga. Por otra parte, hay que tener en cuenta que el aumento del espesor de la atmósfera por la atracción solar y/o lunar contribuye a la disminución de la presión, a la disminución de la velocidad de los vientos (de ahí el término de calmas ecuatoriales que, aun siendo correcto, se ha venido quedando en desuso) y al aumento de la condensación y de las lluvias.

En la zona intertropical, los cambios de la presión atmosférica durante las mareas atmosféricas dan origen a notables cambios de temperatura que se notan con un simple termómetro y que no se explicarían de otra forma: en luna llena o luna nueva, por ejemplo, puede fácilmente subir un grado o más cerca del mediodía o de la medianoche y en este último caso no tendría explicación si no tuviéramos en cuenta el calentamiento por condensación al disminuir la presión del aire y elevarse. No solo la presión atmosférica se modifica con las mareas atmosféricas, sino también la intensidad de las lluvias. Un estudio meteorológico del mes de octubre de 2012 nos mostraría una alta correlación entre las fases lunares con la mayor intensidad de los huracanes ( Nadine, Rafael y Sandy) y/o su disipación. En este último caso, las graves inundaciones causadas por Sandy en New Jersey y Nueva York resultaron de la combinación de la intensa marea producida por la luna llena (el 29 de octubre) y el mar de leva producido por el propio huracán al entrar en la costa de dichos estados, factor explicado en un artículo del NHC (National Hurricane Center) cuya lectura es muy apropiada para la comprensión de este tema:

Storm surge is an abnormal rise of water generated by a storm, over and above the predicted astronomical tides. Storm surge should not be confused with storm tide, which is defined as the water level rise due to the combination of storm surge and the astronomical tide. This rise in water level can cause extreme flooding in coastal areas particularly when storm surge coincides with normal high tide, resulting in storm tides reaching up to 20 feet or more in some cases.

Un mar de leva (o mar de fondo) es el ascenso anormal del nivel del mar generado por el oleaje de una tormenta ciclónica, sin tener en cuenta las mareas astronómicas. Un mar de leva no debe confundirse con una marea de tormenta ( galerna) que se define como el ascenso del nivel del mar debido a la combinación de un mar de leva con el pleamar de una marea astronómica. Este ascenso del nivel del mar puede ocasionar inundaciones extremas en áreas costeras, en particular cuando las dos causas coinciden en el mismo lugar, al mismo tiempo, pudiendo alcanzar un oleaje de unos 5 metros de altura o más en algunos casos

NHC (National Hurricane Center): Storm Surge Overview

(Tomado del artículo Storm Surge Overview [1])

Tanto la deformación de la Tierra debida a las mareas terrestres como el movimiento del agua de las mareas acuáticas son procesos que disipan energía. El trabajo lo efectúa el momento que la Luna y Sol ejercen sobre la parte deformada de la Tierra y de los océanos. La disipación de energía exige que los ejes mayores de los elipsoides de la hidrosfera y de la Tierra no estén perfectamente alineados con la Luna y el Sol, sino que tengan un pequeño retardo de fase. En el modelo sin continentes, ese retardo correspondería a 3° (y a 12 minutos en tiempo). Ese momento frena la rotación de la Tierra y la duración del día aumenta 17 microsegundos por año (aproximadamente, 1 segundo cada 59.000 años).

La Tierra ejerce el mismo momento sobre la Luna que el que la Luna ejerce sobre la Tierra. El momento que la Tierra ejerce sobre la Luna le comunica energía. Como la Luna está en órbita alrededor de la Tierra, ese aumento de energía se traduce en un aumento de la distancia entre los dos astros y un aumento de la duración del mes lunar. La distancia Tierra-Luna aumenta unos 38 mm por año.

De la misma manera que la Luna crea mareas en la Tierra, tanto acuáticas como terrestres, la Tierra también ejerce mareas sobre la Luna. La fricción debida a esas mareas frenó la rotación de la Luna, provocando que ésta presente siempre la misma cara hacia la Tierra, aunque es justo señalar que este hecho se ha interpretado como el posible origen terrestre de nuestro satélite: siendo la Tierra aún un cuerpo semifluido o incandescente, el movimiento de rotación habría producido una protuberancia que iría aumentando de velocidad por el incremento de la fuerza centrífuga. Con el tiempo, se habrían separado los dos astros, manteniendo la misma cara lunar visible desde la Tierra. En otros satélites del sistema solar que aún giran, la energía disipada por las deformaciones debidas a la marea genera actividad volcánica.

1. Masselink, G.; Short, A. D. (1993). "The effect of tidal range on beach morphodynamics and morphology: a conceptual beach model". Journal of Coastal Research 9 (3): 785-800. .

2. Este artículo (en inglés) contiene un excelente análisis del problema

3. National Oceanic & Atmospheric Administration, Departamento de Comercio de Estados Unidos

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Marea - Wikipedia, la enciclopedia libre

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La marea es el cambio periódico del nivel del mar producido principalmente por las fuerzas de atracción gravitatoria que ejercen el Sol y la Luna sobre la Tierra. Aunque dicha atracción se ejerce sobre todo el planeta, tanto en su parte sólida como líquida y gaseosa, nos referiremos en este artículo a la atracción de la Luna y el Sol, juntos o por separado, sobre las aguas de los mares y océanos.

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Corriente marina - Wikipedia, la enciclopedia libre

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El movimiento de compensación de las corrientes marinas no solo se produce entre la superficie y el fondo submarino, sino también en la propia superficie que, al contrario de lo que sucede en las corrientes que se originan en las costas occidentales de los continentes en la zona intertropical que, después de un viaje de miles de km cruzando los principales océanos llegan a convertirse en corrientes cálidas al llegar a las costas orientales de los continentes (Asia, África, América).

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El mar muerto es el lago salino más profundo del mundo, y se trata de uno de los lugares más conocidos de Oriente Próximo, especialmente por la trascendencia que le ha dado el turismo occidental. Las formaciones salinas de este enclave son tan singulares como las que presentan los diversos lagos salinos del rift africano, como el Lago Natron y Lago Assal.

El nombre de mar muerto, proviene de la ausencia de vida en sus aguas, la vida es imposible porque su salinidad es el 33,7%, originalmente fue llamado el mar Asphaltites por los griegos, el mar de sal según el Génesis o mar del este en otras partes de la Biblia. Aunque se le llame mar, es un lago hipersalino de gran profundidad, hasta 337m. Ocupa una longitud de 67km de largo y una nacho de 18km máximo. El lago se abastece de agua con el río Jordán. Su valor histórico es muy conocido, y ha sido escenario de diversos hechos relevantes.

La densidad del lago es de 1,24kg/l por ello se flota en él. El contenido en sal del lago es muy variable, ya que la profusa irrigación de los campos hace que éste disminuya y en etapas de mayor sequía aumenta. El contenido mineral del lago es muy diferente del contenido del agua del océano, su contenido al igual que sus salinidad varía según la época. Su composición principal es cloruro de calcio (14%), cloruro de potasio (4%), cloruro de magnesio (50%) y cloruro de sodio o sal común (30%). Aparecen pequeñas concentracioines de bromuro y sulfato, lo que hace que esta agua tengan ciertos valores terapéuticos.

Hasta los años 80 del siglo XX el mar muerto estaba compuesto por dos niveles estratificados de agua, cuya densidad, temperatura y salinidad eran completamente diferentes. Los primeros 35m alcanzaban una salinidad de 30-40% con una temperatura de 19º, pero la parte inferior hasta el lecho del algo alcanzaba temperaturas de 22º y estaba completamente saturada de sal por decantación, que finalmente se depositaba en el lecho del lago. Debido a las fuertes lluvias, desde los 80 esta estratificación se invirtió, de forma que la parte superior es mucho más salina y caliente que la inferior. De hecho el agua cambió de color desde el azul oscuro habitual a rojo, esto se debió a que el cambio de salinidad y la inversión de estratos propició que se asentara un alga denominada Dunaeliella cuya pigmentación roja tiñó el lago, además apareció una halobacteria que se alimentaba de ésta. La presencia de esta alga fue momentánea, y duró apenas un periodo de un año.

Las formaciones de sal del mar muerto son consecuencia de las altas concentraciones de sal, que finalmente se acaba depositando. Los egipcios utilizaban estos depósitos en los procesos de momificación así como lodos de potasio como fertilizantes.

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El mar muerto es el lago salino más profundo del mundo, y se trata de uno de los lugares más conocidos de Oriente Próximo, especialmente por la trascendencia que le ha dado el turismo occidental. Las formaciones salinas de este enclave son tan singulares como las que presentan los diversos lagos salinos del rift africano, como el Lago Natron y Lago Assal.

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Por qué los mares y océanos son salados y los lagos no

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Por qué los mares y océanos son salados y los lagos no

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concepto

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AMÉRICA VALENZUELA

PREGUNTA: ¿Por qué el mar es salado? ¿Lo ha sido desde el principio? ¿Y porqué los lagos son de agua dulce?

Los océanos constituyen aproximadamente el 70% de la superficie del planeta. Son salados porque tienen disueltas sales minerales. La mayoría es sal de mesa (cloruro sódico) y si esparciéramos toda esa sal sobre los continentes formaría una capa de unos 150 metros de grosor.

Los océanos se formaron hace unos 4.000 millones de años. Las sales proceden de la inmensa cantidad de "fumarolas y cráteres volcánicos que emanaban magma y gases ardientes", explica a RTVE.es el meteorólogo José Miguel Viñas.

Al enfriarse el vapor de agua y los demás gases se condensaron y comenzó una abundante lluvia que originó los mares y océanos. "Y el agua que fue acumulándose sobre la superficie terrestre provocó grandes arrastres de materiales que terminaron también disueltos en los océano"¿, apostilla Viñas.

"La salinidad en los mares y océanos es de un 3,5%"

La concentración de sales ha ido variando durante miles de millones de años. Hoy en la mayoría de los mares y océanos la salinidad es de aproximadamente del 3,5%. "En mares algo más pequeños y cerrados, como el Mediterráneo, por ejemplo, las salinidades son más elevadas. Y un caso extremo sería el Mar Muerto, donde el agua es tan salada que las personas flotan en él", apunta Viñas.

Hoy en día el aporte de sales a los mares y océanos es muchísimo menor que cuando se formaron. El principal aporte es una pequeña cantidad de sales que se han disuelto en el agua de los ríos por su paso por las rocas. Otro aporte viene de los volcanes submarinos y de las fumarolas hidrotermales.

Las sales se acumulan en los mares y océanos porque no tienen salidas de agua. Sólo pierden agua por evaporación. Por el contrario, l os lagos son de agua dulce porque el agua entra y sale de ellos constantemente. Llega de uno o varios ríos cargados con agua fresca de la montaña y sale por ríos que van camino al mar.

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EL PORQUÉ DE LA CIENCIA | ¿Por qué los mares son salados y los lagos dulces? - RTVE.es

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AMÉRICA VALENZUELA PREGUNTA: ¿Por qué el mar es salado? ¿Lo ha sido desde el principio? ¿Y porqué los lagos son de agua dulce? Los océanos constituyen aproximadamente el 70% de la superficie del planeta. Son salados porque tienen disueltas sales minerales.

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Mapa interactivo: Océanos, mares y lagos

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Mapa interactivo: Océanos, mares y lagos

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Práctica y mejora

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Mapa interactivo del Mundo El Mundo: Océanos, Mares y Lagos. Seterra

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Sabes localizar todos los océanos, mares y lagos del mundo correctamente? Puedes demostrarlo completando este original mapa interactivo.Estos son los ...

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Escorrentía de aguas pluviales.

Se llama escorrentía o escurrimiento a la corriente de agua que se vierte al rebasar su depósito o cauce naturales o artificiales. En hidrología, la escorrentía hace referencia a la lámina de agua que circula sobre la superficie en una cuenca de drenaje, es decir, la altura en milímetros del agua de lluvia escurrida y extendida. Normalmente se considera como la precipitación menos la evapotranspiración real y la infiltración del sistema suelo. Según la teoría de Horton, se forma cuando las precipitaciones superan la capacidad de infiltración del suelo. Esto solo es aplicable en suelos de zonas áridas y de precipitaciones torrenciales. Esta deficiencia se corrige con la teoría de la saturación, aplicable a suelos de zonas de pluviosidad elevada y constante. Según dicha teoría, la escorrentía se formará cuando los compartimentos del suelo estén saturados de agua.

La escorrentía superficial es una de las principales causas de erosión a nivel mundial. Suele ser particularmente dañina en suelos poco permeables, como los arcillosos, y en zonas con una cubierta vegetal escasa.

La proporción de agua que sigue cada uno de estos caminos depende de factores como el clima, el tipo de roca o la pendiente del terreno. De modo similar, en lugares en los que hay abundantes materiales sueltos o muy porosos, es muy alto el porcentaje de agua que se estanca.

Los principales parámetros que afectan la escorrentía son:​

La intensidad de la precipitación;

La capacidad de infiltración de una superficie particular; se ha producido un extraordinario desplazamiento del balance hídrico en favor de las escorrentías -en lugar de las infiltraciones- como consecuencia de la impermeabilización de grandes superficies cerca de las ciudades y zonas metropolitanas.​

La condición hidráulica a la que se encuentra el suelo o la roca; y,

Las características hidráulicas del suelo o roca.

La comparación entre estas variables permite obtener información sobre los procesos que se pueden presentar bajo diferentes situaciones. Las condiciones en las que se encuentra el suelo en el momento en que se produce la precipitación, afectará de forma sustancial el escurrimiento o escorrentía. Se pueden distinguir los siguientes casos:

Si la intensidad de la precipitación es menor que la capacidad de infiltración y el contenido de humedad del suelo es menor a su capacidad de campo, el escurrimiento sobre la superficie del terreno será reducido, ya que el suelo será capaz de captar una parte importante del volumen de agua que precipita sobre este. El flujo subsuperficial será muy reducido, ya que el agua captada es retenida por la capilaridad y aumentará el contenido de humedad inicial en el suelo.

Cuando la intensidad de la precipitación es menor que la capacidad de infiltración y el contenido de humedad del suelo está próximo o igual a la capacidad de campo, parte de la precipitación se convertirá finalmente en escurrimiento sobre el terreno; sin embargo, los volúmenes seguirán siendo de poca cuantía. El flujo subsuperficial será importante. Se puede notar que esta segunda situación frecuentemente se deriva de la primera, cuando la precipitación dura ininterrumpidamente un cierto período de tiempo.

Si la intensidad de la precipitación es mayor que la capacidad de infiltración y el contenido de humedad del suelo o roca es menor a su capacidad de campo. El suelo, presentando una deficiencia de humedad importante, permitirá que el agua que precipite, a pesar de que la capacidad de infiltración es reducida, se utilice parcialmente en abastecer de humedad al suelo, escurriendo solo una porción relativamente pequeña.

Finalmente, cuando la intensidad de la precipitación es mayor que la capacidad de infiltración y el contenido de humedad del suelo o roca es mayor o igual a su capacidad de campo. En este caso, al encontrarse el suelo en condición cercana a la saturación, no permitirá una infiltración importante, de modo que la mayor parte del agua precipitada se convertirá en escurrimiento sobre el terreno. El flujo subsuperficial también será importante. Cuando la parte somera de un suelo no permite una infiltración importante, la saturación en un suelo tendrá lugar solo en una porción cercana a la superficie, siendo incapaz el frente de humedad de avanzar a mayor profundidad, favoreciendo de esta manera el escurrimiento sobre el terreno.

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Escorrentía - Wikipedia, la enciclopedia libre

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Se llama escorrentía o escurrimiento a la corriente de agua que se vierte al rebasar su depósito o cauce naturales o artificiales. En hidrología, la escorrentía hace referencia a la lámina de agua que circula sobre la superficie en una cuenca de drenaje, es decir, la altura en milímetros del agua de lluvia escurrida y extendida.

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Ver la explicación física

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La parte más alta de una ola es su cresta, y la parte más profunda de la depresión entre dos olas consecutivas se llama valle. A la distancia entre dos crestas se le denomina longitud de onda (λ) y a la diferencia de altura entre una cresta y un valle se le llama altura (H) de la ola.

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Ilustración que muestra agua subterránea en acuíferos (1, 5 y 6) bajo el nivel freático (4), y tres pozos distintos (7, 8 y 9) excavados para alcanzarla.

Afloramiento de agua subterránea en un pozo.

El agua subterránea es agua presente bajo la superficie terrestre, en espacios rocosos o suelos porosos o en los huecos de las formaciones rocosas. Cerca del 30 por ciento de toda el agua dulce disponible en el mundo es agua subterránea. Una acumulación de agua subterránea es considerada un acuífero cuando puede proporcionar una cantidad de agua suficiente para su aprovechamiento por el hombre. La profundidad a la que los espacios de suelo poroso y las grietas o huecos en las rocas están llenos de agua se conoce como nivel freático. El agua subterránea se recarga desde la superficie; puede también salir a la superficie de manera natural a través de manantiales y filtraciones, y puede formar oasis o pantanos. Por otro lado, el agua subterránea se extrae a menudo para su uso en agricultura, industria y consumo humano mediante la construcción de pozos. El estudio de la distribución y movimiento del agua subterránea se denomina hidrogeología.

El agua subterránea representa una fracción importante de la masa de agua presente en los continentes, bajo la superficie de la Tierra, tanto en el suelo como en el subsuelo. El volumen del agua subterránea es mucho más importante que la masa de agua retenida en lagos o circulante, y aunque menor que el de los mayores glaciares, las masas más extensas pueden alcanzar un millón o más de km² (como el Acuífero Guaraní). El agua del subsuelo es un recurso importante, y de él se abastece a una tercera parte de la población mundial,​ pero de difícil gestión, por su sensibilidad a la contaminación y a la sobreexplotación. El agua subterránea es parte de la precipitación que se filtra a través del suelo hasta llegar al material rocoso que está saturado de agua. El agua subterránea se mueve lentamente hacia los niveles bajos, generalmente en ángulos inclinados (debido a la gravedad) y finalmente llega a los arroyos, los lagos y los océanos.

Es una creencia común que el agua subterránea llena cavidades y circula por galerías. Sin embargo, no siempre es así, pues puede encontrarse ocupando los intersticios (poros y grietas) del suelo, del sustrato rocoso o del sedimento sin consolidar, los cuales la contienen como una esponja. La única excepción significativa la ofrecen las rocas solubles, como las calizas y los yesos, susceptibles de sufrir el proceso llamado karstificación, en el que el agua excava simas, cavernas y otras vías de circulación, el modelo que más se ajusta a la creencia popular.

Un acuífero es una acumulación claramente diferenciada de agua en los poros o grietas de una masa de rocas permeables que permite su circulación. Las rocas almacén pueden ser de materiales muy variados como gravas y areniscas porosas poco cementadas (antiguos sedimentos marinos, de río, playa, eólicos), limos, ciertos tipos de arcilla, calizas agrietadas, e incluso formaciones volcánicas. El nivel superior del agua subterránea se denomina tabla de agua, que en el caso de un acuífero libre corresponde al nivel freático.

Es decir, el acuífero consta de una o más capas subterráneas de roca o de otros estratos geológicos que tienen la suficiente porosidad y permeabilidad para permitir ya sea un flujo significativo de aguas subterráneas o la extracción de cantidades significativas de aguas subterráneas.

Un acuífero es un terreno rocoso permeable dispuesto bajo la superficie, en donde se acumula y por donde circula el agua subterránea. Consta de

Una zona de saturación, que es la situada encima de la capa impermeable, donde el agua rellena completamente los poros de las rocas. El límite superior de esta zona, que lo separa de la zona vadosa o de aireación, es el nivel freático y varía según las circunstancias: descendiendo en épocas secas, cuando el acuífero no se recarga o lo hace a un ritmo más lento que el de su descarga; y ascendiendo, en épocas húmedas.

Una zona de aireación o vadosa, es el espacio comprendido entre el nivel freático y la superficie, donde no todos los poros están llenos de agua.

Cuando la roca permeable donde se acumula el agua se localiza entre dos capas impermeables, que puede tener forma de U o no, vemos que es un acuífero cautivo o confinado. En este caso, el agua se encuentra sometida a una presión mayor que la atmosférica, y si se perfora la capa superior o exterior del terreno, fluye como un surtidor, tipo pozo artesiano.

Tipos de acuíferos:
* c suelo poroso saturado; * e acuífero libre o no confinado. El entorno esta formado por:
* a río o lago; * b suelo poroso no saturado * d suelo impermeable; * f manantial; * g pozo.

Desde el punto de vista de su estructura se puede distinguir entre acuíferos libres y acuíferos confinados.

En la figura de al lado se ilustran los dos tipos de acuíferos:

río o lago (a), en este caso es la fuente de recarga de ambos acuíferos.

suelo poroso no saturado (b).

suelo poroso saturado (c), en el cual existe una masa de rocas impermeables (d), formado, por ejemplo por arcillas, este cuerpo impermeable confina el acuífero a cotas inferiores.

sustrato impermeable (d).

acuífero libre o no confinado (e).

pozo que capta agua del acuífero no confinado (g).

pozo que alcanza el acuífero confinado, frecuentemente el agua brota como en un surtidor o fuente, llamado pozo artesiano (h).

Desde el punto de vista textural, se dividen también en dos grandes grupos: los porosos y fisurales.

En los acuíferos porosos el agua subterránea se encuentra como embebida en una esponja, dentro de unos poros intercomunicados entre sí, cuya textura motiva que existe "permeabilidad" (transmisión interna de agua), frente a un simple almacenamiento. Aunque las arcillas presentan una máxima porosidad y almacenamiento, pero una nula transmisión o permeabilidad (permeabilidad <> porosidad). Como ejemplo de acuíferos porosos, tenemos las formaciones de arenas y gravas aluviales

En los acuíferos fisurales, el agua se encuentra ubicada sobre fisuras o diaclasas, también intercomunicadas entre sí; pero a diferencia de los acuíferos porosos, su distribución hace que los flujos internos de agua se comporten de una manera heterogénea, por direcciones preferenciales. Como representantes principales del tipo fisural podemos citar los acuíferos kársticos.

Desde un punto de vista hidrodinámico, de la movilidad del agua, podemos denominar, en sentido estricto:

Acuíferos

Buenos almacenes y transmisores de agua subterránea (cantidad y velocidad) (p.ej. arenas porosas y calizas fisuradas).

Acuitardos

Buenos almacenes pero malos transmisores de agua subterránea (cantidad pero lentos) (p.ej. limos).​

Acuícludos

Pueden ser buenos almacenes, pero nulos transmisores (p.ej. las arcillas).

Acuífugos

Son nulos tanto como almacenes como transmisores. (p.ej. granitos o cuarcitas no fisuradas).

Es aquel acuífero que se encuentra en contacto directo con la zona subsaturada del suelo. En este acuífero la presión de agua en la zona superior es igual a la presión atmosférica, aumentando en profundidad a medida que aumenta el espesor saturado.

Parque natural de las mil fuentes en el estado de Idaho, Estados Unidos (Thousand Springs State Park, Idaho, United States). Los numerosos manantiales surgen en el nivel de contacto entre un estrato superior de rocas volcánicas bastante permeables que cubren otro estrato también de rocas volcánicas, pero impermeables.

Son aquellas formaciones en las que el agua subterránea se encuentra encerrada entre dos capas impermeables y es sometida a una presión distinta a la atmosférica (superior). Sólo recibe el agua de lluvia por una zona en la que existen materiales permeables, recarga alóctona donde el área de recarga se encuentra alejada del punto de medición, y puede ser directa o indirecta dependiendo de si es agua de lluvia que entra en contacto directo con un afloramiento del agua subterránea, o las precipitaciones deben atravesar las diferentes capas de suelo antes de ser integrada al agua subterránea. A las zonas de recarga se les puede llamar zonas de alimentación. Debido a las capas impermeables que encierran al acuífero, nunca se evidenciarán recargas autóctonas (situación en la que el agua proviene de un área de recarga situada sobre el acuífero), caso típico de los acuíferos semiconfinados y los no confinados o libres (freáticos).

Un acuífero se denomina semi-confinado cuando el estrato de suelo que lo cubre tiene una permeabilidad significativamente menor que la del acuífero mismo, pero no llega a ser impermeable, es decir que a través de este estrato la descarga y recarga pueden todavía ocurrir.

Los acuíferos costeros pueden ser libres, confinados o semiconfinados.​ Lo que los diferencia es la presencia de fluidos con dos densidades diferentes: agua dulce, con un densidad menor, con relación al agua salada del mar o del océano. Esta diferencia de densidad hace que en la zona de la costa, el agua dulce se encuentra sobrepuesta al agua salada. El agua salada se introduce en el continente en forma de una cuña salina que se va profundizando a medida que se introduce en el continente.

La cuenca de los acuíferos costeros, al igual que la cuenca de acuíferos de zonas continentales interiores, se alimenta a través de precipitaciones, o a través del flujo subsuperficial y/o subterráneos de otras cuencas, mientras que las salidas se dan a través de la evapotranspiración, evaporación y por la salida subsuperficial, con la particularidad de que esta última se da hacia el mar.

El agua del suelo se renueva en general por procesos activos de recarga desde la superficie. La renovación se produce lentamente cuando la comparamos con la de los depósitos superficiales, como los lagos, y los cursos de agua. El tiempo de residencia (el periodo necesario para renovar por completo un depósito a su tasa de renovación normal) es muy largo. En algunos casos la renovación está interrumpida por la impermeabilidad de las formaciones geológicas superiores (acuitardos), o por circunstancias climáticas sobrevenidas de aridez.

En ciertos casos se habla de acuíferos fósiles, estos son bolsones de agua subterránea, formados en épocas geológicas pasadas, y que, a causa de variaciones climáticas ya no tienen actualmente recarga.

El agua de las precipitaciones ( lluvia, nieve,...) puede tener distintos destinos una vez alcanza el suelo. Se reparte en tres fracciones. Se llama escorrentía a la parte que se desliza por la superficie del terreno, primero como arroyada difusa y luego como agua encauzada, formando arroyos y ríos. Otra parte del agua se evapora desde las capas superficiales del suelo o pasa a la atmósfera con la transpiración de los organismos, especialmente las plantas; nos referimos a esta parte como evapotranspiración. Por último, otra parte se infiltra en el terreno y pasa a ser agua subterránea.

La proporción de infiltración respecto al total de las precipitaciones depende de varios factores:

La litología (la naturaleza del material geológico que aflora a la superficie) influye a través de su permeabilidad, la cual depende de la porosidad, del diaclasamiento (agrietamiento) y de la mineralogía del sustrato. Por ejemplo, los minerales arcillosos se hidratan fácilmente, hinchándose siempre en algún grado, lo que da lugar a una reducción de la porosidad que termina por hacer al sustrato impermeable.

Otro factor desfavorable para la infiltración es una pendiente marcada.

La presencia de vegetación densa influye de forma compleja, porque reduce el agua que llega al suelo (interceptación), pero extiende en el tiempo el efecto de las precipitaciones, desprendiendo poco a poco el agua que moja el follaje, reduciendo así la fracción de escorrentía y aumentando la de infiltración. Otro efecto favorable de la vegetación tiene que ver con las raíces, especialmente las raíces densas y superficiales de muchas plantas herbáceas, y con la formación de suelo, generalmente más permeable que la mayoría de las rocas frescas.

La velocidad a la que el agua se mueve depende del volumen de los intersticios (porosidad) y del grado de intercomunicación entre ellos. Los dos principales parámetros de que depende la permeabilidad. Los acuíferos suelen ser materiales sedimentarios de grano relativamente grueso (gravas, arenas, limos, etc.). Si los poros son suficientemente amplios, una parte del agua circula libremente a través de ellos impulsada por la gravedad, pero otra queda fijada por las fuerzas de la capilaridad y otras motivadas por interacciones entre ella y las moléculas minerales.

En algunas situaciones especiales se ha logrado la recarga artificial de los acuíferos, pero este no es un procedimiento generalizado, y no siempre es posible. Antes de poder plantearse la conveniencia de proponer la recarga artificial de un acuífero es necesario tener un conocimiento muy profundo y detallado de la hidrogeología de la región donde se encuentra el acuífero en cuestión por un lado y por otro disponer del volumen de agua necesario para tal operación.

Uno de ellos es el flujo hipodérmico o "interflujo" es aquel que circula de modo somero y rápido por ciertas formaciones permeables de escasa profundidad, por lo general, ligada a alveos fluviales (acuíferos subálveos); que proceden de una rápida infiltración, una alta velocidad de transmisión ( conductividad hidráulica), y un retorno hacia el cauce superficial. Por lo que estos flujos más intervienen en el balance neto de las aguas superficiales (o de escorrentía superficial) que en las aguas subterráneas donde sólo interviene como balance transitorio. De este modo, estos flujos suelen ir ligados al propio flujo en el río, dándose a veces al río el nombre de cauce intermitente, ya que lo que se observa en el río es que este tiene tramos con agua y tramos secos.

Como medio transitorio, también puede citarse el flujo ligado a hábitats húmedos, tipo criptohumedal, donde el agua, por debajo del circuito hipodérmico, ya circula propiamente por la zona saturada de un acuífero, y pertenece, por tanto, al balance neto de las aguas subterráneas, en diferencia al interflujo, de balance de escorrentía superficial. Este tránsito favorece el mantenimiento de las plantas denominadas "freatófilas", que son capaces de succionar las capas saturadas más someras de los acuíferos, como agua extra a la captada del suelo del exterior.

Video de un manantial en Quellgebiet der Kunster, bei Neuruppin, Alemania.

El agua subterránea mana (brota) de forma natural en distintas clases de surgencias en las laderas ( manantiales) y a veces en fondos del relieve, siempre allí donde el nivel freático intercepta la superficie. Cuando no hay surgencias naturales, al agua subterránea se puede acceder a través de pozos, perforaciones que llegan hasta el acuífero y se llenan parcialmente con el agua subterránea, siempre por debajo del nivel freático, en el que provoca además una depresión local. El agua se puede extraer por medio de bombas. El agua también se desplaza a través del suelo, normalmente siguiendo una dirección paralela a la del drenaje superficial, y esto resulta en una descarga subterránea al mar que no es observada en la superficie, pero que puede tener importancia en el mantenimiento de los ecosistemas marinos.

Los pozos se pueden secar si el nivel freático cae por debajo de su profundidad inicial, lo que ocurre ocasionalmente en años de sequía, y por las mismas razones pueden secar los manantiales. El régimen de recarga puede alterarse por otras causas, como la reforestación, que favorece la infiltración frente a la escorrentía, pero aún más favorece la evaporación, o por la extensión de pavimentos impermeables, como ocurre en zonas urbanas e industriales.

El descenso del nivel freático medio se produce siempre que hay una extracción continuada de agua en el acuífero. Sin embargo este descenso no significa que el acuífero esté sobreexplotado. Normalmente lo que sucede es que el nivel freático busca una nueva cota de equilibrio en que se estabiliza. La sobreexplotación se produce cuando las extracciones totales de agua superan a la recarga.

El agua subterránea tiende a ser dulce y potable, pues la circulación subterránea tiende a depurar el agua de partículas y microorganismos contaminantes. Sin embargo, en ocasiones éstos llegan al acuífero por la actividad humana, como la construcción de fosas sépticas o la agricultura. Por otro lado la contaminación puede deberse a factores naturales, si los acuíferos son demasiado ricos en sales disueltas o por la erosión natural de ciertas formaciones rocosas.

La contaminación del agua subterránea puede permanecer por largos períodos de tiempo. Esto se debe a la baja tasa de renovación y largo tiempo de residencia, ya que al agua subterránea no se le puede aplicar fácilmente procesos artificiales de depuración como los que se pueden aplicar a los depósitos superficiales, por su difícil acceso. En caso de zonas locales de contaminación se pueden realizar remediación de acuíferos mediante la técnica de bombeo y tratamiento, que consiste en extraer agua del acuífero, tratarla químicamente, e inyectarla de vuelta al acuífero.

Entre las causas antropogénicas (originadas por los seres humanos), debidas a la contaminación están la infiltración de nitratos y otros abonos químicos muy solubles usados en la agricultura. Estos suelen ser una causa grave de contaminación de los suministros en llanuras de elevada productividad agrícola y densa población. Otras fuentes de contaminantes son las descargas de fábricas, el mal manejo de residuos sólidos urbanos, los productos agrícolas y los químicos utilizados por las personas en sus hogares y patios. Los contaminantes también pueden provenir de tanques de almacenamiento de agua, pozos sépticos, lugares con desperdicios peligrosos y vertederos. Actualmente, los contaminantes del agua subterránea que más preocupan (?) son los compuestos orgánicos industriales, como disolventes, pesticidas, pinturas, barnices, o los combustibles como la gasolina.

En cuanto a los abonos químicos minerales, los nitratos son los que generan mayor preocupación. Estos se originan de diferentes fuentes: la aplicación de fertilizantes, los pozos sépticos que no están funcionando bien, las lagunas de retención de desperdicios sólidos no impermeabilizadas por debajo y la infiltración de aguas residuales o tratadas. El envenenamiento con nitrato es peligroso en los niños. En altos niveles pueden limitar la capacidad de la sangre para transportar oxígeno, causando asfixia en bebés. En el tubo digestivo el nitrato se reduce produciendo nitritos, que son cancerígenos.

El agua subterránea en áreas costeras puede contaminarse por intrusiones de agua de mar ( Intrusión salina) cuando la tasa de extracción es muy alta. Esto provoca que el agua del mar penetre en los acuíferos de agua dulce. Este problema puede ser tratado con cambios en la ubicación de los pozos o excavando otros que mantengan el agua salada lejos del acuífero de agua dulce. En todo caso, mientras la extracción supere a la recarga por agua dulce, la contaminación con agua salada sigue siendo una posibilidad.

Un ejemplo de la contaminación de aguas subterráneas es el que se presenta en el bajo valle del Ganges. Allí se da un caso grave de contaminación por arsénico que está causando la intoxicación crónica a decenas de millones de personas, irremediable hasta ahora. La causa de esta contaminación es la combinación de un factor antropogénico, la contaminación orgánica ligada a la intensificación del regadío y de un factor natural: una cepa bacteriana del suelo libera el arsénico que antes permanecía retenido en la roca debido a las nuevas condiciones.

Otro ejemplo es el de los acuíferos de la cuenca vertiente del Mar Menor en el Campo de Cartagena.​

Las zonas de recarga de acuíferos son particularmente delicadas desde el punto de vista de la contaminación hídrica, ya que las sustancias contaminantes una vez que entran en los acuíferos permanecen allí durante períodos muy largos. Particularmente algunas actividades humanas llevan implícitos determinados peligros de contaminación. La tabla siguiente menciona algunas actividades peligrosas desarrolladas en zonas de recarga.

Mapas de riesgo de contaminación por fluoruros en aguas subterráneas

Alrededor de un tercio de la población mundial obtiene agua potable de las reservas de agua subterránea. Se estima que alrededor de un 10 por ciento de la población mundial -en torno a 300 millones de personas- se abastecen de agua de reservorios subterráneos contaminados con arsénico y fluoruro. La contaminación por estos oligoelementos es en general de origen natural y se produce por la liberación al medio acuoso de contaminantes por medio de mecanismos de alteración y/o desorción de los minerales contenidos tanto en rocas como en sedimentos.

En el año 2008 el Instituto Suizo de Investigación del Agua ( Eawag) presentó un nuevo método que permite establecer mapas de riesgo para sustancias tóxicas de origen geológico en las aguas subterráneas.​​​​​

La principal ventaja de esta aproximación es que permite establecer, para cada zona de extracción, la probabilidad de que el agua esté o no contaminada, lo que facilita los trabajos de muestreo y la identificación de nuevas áreas potencialmente contaminadas.

En el año 2016 este grupo de investigadores puso a disposición pública los conocimientos adquiridos por medio de la plataforma Groundwater Assessment Platform GAP ( www.gapmaps.org). Esta plataforma permite a expertos de todo el mundo utilizar y visualizar datos analíticos propios, a fin de elaborar mapas de riesgo para una determinada zona de interés. La plataforma GAP funciona al mismo tiempo como un foro de discusión para el intercambio de conocimientos con el fin de continuar desarrollando y perfeccionando los métodos para la eliminación de sustancias nocivas de las aguas destinadas al consumo humano.

La fauna de las aguas subterráneas, o stygofauna, se compone fundamentalmente de crustáceos como por ejemplo el Niphargus, aunque también se compone de gusanos, insectos y otros grupos de invertebrados. Aunque no es usual, la fauna de las aguas subterráneas comprende también animales vertebrados: en Australia se han encontrado dos especies de peces ciegos. La mayoría de estas especies pasan toda su vida en aguas subterráneas, no encontrándose en ningún otro sitio.

Según un estudio publicado en la revista Nature Geoscience,​ se estima que el agua subterránea puede abarcar hasta un volumen total de 23 millones de kilómetros cúbicos ​ y se ubica a 2 km bajo la superficie;​ esa cantidad, es suficiente para aumentar el nivel del mar en 50 metros.​

La UNESCO estimó, en 1992, que más del 50% de la población mundial estaba siendo abastecida por agua procedentes de acuíferos. En EE. UU. por ejemplo, se perforan cerca de 400.000 pozos al año, y se extraen más de 120 billones de metros cúbicos al año, suministrando más del 70% del abastecimiento público y de las industrias. De manera parecida, países como Alemania, Austria, Bélgica, Dinamarca, Francia, Holanda, Hungría, Italia, Marruecos, Rusia y Suiza suministran con estas aguas entre el 70 y el 90% de la demanda de abastecimiento público.​

1. PNUMA, Ngoc Thai Dang, Viet Nam, Still Pictures. "Agua dulce". Archivado desde el original el 7 de febrero de 2017.

2. "Bedoya Soto, J.M. Propuesta Metodológica para el Manejo de Acuíferos Costeros: El Problema de la Intrusión Salina. Medellín, Colombia. 2009.". Archivado desde el original el 26 de junio de 2019.

3. "BOE.es - BOE-B-2020-24791 Anuncio de la Confederación Hidrográfica del Segura, O.A. sobre Acuerdos adoptados en la Junta de Gobierno celebrada el día 16 de julio de 2020 relativos a la declaración de la masa de agua subterránea 070.052 Campo de Cartagena en riesgo de no alcanzar el buen estado cuantitativo y químico.". www.boe.es.

4. Eawag (2015) Geogenic Contamination Handbook - Addressing Arsenic and Fluoride in Drinking Water. C.A. Johnson, A. Bretzler (Eds.), Swiss Federal Institute of Aquatic Science and Technology (Eawag), Duebendorf, Switzerland. (download: www.gapmaps.org)

5. Amini, M.; Mueller, K.; Abbaspour, K.C.; Rosenberg, T.; Afyuni, M.; Møller, M.; Sarr, M.; Johnson, C.A. (2008) Statistical modeling of global geogenic fluoride contamination in groundwaters. Environmental Science and Technology, 42(10), 3662-3668, doi:10.1021/es071958y

6. Amini, M.; Abbaspour, K.C.; Berg, M.; Winkel, L.; Hug, S.J.; Hoehn, E.; Yang, H.; Johnson, C.A. (2008). "Statistical modeling of global geogenic arsenic contamination in groundwater". Environmental Science and Technology 42 (10), 3669-3675. doi:10.1021/es702859e

7. Winkel, L.; Berg, M.; Amini, M.; Hug, S.J.; Johnson, C.A. Predicting groundwater arsenic contamination in Southeast Asia from surface parameters. Nature Geoscience, 1, 536-542 (2008). doi:10.1038/ngeo254

8. Rodríguez-Lado, L.; Sun, G.; Berg, M.; Zhang, Q.; Xue, H.; Zheng, Q.; Johnson, C.A. (2013) Groundwater arsenic contamination throughout China. Science, 341(6148), 866-868, doi:10.1126/science.1237484

9. Mundo, Ciencia BBC. "El primer mapa del agua escondida bajo tierra". BBC Mundo.

10. "Mapa: un 'océano' subterráneo capaz de hundir los continentes - RT". RT en Español.

11. "ABAS - Associação Brasileira de Águas Subterrâneas". www.abas.org (en portugués de Brasil). Archivado desde el original el 14 de enero de 2018.

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Agua subterránea - Wikipedia, la enciclopedia libre

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El agua subterránea es agua presente bajo la superficie terrestre, en espacios rocosos o suelos porosos o en los huecos de las formaciones rocosas. Cerca del 30 por ciento de toda el agua dulce disponible en el mundo es agua subterránea.