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GEOGRAFIA FISICA GENERAL

Tema 3

Hidrogeografía

1. LA HIDROGEOGRAFIA COMO CIENCIA1. LA HIDROGEOGRAFIA COMO CIENCIA

Período especulativo

El uso y estudio de las aguas por parte del hombre es tan antiguo como las primeras cilivizaciones. El desarrollo de la agricultura hizo necesario en muchos casos el aporte de agua para el riego, y con ello, la construcción de infraestructuras cada vez más complejas que necesitaron por parte del hombre las primeras investigaciones para su mejor aprovechamiento. A este período pertenecen las grandes construcciones hidráulicas de la antigüedad las que requirieron un conocimiento hidrológico práctico, entre ellos los pozos de Arabia, los Kanats de Persia, los acueductos de Roma, los canales y sistemas de irrigación y obras de control de inundaciones en China, y zonas de riego en Egipto, Mesopotamia, India y en los Andes.

Kanats

Es este el caso de Nippur en Mesopotamia (S. XIII a.C.) o de la Cilivización Egipcia, que desarrollaron un importante sistema de riego por canales y que para su control y gestión necesitaban comprender la dinámica del caudal de los ríos.

1. LA HIDROGEOGRAFIA COMO CIENCIA

Este mismo desarrollo fue alcanzado en América en el continente septentrional en Teotihuacán y en el meridional, en el altiplano andino, en Tiahuanaco, o las chinampas con los aztecas. Otras culturas como los totonacos y los mayas en el Golfo de México alcanzaron un conocimiento y dominio de las aguas importante

chinampas


Durante este período el concepto de ciclo hidrológico fue especulado por muchos filósofos como Homero, Tales, Platón, y Aristóteles, entre otros en Grecia, en un intento de explicar la aparición del agua en los manantiales o en los ríos. Ni Aristóteles ni platón dieron respuestas acertadas sobre la génesis de las aguas de escorrentía.

Séneca y Plinio en Roma también intentaron dar explicaciones, y a pesar del la ingeniería hidráulica desarrollada por los romanos, tampoco acertaron explicar la génesis del agua e escorrentía hasta Marco Vitruvio, quien estableció que el agua subterránea provenía de la infiltración del agua de lluvia y del derretimiento de la nieve.

Ruina montium o cortas de minado era un sistema de minería usado en la Roma Antigua. Se basa en la fuerza del agua para derrumbar extensiones amplias de montaña de un solo golpe.

Presa de ProserpinaLas Médulas

Vitruvio

Acueducto de Segovia


Leonardo Da Vinci, explicamagistralmente el flujo del aguaen los canales abierto, fruto de laobservación y sus mediciones:velocidad del agua, la pendientede los ríos, movimientosturbulentos y aforos de río paramedición de caudales, efectos dela fricción del agua en losdiferentes lechos, observó lasedimentación y construyocanales de madera paramodelizar los flujos y establecerteorías. Su propósito era hacer unmanual de Hidrología en el cualse introdujeran su teoría sobreirrigación, drenaje y control deavenidas, pero por desgraciaquedó en otro de sus proyectosinconclusos.

Período de observación

Entre el 1400 y el 1600. En el período conocido como el Renacimiento, se tuvo un cambio gradual de los conceptos filosóficos puros de la hidrología a la ciencia observacional de tal época. Por ejemplo, basándose en observaciones, Leonardo da Vinci y Bernard Palissy lograron una correcta comprensión del ciclo hidrológico, especialmente en lo relativo a la infiltración de la lluvia y retorno del agua a través de manantiales .

En 1575 Palissy dio clases de Historia Natural y que cinco años más tarde, en 1580, publicó en francés su obra titulada "Discoursadmirable de la Nature des Eaux et Fontaines", en la que introducíia el concepto de ciclohidrológico


Durante estos siglos XV al XVII el conocimiento del mar va ligado a la necesidad de establecer las rutas marinas y vaacompañada por el desarrollo de la cartografía y de la técnica de aparatos de medida como la brújula y el sextante.Hay que esperar a I. Newton para que la ciencia empiece a estudiar y observar las aguas marinas y su dinámica.

Mientras, los marinos portugueses desarrollan los viajes por la costa Africana hasta la India como Enrique elNavegante (1394-1460), Bartolomé Díaz y Vasco de Gama

La llegada a América de Cristobal Colón o el viaje de Fernando de Magallanes y Juan Sebastián El Cano que entre1529 y 1522 circumnavegan la Tierra por primera vez, permite ir conociendo las corrientes marinas.

Fernando de Magallanes Juan Sebastián El CanoCristobal Colón

Enrique el Navegante Bartolomé Díaz Vasco de Gama


Entre el 1600 y el 1700. El inicio de la moderna ciencia de la hidrología puede ser considerado en el siglo XVII, con las mediciones, por ejemplo: las de Pierre Perrault y Edmé Mariotte en el río Sena de París y Edmond Halley en el mar Mediterráneo, los cuales llegaron a conclusiones correctas del fenómeno hidrológico estudiado. A este período corresponde también los primeros estudios de los pozos artesianos. Las aportaciones al balance hídrico de estos investigadores dió lugar a lo que hoy se conoce como el Ciclo Hidrológico de Mariotte-Perrault-Halley. El problema de su modelo es que desconocen o desprecian la importancia de las aguas subterráneas en el ciclo, al igual que no dan el valor necesario a la importancia relativa de la evaporación marina y terrestre para la reconstitución del vapor de agua atmosférico, aunque Halley se aproximó a ello.

Período de medida

Pierre Perrault, Hidrólogo y escritor francés, (1608-1680), fue pionero en el desarrollo de los estudios cuantitativos en la hidrología, que constituyeron la base de su desarrollo como ciencia.

Edme Mariotte (1620 -1684) Estudió la compresión de los gases y llegó a descubrir la ley hoy conocida como ley de Boyle - Mariotte: fue un pionero de la física experimental y profesor de física en 1654-1658, y uno de los fundadores de este dominio en Francia. Estudió también la hidrodinámica. su obra póstuma Traité du mouvement des eaux et des autres corps fluides (1686) influyó decisivamente en el desarrollo de la Hidraúlica en particular y la Hidrología en general. En su libro trata las propiedades de los cuerpos fluidos, el origen de las fuentes, el equilibrio de los fluidos por su gravedad, el agua corriente y su medición, la altura y amplitud de las corrientes perpendiculares y oblícuas, de la conducción de aguas y de la resistencia de las tuberías.

Edmund Halley (1656 - 1742) fue un astrónomo, matemático y físico inglés, conocido por el cálculo de la órbita del cometa Halley. Fue amigo de Isaac Newton y miembro de la Royal Society. Sus observaciones y experimentos acerca del índice de evaporación complementaron las ideas establecidas por Perrault y Mariotte, creando con ello el primer cuerpo de doctrina acerca del origen de las aguas subterráneas, de su desplazamiento, del caudal de los ríos y del ciclo hidrológico en general.


Bernardino Ramazzini (1633-1714)Realiza en Italia estudios de hidrología sobre las aguas subterráneas y explica la dinámica de los pozos artesianos y además en torno a la enfermedad de la malaria, donde destacó como médico

Giovanni Cassini (1625-1712) astrónomo y geógrafo da una primera explicación hidrodinámica de las aguas subterráneas y estudió cómo evitar las poderosas inundaciones que afectaban a Europa.

Blaise Pascal (1623-1662) desarrolladurante ese momento un tratadosobre la probabilidad matemática queserá de aplicación fundamentalposterior a la Hidrología, y realizaalgunas investigaciones acerca delequilibrio de los líquidos y la presiónatmosférica.


Tras estos primeros pasos le sigue un interés por los estados más poderosos por conocer y dominar las nuevas tierrasy por ello financian y apoyan una serie de exploraciones geográficas en torno al mar que permite obtener un mejorconocimiento. Los viajes buscan resolver dos grande enigmas de entonces, El Gran Norte y la Terra Australis (elsupuesto gran continente meridional en el Pacífico):


En el Gran Norte destacan las expediciones que dan como resultado el descubrimiento del Artico y del paso delnoreste con Dezhnev (1648) que descubre el estrecho de Bering. No se descubre sin embargo el paso del noresteaunque en el intento se realizan otros logros por Hudson (1610) y Baffin (1616) que dan respectivamente sus nombrea las bahía descubiertas por ellos.

Hudson Baffin

Dezhnev


Hacia el sur, y en mares más calidos, se busca la Terra Australis, primero por parte de los españoles con Ruiz López deVillalobos que descubre para el mundo occidental las islas Hawai, Filipinas y Carolinas entre 1543-44, Alvaro deMendaña que descubre en 1566 Las Marquesas, Pedro Fernández de Quirós las Nuevas Hébridas (1605-1606) y Vazde Torres que toca por primera vez Australia.

Alvaro de MendañaRuiz López de Villalobos

Pedro Fernández de Quirós Vaz de Torres


Entre 1642-1659 el holandés Abel Tasman descubre las islas Mauricio, la tierra de Van Diem (hoy Tasmania),Nueva Zelanda y NW de Nueva Guinea. Después los franceses prosiguen el conocimiento del Pacífico Sur con LouisAntoine de Bougainville que entre 1766 y 1768 alcanza los archipiélagos de la Melanesia y la Polinesia.

Abel Tasman

Louis Antoine de Bougainville


Durante el Siglo XVIII, los estudios experimentales hidráulicos tuvieron gran auge y como resultado de ellos muchos principios hidráulicos fueron obtenidos, por ejemplo: el teorema y piezómeto de Bernouilli, la fórmula de Chézy y el principio de D'Alembert, los tubos de Pitot y Borda.

Período de experimentación

En estos momentos las aportaciones a la Hidrología llegan también desde la química con A.L. Lavoisier (1743-1794) que descubre la composición química del agua (oxígeno e hidrógeno) o del Dalton que en una publicación en 1793 afirma que el agua conserva sus propiedades químicas en el estado líquido y gaseoso y la Ley de Daton sobre la evaporación

Bernouilli Chézy D'Alembert, Pitot

A.L. Lavoisier Dalton


Pero es el británico sir R. Kane el que calcula la potencia hidraúlica que presentan los ríos en Irlanda, a partir de loscalculos de caudales, las precipitaciones y la estimaciones de la evaporación, lo que lleva a aceptar en el mundocientífico la ecuación fundamental del balance hídrico:

escorrentía = precipitación – evaporación

El irlandes T. Mulvaney (1821-1892) aporta a la metodología hidrológica la teoría genética de la escorrentía y conducecon ello a los metodos que descansan sobre el hidrograma unitario.

En Francia, A. Chézy (1718-1798) tiene a su cargo el proyecto de traer más agua a París y se enfrenta al problema dedeterminar el caudal y sección adecuados para el trasvase. Para ello desarrolla lo que hoy se conoce como ecuación deChézy en la que la velocidad que da expresada como:

v = (ah/p)1/2

donde (a) es el área de la sección, (h) lapendiente y (p) el perímetro mojado


Sin embargo, la Hidrología llega en este momento a un esplendor en el calculo del balance hídrico y en el estudio delas aguas superficiales, que es oscurecido por el desconocimiento que aun se tiene de la dinámica de las aguassubterráneas. Es en este momento cuando desde Escocia se sientan las bases de la estratigrafía moderna con lostrabajos de Hutton (1726-1797), Playfair (1748-1819) y Lyell (1797-1875) que junto a los del inglés W. Smith (1769-1839), sitúan a la geología estratigráfica y estructural en la vía de lo que siguió después.

Simth adquirió sus conocimientos trabajando y observando los pozos como ingeniero experto en drenajes y en base ala ley de superposición de rocas estratigráficas de N. Steno (1631-1687). A partir de su trabajo sobre el terreno comoingeniero y como topógrafo pone a punto métodos originales de drenaje, desarrolla una nueva teoría sobre el origende las fuentes y adquiere un conocimiento general y preciso de la escorrentía de las aguas subterráneas. Su obracartográfica y estratigráfica supuso un hito en el desarrollo de la hidrología subterránea durante el siglo XIX.

Finalmente J.C. Merhière (1748-1807) estudia las diferencias de permeabilidad entre los diferentes tipos de rocas yexplica los procesos de arroyada superficial, retención de humedad por el suelo, evaporación y transpiración,percolación profunda, recarga del acuífero, escorrentía de las aguas subterráneas y alimentación de las fuentes. Todoello en base a los trabajos de Perrault y Mariotte.


En este momento es cuando apoyadas por el impulso ciéntifico y por la necesidad de conocer los dominios coloniales de las grandes

potencias (Inglaterra, Francia y España), se desarrollan las grandes expediciones científicas del siglo XVIII en las que se realizan grandes

aportaciones a la oceanografía así como a las ciencias naturales en general:

James Cook (1728-1779) con su primer viaje en el Endeavour (1768-1771), su segundo en el Resolution y Adventure (1772-1775) y

su tercer viaje en el que murió en las islas Hawaii (1776-79), que recorre la costa oriental de Australia, Nueva Caledonia, las islas

Tonga y Sandwich, llegando a penetrar en el Antártico.

Los franceses Jean-François de Galaup, Conde de la Perouse (1741-1788) y D'Entrecasteaux (1739-1793) que entre 1791-1793

sigue las pistas del desaparecido La Perouse, no logrando su objetivo y muriendo por escorbuto en el viaje de búsqueda. Ambos

aportan al conocimiento de las rutas del Pacífico una importante información y supone el primer avance científico en la Hidrología

francesa.

La expedición española de Alejandro Malaspina (1754-1809) y J. Bustamante a bordo de las corbetas Descubierta y Atrevida entre

1789 y 1794. El «Plan» de los dos marinos, dirigido al Ministro de Marina D. Antonio Valdés, el 10 de septiembre de 1788, sería

aprobado con celeridad inusitada el 14 de octubre de ese mismo año: la propuesta de Alejandro Malaspina y Bustamante y Guerra

había merecido la aprobación de Carlos III, dos meses exactos antes de su muerte. Su objetivo era "enriquecer la Historia Natural y

construir «las cartas hidrográficas para las regiones más remotas de América y de derroteros que puedan guiar con acierto la

poca experta navegación mercantil".Jean-François de Galaup

James Cook Alejandro Malaspina


El Siglo XIX fue una gran era de hidrología experimental que tuvo su inicio en el período precedente y que marcó más firmemente el comienzo de la ciencia de la hidrología. La década de los 50 del siglo XIX marca para la hidrología en general las grandes pautas de su desarrollo como ciencia en sus tres grandes campos: la hidrología fluvial, la oceanografía y las aguas subterráneas.Sin embargo la mayoría de contribuciones se tuvieron en la geohidrología y en la medición de las aguas superficiales (Hidrometría). Por ejemplo: la ecuación de Hagen-Poiseuille del flujo capilar (1840), la Ley de Darcy (1856), la fórmula del pozo de Dupuit-Thiem (1863) y el principio de Ghyben-Herzberg (1889).

Período de modernización

Henry Philibert Gaspard Darcy (1803 -1858), más conocido como Darcy, fue un hidráulico francés. En 1856, publica un tratado sobre las fuentes públicas de Dijon, en el cual aparece la fórmula que desde entonces lleva su nombre. De esta fórmula se deduce una unidad de medida: un dary

Jean Léonard Marie Poiseuille (1797 -1869) Sus contribuciones científicas iniciales más importantes versaron sobre mecánica de fluidos en el flujo de la sangre humana al pasar por tubos capilares. Ley de Poiseuille

principio de Ghyben-Herzberg o de intrusión marina, se basa en el equilibrio de las presiones ejercida por el agua dulce y salada.


En el campo de la hidrometría, en relación al aforo de aguas superficiales, se tuvo un gran avance, incluyendo: el desarrollo de varias fórmulas del flujo e instrumentos de medida y el comienzo del aforo sistemático de corrientes. Entre las contribuciones principales se tiene la fórmula de descarga de los vertedores de Francis (1855), la determinación del coeficiente de Chézy propuesta por Ganguillet y Kutter (1869) y por Manning (1889). Por último, en el campo de la precipitación, la correlación entre la lluvia y la altitud, determinada por Miller (1849).

Robert Manning (1816-

1897) fue un ingeniero

irlandés, conocido por la

creación de la fórmula de Manning

En 1850 N. Beardmore publica su Manual of Hidrology que se convertirá en un clásico hasta principios del siglo XX. Este libro contienedatos fundamentales y en el defiende que los estudios hidrológicos necesitan del clima, la topografía y la geología, así como llama laatención para realizar más estudios relativos a las aguas subterráneas y de escorrentía.

En 1857 L. Blodgett publica la Climatology of the United States, con mapas pluviométricos de escala continental que sirven de base dedatos para los estudios del ciclo hidrológico a escala continental.

También se registran importantes avances en el estudio de las aguas subterráneas a cargo de M.F. E. Belgrand (1810-1878) queestablece una distinción fundamental entre las formaciones impermeables, y los estudios del abad Paramelle (1790-1875) que sededica al estudio de la hidrología y de las formaciones rocosas y de caliza. Entre 1831 y 1854 localiza 10,000 fuentes de aguassubterráneas después de visitar 40 deprtamentos de Francia, resultados que da a conocer en Art de découvrir les sources (1856).

En 1870, el alemán A. Thiem (1836-1908) modifica la fórmula de Dupuit con fines prácticos para calcular las características de unacuífero. Gracias a sus aportaciones, Alemania fue el país en el que finalmente los estudios de hidrogeología alcanzaron un desarrollomayor, pasando luego el testigo a los Estados Unidos de Norteamérica con investigadores como M. O. E. Meinzer (1876-1948) quedescubrió la compresibilidad y elasticidad de los acuíferos artesianos.


Entre el 1930 y el 1950. Un notable desarrollo de este período fue el establecimiento de muchos laboratorios hidráulicos e hidrológicos en el mundo. En este período se inician los grandes hidrólogos que utilizan el análisis racional para resolver los problemas hidrológicos planteados, así por ejemplo se tienen:

Período de racionalización

El concepto de hidrograma unitario en 1932 por L.K. Sherman (1869-1954) supuso también poner en la primera línea de lainvestigación en Hidrología Superficial a los Estados Unidos de Norteamérica, cuyo representante más importante fue R.E. Horton(1875-1945), ingeniero hidráulico que es considerado como el padre de la Hidrología en este país. Abordó el problema dedeterminar la escorrentía superficial y la erosión en vertientes en base de su teoría de que la generación de escorrentía dependíade que la intensidad de la lluvia fuese superior a la capacidad de infiltración del agua en el suelo. Además este científico el queinicia la morfometría en 1945, es decir, la descripción cuantitativa de las redes fluviales, y establece las relaciones entres susparámetros principales al considerar que las características físicas de las cuencas eran importantes para la estimación de lascaracterísticas de escorrentía.

Theis (1935) que introduce el concepto de no equilibrio en la hidráulica de pozos,Gumbel (1941) que propone la distribución de probabilidades de valores extremos,Hazen (1930) que promueve el uso de la estadística en la hidrología, Bernard (1944) que discute el papel de la meteorología y marca el inicio de la hidrometeorologíaEinstei (1950) quien introduce el análisis teórico en los estudios de sedimentación.

Entre el 1900 y el 1930. Aunque muchos trabajos de hidrología moderna fueron iniciados en el Siglo XIX, el desarrollo de la hidrologíacuantitativa fue todavía inmaduro y entonces la ciencia de la hidrología fue enormemente empírica, debido a que la base física para varias determinaciones hidrológicas no era bien conocida, o bien porque se disponía de mucha información cuantitativa experimental para ser usada y procesada. Durante la parte final del Siglo XIX, y los siguientes 30 años, el empirismo hidrológico fue evidente, por ejemplo: cientos de fórmulas empíricas fueron propuestas, seleccionando sus coeficientes y parámetros en base al juicio y experiencia.

Período de empirismo


Robert E. Horton (1875-1945), padre de la hidrología de América,. Horton pasó su vida profesional trabajando como ingeniero hidráulico para varias agencias del gobierno y luego como consultor privado en el noreste de Estados Unidos. El trabajo profesional de Horton ha cubierto varias áreas de las ciencias y la ingeniería hidrológica, incluyendo la hidráulica, la geomorfología, la física del suelo, e incluso hidrometeorología. Su acercamiento a la incorporación de enfoques cuantitativos y matemáticos rigurosos con los principios y procesos hidrológicos ayudó a dirigir el ejemplo de la hidrología analítica y proporciona "tejido conectivo" entre los problemas de investigación relacionados. Horton es el más conocido por su trabajo que relaciona la capacidad de infiltración de los suelos para la generación de inundaciones por escorrentía superficial, que incorpora la influencia de los suelos y la vegetación de los procesos de escorrentía. También ejecutó una larga serie de investigaciones relacionadas con el proceso de desarrollo de las cuencas de drenaje que se refiere a la generación de escorrentía. Desarrolló un enfoque cuantitativo de la morfología de erosión y construyó las bases para el estudio de la organización jerárquica de las redes fluviales en términos de la orden de la corriente, densidad de drenaje, la relación de bifurcación y la relación de longitud de flujo.

Emil Julius Gumbel (1891 1966, ) fue un alemán matemático y escritor político .Nacido en Munich, se graduó en la Universidad de Munich , poco antes del estallido de la Primera Guerra Mundial. Fue profesor de Estadística Matemática en la Universidad de Heidelberg, de donde fue expulsado por los nazis tras publicar un manifiesto contra ellos. Como matemático, Gumbel jugó un papel decisivo en el desarrollo de la teoría del valor extremo , junto con Leonard Tippett y Ronald Fisher . En 1958, Gumbelpublicó un libro clave sobre el tema: Estadísticas de los extremos . Se deriva y se analizó la distribución de probabilidad de que ahora se conoce como la distribución Gumbel en su honor.


En la Geografía Física son M. Parde y De Martonne los que con sus textos integran definitivamente en Europa la hidrología en elcampo de la Geografía moderna, ya que veían el estudio de los regímenes fluviales y de las aguas continentales claramentecomo integrantes de la Geografía Física.

Pardé es una de los grande hitos de la Hidrología Fluvial, o tal como el la define Potamología, es decir la ciencia de los ríos y de lasriberas diferenciando entre Hidrología fluvial y Dinámica Fluvial en su tratado Fleuves et Rivières (1932), ocupándose la primera delestudio de los regímenes de las aguas corrientes, sus caudales fluviales, variaciones y causas de estos fenómenos; mientras que lasegunda atendería al estudio de las corrientes fluviales, sus fuerzas de erosión, los transportes sólidos y las formas y las alteracionesnaturales de los lechos. Su Dinámica Fluvial estaría más cerca de la Geomorfología Fluvial.

E. De Martonne (1873-1955), Geografo y climatológo francés, publicó un tratado sobre la geografía física, que fue muy popular y dedicó su autoridad en la geografía física. Apasionado de la geomorfología, la paleogeografía y la climatología, es famoso por su índice de potencial de evapotranspiración, utilizada ahora incluso por botánicos y agrónomos. En 1941 publica su libro "La Paleogeografía" en que realiza notables aportes a la disciplina.


Figuras importantes en Francia serán: F. Doumenge con su Géographie des mers (1965) que aborda la oceanografía desde el medio físico,biológico y humano (como recurso); R. Frecaut con Eléments d'hydrologie continentale (1968) que se centra más en la hidrología continentalentendiendo que aborda a las aguas superficiales (fluviales o lacustres), los glaciares y las aguas subterráneas y G. Castany en el estudio delas aguas subterráneas en su Traité practique des eaux souterraines.

Desde el 1950 hasta el presente. Alrededor del año 1950, las aproximaciones teóricas tienen uso extensivo a los problemas hidrológicos, ya que muchos principios racionales propuestos anteriormente, pueden ser sujetos a un verdadero análisis matemático. Los instrumentos sofisticados y las computadoras de alta velocidad empiezan su desarrollo y entonces, se pueden tomar medidas delicadas del fenómeno hidrológico y resolver ecuaciones matemáticas complicadas involucradas en la aplicación de modernas teorías hidrológicas.

Son ejemplos de los estudios hidrológicos teóricos: el análisis linear y no linear de sistemas hidrológicos, la adopción de conceptos estadísticos y transitorios en la hidrodinámica del agua subterránea y superficial, La aplicación de le las teorías de transferencia de masa y calor al análisis de evaporaciones, al estudio energético y dinámico de la humedad del suelo, la generación secuencial de datos hidrológicos sintéticos y el uso de la investigación de operaciones en el diseño de sistemas de recursos hídricos.

Período de teorización

Finalmente A. Guilcher, discípulo de M. Pardé, supone un hito importante en el desarrollo de la Hidrología en Francia desde un punto devista más docente ante el desarrollo más científico de su maestro. Abarca tanto los estudios de oceanografía como de hidrología continentalen unos manuales clásicos como son Oceanographie (1951), Precis d'hydrologie marine et continentale (1965) y Precis d'hydrologie (1979) .

En Gran Bretaña R.C. Ward es en 1960 el primer geógrafo que entra en un Departamento de Geografía con el encargo de enseñarHidrología.


Charles Warren Thornthwaite (1899 - 1963) estadounidense fue un geógrafo especializado en Climatología. Es altamente reconocido por el desarrollo de un sistema de clasificación climático, publicado en 1948, que aún es ampliamente usado mundialmente, y también por sus detallados balances hídricos con la evapotranspiración potencial.

Henning Filip Hjulström (1902 -1982) fue un sueco geógrafo . Hjulström fue profesor de geografía en la Universidad de Uppsala , de 1944, y en 1949, cuando el tema de la geografía se dividió, se convirtió en profesor de Geografía Física .

La tesis doctoral de Filip Hjulström, "El río Fyris", contenía uno de los primeros estudios cuantitativos de los procesos geomorfológicos que se han publicado. Fue un estudio de transporte de sedimentos y la erosión del suelo en el área de drenaje del río Fyrisån, basado en una muestra de agua al día que tomó a su paso en el camino hacia el departamento, y se analizó el contenido de sedimentos en suspensión. Hjulström es más conocido por la creación de la curva de Hjulström , que describe los umbrales de erosión y deposición de partículas en el agua corriente.


Los estudios actuales de Hidrología en el campo de la Geografía están dirigidos hacia tres grandes campos:

Sistémico, que considera la cuenca como un sistema, adoptado por otras ramas de la geografía como la Geomorfología con autorescomo D.E. Walling en Hydrological Process (1979) y S.A. Schum en The Fluvial System (1977), llegando la a considerar como unidadgeomorfológica básica por R.J. Chorley en Introduction to Geographical Hidrology (1969). Estos estudios están orientados alconocimiento del funcionamiento del ciclo hidrológico en la cuenca como sistema, y tiene su aplicación en estudios de degradación desuelos o de ordenación de usos y actividades humanas. También engloban los estudios de experimentación y modelos para ladeterminación de los parámetros que intervienen en el ciclo hidrológico y poder conocer e incluso controlar su comportamiento. Estalínea de investigación está en auge y en ella son importantes las aportaciones de los geógrafos. El problema reside en que los modelossolo funcionan para cuencas pequeñas o medias y no pueden extrapolarse a otras mayores, además de que los datos deben ser seguros.

Perspectivas actuales y enfoque científicos

Más recientemente R.J. Chorley ha desarrollado una escuela de hidrología aplicada en los Estados Unidos cuyo exponente más claro es su edición de Water, Earth and Man (1969) que es una síntesis de hidrología, geomorfología y geografía socioeconómica.

D.E. Walling

John Michael Wallace (1940), es profesor de Ciencias Atmosféricas en la Universidad de Washington, así como ex director del Joint Institute de Estudio de la Atmósfera y el Océano (JISAO)— una unión conjunta de investigación entre la Universidad de Washington y la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA).Sus investigaciones se preocupan de entender el clima global y sus variaciones, utilizando observaciones y cubriendo la casi oscilación bienal, la oscilación decadial del Pacífico y los modos anulares de las oscilaciones árticas y la oscilación antártico, y los patrones espaciales dominantes de mes a mes y variabilidad de clima año a año, incluyendo la influecnia de el fenómeno El Niño en el Pacífico tropical y todas esas influencias del clima en América del Norte.


es una herramienta de gran importancia para el estudio de avenidas que se ha extendido por todo el mundo, fundamentalmente en países desarrollados. En la actualidad, con el empleo de estos modelos, se realiza el análisis y la prevención de las inundaciones; además, es posible manejar hipótesis suficientemente realistas o previsibles que ofrezcan un cierto grado de confianza para la toma de decisiones, ya sea en la ordenación del territorio en torno a los ríos o para exigir criterios de diseño de obras e infraestructuras capaces de soportar y funcionar adecuadamente en situaciones de emergencia. Incluso, alertar a los servicios de protección civil y establecer protocolos de actuación ante posibles situaciones de peligro por intensas lluvias.

La modelación hidrológica 1. LA HIDROGEOGRAFIA COMO CIENCIA

MODELO HIDROLÓGICO

Un modelo hidrológico es pues una representación simplificada de un sistema real complejo llamado prototipo, bajo forma física omatemática. De manera matemática, el sistema real está representado por una expresión analítica.

En un modelo hidrológico, el sistema físico real que generalmente representamos es la 'cuenca hidrográfica' y cada uno de los componentes del ciclo hidrológico. De esta manera un modelo matemático nos ayudará a tomar decisiones en materia de hidrología, por lo que es necesario tener conocimiento de entradas (inputs) al sistema y salidas (outputs) a partir del sistema, para verificar si el modelo es representativo del prototipo.

La salida de los modelos hidrológicos varía dependiendo de las metas y objetivos del modelo. Algunos modelos se utilizan para predecir los totales mensuales de escorrentía, mientras que otros están diseñados para ver a las tormentas individuales. El resultado más común es el hidrograma o hidrograma de escurrimeinto.


2. EL CICLO HIDROLOGICO2. EL CICLO HIDROLOGICO

El ciclo hidrológico o ciclo del agua es el proceso de circulación del agua entre los distintos compartimientos de la hidrósfera. Se trata de un ciclo biogeoquímico en el que hay una intervención mínima de reacciones químicas, y el agua solamente se traslada de unos lugares a otros o cambia de estado físico.

El ciclo hidrológico comienza con la evaporación del agua desde la superficie del océano. A medida que se eleva, el aire humedecido se enfría y el vapor se transforma en agua: es la condensación. Las gotas se juntan y forman una nube. Luego, caen por su propio peso: es la precipitación. Si en la atmósfera hace mucho frío, el agua cae como nieve o granizo. Si es más cálida, caerán gotas de lluvia.

Una parte del agua que llega a la superficie terrestre será aprovechada por los seres vivos; otra escurrirá por el terreno hasta llegar a un río, un lago o el océano. A este fenómeno se le conoce como escorrentía. Otro porcentaje del agua se filtrará a través del suelo, formando capas de agua subterránea, conocidas como acuíferos. Este proceso es la percolación. Tarde o temprano, toda esta agua volverá nuevamente a la atmósfera, debido principalmente a la evaporación

La mayor parte de la masa del agua se encuentra en forma líquida, sobre todo en los océanos y mares y en menor medida en forma de agua subterránea o de agua superficial por ejemplo ríos y arroyos. El segundo compartimento por su importancia es el del agua acumulada como hielo sobre todo en los casquetes glaciares antártico y groenlandés, con una participación pequeña de los glaciares de montaña, sobre todo de las latitudes altas y medias, y de la banquisa.

Depósito Volumen

(en millones de km³) Porcentaje

Océanos 1 370 90,40386

Casquetes y glaciares 546 8,90

Agua subterránea 9,5 0,68

Lagos 0,125 0,01

Humedad del suelo 0,065 0,005

Atmósfera 0,013 0,001

Arroyos y ríos 0,0017 0,0001

Biomasa 0,0006 0,00004

Balance hídrico2. EL CICLO HIDROLOGICO

Depósito Tiempo medio de residencia

Glaciares 20 a 100 años

Nieve estacional 2 a 6 meses

Humedad del suelo 1 a 2 meses

Agua subterránea: somera 100 a 200 años

Agua subterránea: profunda 10.000 años

Lagos 50 a 100 años

Ríos 2 a 6 meses

Por último, una fracción menor está presente en la atmósfera como vapor o, en estado gaseoso, como nubes. Esta fracción atmosférica es sin embargo muy importante para el intercambio entre compartimentos y para la circulación horizontal del agua, de manera que se asegura un suministro permanente a las regiones de la superficie continental alejadas de los depósitos principales.

Diagrama de Balance hídrico

El concepto de balance hídrico se deriva del concepto de balance de materia, es decir, que es el equilibrio entre todos los recursos hídricos que ingresan al sistema y los que salen del mismo, en un intervalo de tiempo determinado. Sintéticamente puede expresarse por la fórmula:

P = ETR + R +I

Donde : P es precipitación, ETR evapotranspiración real, R escorrentía, e I infiltración.

Para la determinación del balance hídrico se debe hacer referencia al sistema analizado.

2. EL CICLO HIDROLOGICO

Month T P ETP P - ETP pal WSS DWSS ETR Md S %S(P)

January 10.00 84.00 18.39 65.61 0.00 200.00 42.52 18.39 0.00 23.09 13.79

February 11.00 78.00 23.79 54.21 0.00 200.00 0.00 23.79 0.00 54.21 42.17

March 13.30 78.00 37.26 40.74 0.00 200.00 0.00 37.26 0.00 40.74 47.20

April 15.70 54.00 55.33 -1.33 -1.33 199.00 -1.00 55.00 -0.33 0.00 34.09

May 19.20 41.00 86.45 -45.45 -46.78 158.00 -41.00 82.00 -4.45 0.00 22.45

June 23.30 13.00 128.26 -115.26 -162.04 88.00 -70.00 83.00 -45.26 0.00 35.40

July 26.50 1.00 161.70 -160.70 -322.74 39.00 -49.00 50.00 -111.70 0.00 100.00

August 26.60 3.00 153.34 -150.34 -473.08 18.00 -21.00 24.00 -129.34 0.00 38.35

September 23.60 19.00 112.90 -93.90 -566.98 11.00 -7.00 26.00 -86.90 0.00 3.03

October 18.60 75.00 66.16 8.84 0.00 19.84 8.84 66.16 0.00 0.00 0.38

November 13.60 92.00 33.40 58.60 0.00 78.44 58.60 33.40 0.00 0.00 0.16

December 10.30 98.00 18.97 79.03 0.00 157.48 79.03 18.97 0.00 0.00 0.07

TOTAL 17.64 636.00 895.94 -259.94 -- -- -- 517.96 -377.98 118.04 28.09

WATER BALANCE TABLE (Thornthwaite & Matter)La Lantejuela; Alt.: 160m; Lat.: 37.35N -5.22Wº

Working Group on Tropical Studies and Technical Cooperation for DevelopmentGroup PAI Quaternary and Geomorphology RNM-273

Department of Physical Geography and Regional Geographic Analysis,University of Seville, Spain

Las entradas de agua a la cuenca hidrográfica puede darse de las siguientes formas:

- Precipitaciones: lluvia; nieve; granizo; condensaciones;- Aporte de aguas subterráneas desde cuencas hidrográficas colindantes, en efecto, los límites de los acuíferos

subterráneos no siempre coinciden con los límites de los partidores de aguas que separan las cuencas hidrográficas;- Transvase de agua desde otras cuencas, estas pueden estar asociadas a:- Descargas de centrales hidroeléctricas cuya captación se sitúa en otra cuenca, esta situación es frecuente en zonas

con varios valles paralelos, donde se construyen presas en varios de ellos, y se interconectan por medio de canales o túneles, para utilizar el agua en una única central hidroeléctrica;

- Descarga de aguas servidas de ciudades situadas en la cuenca y cuya captación de agua para uso humano e industrial se encuentra fuera de la cuenca, esta situación es cada vez más frecuente, al crecer las ciudades, el agua limpia debe irse a buscar cada vez más lejos, con mucha frecuencia en otras cuencas. Un ejemplo muy significativo de esta situación es la conurbación de San Pablo, en el Brasil;

Las salidas de agua pueden darse de las siguientes formas:

- Evapotranspiración: de bosques y áreas cultivadas con o sin riego;- Evaporación desde superficies líquidas, como lagos, estanques, pantanos, etc.;- Infiltraciones profundas que van a alimentar acuíferos;- Derivaciones hacia otras cuencas hidrográficas;- Derivaciones para consumo humano y en la industria;- Salida de la cuenca, hacia un receptor o hacia el mar.


El establecimiento del balance hídrico completo de una cuenca hidrográfica es un problema muy complejo, que involucra muchas mediciones de campo. Con frecuencia, para fines prácticos, se suelen separar el balance de las aguas superficiales y el de las aguas subterráneas.


Balance hídrico mundial

REGIMEN BIOCLIMATICO SUBTROPICAL REGIMEN BIOCLIMATICO TROPICAL


REGIMEN BIOCLIMATICO LATITUDES MEDIAS


3. SISTEMA HIDROGEOGRAFICO CONTINENTAL


Ríos. Características de las aguas fluviales.

- Caracterización morfotopográfica: variables morfométricas- Caracterización hidrológica: flujos, caudal, coeficientes de caudal,

regímenes fluviales, hidrogramas

Lagos, lagunas y humedales.- Estructura vertical y zonificación según características térmicas.

Circulación de las aguas- Caracterización según contenidos de nutrientes: Lagos eutróficos y

oligotróficos- Humedales: criterios de identificación y definición, clasificación

genética y no genética- -Clasificación genética funcional: sistema morfogenético, sistema

morfodinámico, componente hidrológica. Hidroperiodo

Aguas subterráneas

- Estructura básica del agua subterránea- Clasificación hidrogeológica de las rocas- Parámetros hidrogeológicos básicoa- Tipos de acuíferos- Recarga y descarga de acuíferos


CUENCA HIDROGRAFICA/CUENCA HIDROLÓGICA

La cuenca hidrográfica es un territorio drenado por un único sistema de drenaje natural, es decir, que drena sus aguas al mar a través de un único río, o que vierte sus aguas a un único lago endorreico. Una cuenca hidrográfica es delimitada por la línea de las cumbres, también llamada divisoria de aguas.

En el curso de un río se distinguen tres partes:

•curso superior, ubicado en lo más elevado del relieve, en donde la erosión de las aguas del río es vertical. Su resultado: la profundización del cauce;

•curso medio, en donde el río empieza a zigzaguear, ensanchando el valle;

•curso inferior, situado en las partes más bajas de la cuenca. Allí, el caudal del río pierde fuerza y los materiales sólidos que lleva se sedimentan, formando las llanuras aluviales

Una cuenca tiene tres partes:•Cuenca alta, que corresponde a la zona donde nace el río, el cual se desplaza por una gran pendiente

•Cuenca media, la parte de la cuenca en la cual hay un equilibrio entre el material sólido que llega traído por la corriente y el material que sale. Visiblemente no hay erosión.

•Cuenca baja, la parte de la cuenca en la cual el material extraído de la parte alta se deposita en lo que se llama cono de deyección.

Cuenca hidrológica

Según el concepto de ciclo hidrológico, toda gota de lluvia que cae al suelo, continua en forma de escurrimiento einfiltración, luego va a lugares de concentración, allí parte se evapora y vuelve al espacio para formar el ciclo. Luegoque la gota de lluvia se infiltra, satura el suelo, pasa a percolación profunda y recarga los acuíferos. En estedesplazamiento vertical, el agua se puede encontrar con estratos impermeables (rocas duras) que movilizarán laspartículas de agua dependiendo de la forma y tipo de rasgos geológicos.

Cuando el relieve y fisiografía, tienen una forma y simetría diferente a la configuración geológica de la cuenca, sepuede decir que existe una cuenca subterránea, que cambia la dirección del flujo subsuperficial para alimentar aotra cuenca hidrográfica. A ésta configuración se denomina cuenca hidrológica, la cual adquiere importancia cuandose tenga que realizar el balance hidrológico.

Es muy importante conocer esta característica interna de la cuenca, porque en algunos casos se realiza el balancehidrológico sin considerar los aportes o fugas de una cuenca vecina a otra. Un caso particular es el de las cuencasubicadas en terrenos cársticos, aunque no el único.


Existen tres tipos de cuencas:

•Exorreicas: drenan sus aguas al mar o al océano. Un ejemplo es la cuenca del Plata en Sudamérica.•Endorreicas: desembocan en lagos, lagunas o salares que no tienen comunicación fluvial al mar. Por ejemplo, la cuenca del río Desaguadero, en Bolivia.•Arreicas: las aguas se evaporan o se filtran en el terreno antes de encauzarse en una red de drenaje. Los arroyos, aguadas y cañadones de la meseta patagónica central pertenecen a este tipo, ya que no desaguan en ningún río u otro cuerpo hidrográfico de importancia. También son frecuentes en áreas del desierto del Sahara.

Lago Titicaca (Bolivia)

Desembocadura del Amazonas (Brasil)Depresión de Qattara (Egipto)


https://es.wikipedia.org/wiki/Exorre%C3%ADsmo

https://es.wikipedia.org/wiki/Cuenca_endorreica

https://es.wikipedia.org/wiki/Arre%C3%ADsmo

4. SISTEMA HIDROGRAFICO MARINOLa oceanografía es un campo de la ciencia que estudia los mares y océanos y todo lo que se relaciona con ellos, es decir, la estructura, composición y dinámica de dichos cuerpos de agua, incluyendo desde los procesos físicos, como las corrientes y las mareas, hasta los geológicos, como la sedimentación o la expansión del fondo oceánico, o los biológicos.

La misma ciencia es llamada también en español con expresiones como ciencias del mar, oceanología y ciencias marinas. Se divide en muchas ramas, en relación con sus contenidos específicos, como oceanografía física, oceanografía química, oceanografía geológica, u oceanografía biológica.

Oceanografía física

Estudia los procesos físicos que ocurren en el mar, tales como la mezcla (difusión molecular y turbulenta de las propiedades del agua de mar), las corrientes, las mareas y el oleaje.

•Oceanografía descriptiva: Describe la distribución y características de las masas de agua en los océanos. Constituye la contraparte marina de la hidrografía continental.

•Oceanografía dinámica: Estudia el movimiento del agua de los océanos y sus causas.

•Oceanografía meteorológica: Es la rama de la oceanografía física que estudia a las interacciones entre la atmósfera y los océanos.

4. SISTEMA HIDROGRAFICO MARINO

Propiedades químicas del agua del mar

Constituyentes principales.

Hay seis elementos que constituyen el 99% de las sales marinas (más de 20g/T): azufre, bromo, calcio, cloro (194 g/T), hidrógeno, magnesio, potasio y sodio.

Los constituyentes secundarios: entre 1 y 20 g/T: boro, estroncio, fluor, sílice.

Oligoelementos, fundamentales para el desarrollo de las formas de vida: arsénico, cobalto, cobre, fósforo, hierro, manganeso, vanadio y zinc.

Gases disueltos que se suelen encontrar en las aguas superficiales: argón, carbono, helio, kripton, neon, nitrógeno (8,4 a 24,5 g/l), oxígeno (8,5 g/l), radon, xenon.

A manera de anécdota podernos decir que en el conjunto del los océanos existen:

10.000 millones de toneladas de oro4.000 millones de toneladas de uranio270.000 millones de toneladas de agua pesada

(el agua de los océanos supone 1.338 Km3, es decir, que por cada m3 de agua del mar correspondería de media 0,07 gramos de oro)

Oceanografía descriptiva4. SISTEMA HIDROGRAFICO MARINO

Clorinidad: cantidad de ion cloruro presente en un kilogramo de agua, el ion cloro constituye un 55% de la sal del mar.

Salinidad del agua del mar en tanto por mil (es decir, gramos de sal por cada kilogramo) es 1,8 Cl, es decir un 35%0, ya que el agua del mar contiene 19,44 gramos por cada kilogramo de agua.

Conductividad eléctrica: propiedad del agua de conducir la corriente eléctrica, que es relación directa del contenido en sal, por eso se emplea también como una medida rápida de la salinidad.

Zona de haloclina: capa de la columna de agua en la que la salinidad del agua cambia rápidamente con la profundidad. Puede ser permanente, como es la que se produce en la desembocadura de un río o efímera, como lo es la que se produce tras una intensa lluvia en el mar. En ambos casos, el agua dulce flota Y se sitúa en la zona más superficial, al ser menos densa que el agua marina, que tiene sales disueltas.

Al analizar la columna de agua del océano se observa que hay fluctuaciones en la salinidad que en general producen una curva salinidad relacionada con la temperatura con un patrón típico. En ella, la salinidad en las aguas más superficiales es alta, debido a los procesos de evaporación. Al aumentar la profundidad va descendiendo hasta una profundidad que oscila entre los 500 y 1000 m, dependiendo de la latitud donde la salinidad alcanza su valor mínimo, y que es el lugar donde se sitúa la haloclinaoceánica. A partir de ahí, la salinidad aumenta suavemente con la profundidad


Propiedades físicas del agua del mar

Viscosidad: resistencia de un liquido a fluir. Está directamente relacionada con la salinidad. Las sales no encajan en la estructura del hielo (puente de hidrógeno) e inhibe la formación de hielo, por lo que al agua a un 32%0 de salinidad congela a -1,74ºC y a un 40%0 a -2,2ºC. Cuando el agua se congela la sal es expulsada de la estructura, con lo que el agua que queda cada vez es más salada, más densa y se hiela a una temperatura más baja.

Absorción de radiación solar: controla la temperatura, la luminosidad, la salinidad y la densidad, estructurando verticalmente el agua del mar.

Temperatura: viene dada por el calentamiento diurno de la superficie del mar. La energía solar se difunde hasta los 10 mts. de profundidad, y es retenida en gran parte durante la noche. El mar devuelve la radiación por evaporación (50%) y el calor transferido se conoce como calor latente Transforma el agua liquida en vapor). Si este trasvase no se produjera, en 300 años la superficie del agua del mar entraría en ebullición. Uno de los efectos de este calentamiento es la estructuración vertical del agua del mar en función de la temperatura.

Iluminación:

*ZONA EUFOTICA: Los colores tiene un alcance máximo en profundidad. Hay iluminación para lafotosíntesis.Azul: 15 mts.Rojo: 20 mts.Azul-verdoso: 50 mts.

* ZONA DISFÓTICA: De ahí que a partir de los 50 mts de profundidad todo tenga un color verde azulado Las partículas de dispersión presentes en el agua nos dan su color. Colores azulados aguas muy transparentes, con poca capacidad de absorción. Las aguas con más partículas da un color verdoso.

* ZONA AFOTICA: la luz no penetra más allá de los 200 mts. de profundidad. La radiación infrarroja es rápidamente absorbida al atravesar el agua y se transforma en calor


Zonación vertical: DOMINIO PELAGICO

ZONA EPIPELAGICA (2%): de 0 a 50/200 mts.experimenta los cambios más importantes a consecuencia de las variaciones estacionales de calentamiento/enfriamiento, evaporación/precipitación. Contiene las aguas menos densas por calentamiento del sol. Se equilibra fácilmente por la atmósfera. ZONA ISOTERMICA: aguas superficiales con temperatura homogénea por la transmisión rápida del calor.ZONA FOTICA o EUFOTICA, varía entre 30 a 50 mts de profundidad en función de la transparencia. En esta zona se encuentran los organismo bénticos y pelágicos, y por ello se llama zona productora.

ZONA MESOPELÁGICA (18%): de 50/200 a 600 mts. Es una zona de gran estabilidad y funciona como barrera a los movimientos verticales del agua. Actúa como base de la circulación superficial. Por temperatura:ZONA TERMOCLINA: separa las aguas superficiales de las aguas profundas que se encuentran a una temperatura constante de 3.5ºCPor densidad:ZONA DE PICNOCLINA: controlada por la termoclina. La densidad del agua aumenta rápidamente con la profundidad.Por penetración de la luz:ZONA AFOTICA: sin luz, generalmente a partir de los 200 mts. aloja las formas de vida abisales.

ZONA BATIPELÁGICA (80%): de 600 a 3000 mts, bajo la picnoclina, solo emerge a la superficie a los 50º de latitud N y S, quedando expuesta a las condiciones climáticas de superficie, aportando a la atmósfera CO2 y remplazando su oxígeno disuelto.ZONA ABISOPELÁGICA: de 3000 a 6000 mts.ZONA HADAPELAGICA: desde 6000 mts.

Estructura del agua del mar. Zonación superficial y vertical del mar4. SISTEMA HIDROGRAFICO MARINO

Fondos marinos:

PROVINCIA NERITICA: engloba la plataforma continental que se subdivide en:

- Piso litoral: area de acción de las mareasa) supralitoral: entre el nivel de pleamares excepcionales y las pleamares normalesb) mesolitoral: entre las pleamares y bajamares normales

- Piso infralitoral: por debajo de la acción de las mareas. Límite inferior de las fanerógamas marinas y varía entre 15 y 20 mts en las altas latitudes a los 80 mts en las bajas latitudes.

- Piso circalitoral: llega a la profundidad compatible con la vida de las algas adaptadas a la luz más débil

Zonación superficial: DOMINIO BENTONICO

PROVINCIA OCEANICA: engloba al talud continental, la llanura abisal y las fosas marinas:

Piso batial: se desarrolla sobre el talud y la llanura inferior hasta la isoterma de los 4ºC, hacia los 3.000 mts.

Piso abisal: sobre la llanura y hasta los 6.000-7.000 mts de profundidad, incluyendo las grandes fosas marinas.

Piso hadal: el más inferior, y su conocimiento aun hoy es muy reducido.


Océano costero: está marcado por la influencia de los continentes con gran heterogeneidad en el valor de la

temperatura y salinidad de las aguas superficiales

Océano abierto: las aguas superficiales presentan mayor uniformidad de temperatura y salinidad y se

distinguen la zonación climática de los océanos

OCEANO TROPICAL: en el ecuador en el Atlántico y pacífico, desviado hacia el sur en el Indico por los monzones. Ligeros cambios en las temperaturas estacionales y la precipitación es superior a la evaporación.

OCEANOS SUBTROPICALES, sobre los 30º de latitud N y S. Los vientos alisios soplan constantemente y por ello la evaporación es muy intensa, superior a las precipitaciones. Los cambios de temperatura son amplios, entre 6 y 18ºC en las aguas superficiales, con valores de salinidad muy altos. Esta agua con alta salinidad al enfriarse en invierno aumenta la densidad y esto permite la mezcla con las aguas de profundidad, situando la termoclina regional muy profundamente.

OCEANOS SUBPOLARES, con exceso de precipitación con vientos fuerte del oeste, muy intensos en el hemisferio sur. Durante la estación de lluvias los ríos desaguan mucho agua dulce y en las aguas oceánicas costeras crean una haloclinaimportante.

OCEANOS POLARES, sufren el proceso estacional de congelación de las aguas, con aumento de salinidad y viscosidad de las aguas que quedan, y de fusión de los hielos, disminuyendo la salinidad en ese momento. Las aguas frías y muy saladas se hunden al ser más densas y constituyen las aguas profundas del antártico y el ártico, impidiendo la formación de la termoclina. Este fenómeno es menos intenso en el Artico ya que las aguas son menos salinas debido al gran aporte de agua dulce de los ríos asiáticos y canadienses.


Dinámica de las aguas marinas: corrientes, mareas y olas

Corrientes oceánicas permanentes

Es la respuesta del océano y de la atmósfera al flujo de energía desde los trópicos y subtrópicos hacia las regiones polares y subsolares. Pueden ser superficiales o profundas.

CORRIENTES SUPERFICIALES

observadas científicamente en 1840 por M. Fontaine Maury. Se corresponden con bastante exactitud a la circulación general de los vientos.

El patrón básico de las corrientes oceánicas es un sistema casi cerrado que se conoce como giro, cuyo centro está en las regiones subtropicales. Cada giro consta de cuatro corrientes, los límites N y S están marcados por las corrientes E-W, una en sentido E (las que se encuentran en las latitudes altas) y otro al W (las ecuatoriales). Fluyen a 6 Km/día y penetran entre 100 y 200 mts de profundidad.

La corriente de sentido E más importante es la gran corriente de deriva del viento del Oeste. Da la vuelta a la Antártica pasando las barreras del Paso de Drake (entre el Cabo de Hornos y la Antártida), donde un ramal se desvía hacia el N dando lugar a la corriente de Humboldt. El resto de corrientes con sentido E son interrumpidas por los continentes.

Las corrientes limítrofes occidentales fluyen hacia el N en el Hemisferio Norte y hacia el S en el hemisferio Sur. Son corrientes poderosas especialmente las del Hemisferio Norte (Kurosivo y del Golfo) con 40 a 120 Kms/día de velocidad, y penetrando hasta 1.000 mts de profundidad. Debido a esta velocidad tardan en recibir los efectos de una atmósfera más fría conforme se desplazan hacia el N, y transportan el calor de los trópicos a las latitudes más altas. En el hemisferio Surse encuentra la corriente del Brasil y la del este de Australia.Las corrientes limítrofes orientales, como la de California y la de las Canarias, son más débiles y más amplias, con una velocidad de 3-7 Km/día, lo que permite que las aguas superficiales se adapten a las condiciones climáticas. En el Hemisferio Sur las corrientes de Humboldt o del Perú y la de Benguela desempeñan un papel de transporte de agua fría hacia los trópicos.


La espiral de Ekman:

La acción constante del viento sobre la superficie del mar pone el agua en movimiento por un efecto de arrastre. Esto genera una corriente que actúa a su vez sobre las aguas situadas por debajo, hasta una profundidad de 100 mts.

En un fluido ideal las capas en su movimiento empujan a las subyacentes. Este no es el caso del mar, que tiene un régimen turbulento, pero se han hecho ensayos empíricos para ver el efecto de un viento constante sobre un océano homogéneo con una viscosidad remolino uniforme.

En el hemisferio Norte la capa de agua superficial es movida por el viento constante formando un ángulo de 45º hacia la derecha en las aguas profundas y 15º en las aguas costeras. Cada capa de agua pone en movimiento a la capa inferior por efecto de la viscosidad, y así sucesivamente a las inferiores, siendo todas sometidas a la desviación por Coriolis, aunque las capas inferiores se mueven cada vez más lentas por efecto del rozamiento. Como resultado de este fenómeno a 100 mts el agua se mueve justo en dirección perpendicular a la de superficie. Este sistema es lo que se conoce como espiral de Ekman.


Una consecuencia de la espiral de Ekman es que parte de las aguas superficiales a una profundidad media son dirigidas hacia el centro del giro oceánico (por encima de la termoclina). Su convergencia en el centro hace que estás emerjan a la superficie, provocando un abombamiento o colina, que da lugar a una topografía marina (2.4 mts en el Pacífico Norte). Las elevaciones más altas se dan en los límites occidentales de los océanos.

Una porción del agua de la cima de la colina tiende a desplazarse superficialmente hacia sus faldas por la gravedad, desviándose hacia la derecha por Coriolis en el Hemisferio norte ( hacia la izquierda en el hemisferio Sur), lo que contribuye a reforzar el sentido de las corrientes en los extremos del giro oceánico, que dan lugar a lo que se conoce a las corrientes geostróficas (la gravedad y coriolisestán en equilibrio).


Otros movimientos verticales del agua oceánica superficIal inducidos por el viento son el upwelling y el downwelling.

El upwelling son movimientos ascendentes mediante los cuales las aguas de los niveles subsuperficiales son llevadas hasta la superficie, desde profundidades generalmente menores de 100-200 metros, y removidas desde el área de transporte por el flujo horizontal, produciéndose así un aporte de nutrientes a las aguas superficiales empobrecidas por el consumo biológico. Si bien el fenómeno puede ocurrir en cualquier parte del océano, sus características más destacadas se presentan a lo largo de los bordes orientales de los océanos (esto es en las costas occidentales de los continentes), como sucede en el NW y SW de Africa, California, Perú y Chile. En estas costas las aguas se caracterizan por sus relativamente bajas temperaturas y por su alta producción de plancton. La ascensión de aguas más frías suele producir un tiempo más fresco en verano con nieblas frecuentes. El downwelling es el proceso contrario, desplazando las aguas cálidas de superficie en profundidad.

Hay dos situaciones para que se produzca este fenómeno local:

a) el viento general constante de los alisios se desarrolla en una dirección perpendicular a la línea de costa.b) el viento general constante se desarrolla en una dirección paralela a la línea de costa. En este caso la aceleración de coriolis es la que juega para crear los fenómenos de upwelling y downwelling.


Por debajo de la picnoclina, las aguas profundas se mueve de manera errática en corrientes muy lentas que están impulsadas por diferencias de densidad, gobernadas por la temperatura y la salinidad, por eso la circulación del océano profundo se llama circulación termohalina.

Se conoce poco de esta corriente, sólo que en los polos el agua muy densa se hunde y pone en contacto las aguas profundas con la superficie. Allí es donde se producen las aguas profundas (-0,4ºC y salinidad 34,55%0 ). En el Hemisferio Norte esta agua se mueven hacia el Sur en el Atlántico y hacia el Norte en el Pacífico desde la Antártida (mar de Weddell), desplazándose en profundidad de Oeste a Este desde el Cabo de Hornos hasta el sur de Tasmania, donde asciende.

Las aguas profundas que provienen del Polo Sur hacia el Polo Norte, fluyen por encima de las que provienen del Polo Sur, que son más densas. El flujo oceánico profundo sigue en general la dirección N-S y son más intensos en el lado occidental de los océanos, cruzando el ecuador en el Atlántico y en el Pacífico. Estos movimientos están muy influenciados por la topografía de los fondos marinos

CORRIENTES PROFUNDAS


Oscilación ártica(acrónimo en inglés AO) Es el patrón dominante de las variaciones no estacionales de presión atmosférica (SLP) al norte de los 20º N, y se caracteriza por anomalías en la presión de magnitudes positivas o negativas en el Ártico, y anomalías de magnitudes opuestas localizadas cerca de los 37-45º N. La oscilación del Atlántico Norte (NAO) tiene una relación estrecha con la AO y hay argumentos acerca de si es uno o el otro el que representa mejor la dinámica de la atmósfera.

Oscilación antártica(acrónimo AAO (en inglés), Es una variabilidad atmosférica de baja frecuencia del hemisferio Sur. También se la conoce como Modo Anular del Sur (SAM) o Modo Anular del Hemisferio Sur (SHAM); y, se define como un cinturón de vientos del oeste de baja presión, circundante a Antártida que se mueve hacia el norte o el sur en su modo de variabilidad.En su fase positiva, este modo anular se contrae por el cinturón de vientos del oeste hacia Antártida; y, en su fase negativa implica este cinturón en movimiento hacia el ecuador.

SISTEMAS DE CIRCULACION OCEÁNICO SINDROMES OCEANICOS

Fase positiva

Fase negativa


SÍndrome de la oscilación del Atlántico Norte (NAO)

Es un fenómeno de génesis climática en el norte del océano Atlántico, provocado por fluctuaciones en la diferencia de presión atmosférica entre la baja islandesa y la alta de Azores o anticiclón de las Azores.

Moviéndose de este a oeste entre la baja de Islandia y la alta de Azores, va controlando la fuerza y dirección de los vientos del oeste y las formaciones tormentosas a través del Atlántico Norte. Tiene una alta correlación con la oscilación ártica, y realmente forma parte del síndrome general.

La NAO se descubre en los 1920s por Sir Gilbert Walker. Siendo similar al fenómeno de El Niño en el océano Pacífico, la NAO es una de las más importantes conductoras de las fluctuaciones climáticas en el Noratlántico y climas húmedos vecinos.

Fase positivaLas presiones del anticiclón de las Azores son más altas que la media,mientras que las zonas de presiones en Islandia son aún más bajas de lo normal. Ambas se sitúan más al Norte.Esta acrecentada diferencia de presión intensifica los vientos de oeste entre 50 y 60ºN. Las tormentas son más numerosas, el norte de Europa más suave y húmedo, debido a los vientos oceánicos, mientras que la sequía impera sobre el Mediterráneo. El nordeste de América se presenta más bien húmedo, mientras que el Labrador y Groenlandia están secos y fríos.

Fase negativaLas diferencias de presión entre las Azores e Islandia son menores: el anticiclón

de las Azores es débil, la depresión de Islandia poco

activa y ambas se sitúan más al Sur.

Los vientos de oeste, más débiles, aportan menos humedad sobre el norte

de Europa, y menos calor. Al estar más al sur, el

Mediterráneo se ve dominado por un tiempo menos seco. El nordeste

de América conoce inviernos más dulces y

secos de lo normal.


http://www.bom.gov.au/climate/enso/history/ln-2010-12/three-phases-of-ENSO.shtml

Síndrome del Niño (Niño-Southern Oscillation-ENSO)

Esta relacionado con el funcionamiento de la célula de Walker. Los vientos correspondientes a la parte inferior de la circulación de Walker arrastran el agua superficial cálida desde las costas americanas hasta las de Australia, ocasionando una surgencia en las costas de Perú. Esta surgencia, upweling, de agua fría y muy rica en alimentos hace que, en condiciones normales, estas aguas sean muy ricas en pesca.

Cuando la circulación de Walker varía, se modifican las condiciones del océano

El episodio se inicia en el océano Pacífico tropical, cerca de Australia e Indonesia, y con él se altera la presión atmosférica en zonas muy distantes entre sí, se producen cambios en la dirección y en la velocidad de los vientos y se desplazan las zonas de lluvia en la región tropical.

En condiciones normales, también llamadas condiciones Neutrales, los vientos Alisios (que soplan de este a oeste) apilan una gran cantidad de agua y calor en la parte occidental de este océano. El nivel superficial del mar es, en consecuencia, aproximadamente 5 dm más alto en Indonesia que frente a las costas del Perú y Ecuador. Además, la diferencia en la temperatura superficial del mar es de alrededor de 8 ºC entre ambas zonas del Pacífico. Las temperaturas "frías" se presentan en América del Sur´.


http://www.bom.gov.au/climate/enso/history/ln-2010-12/three-phases-of-ENSO.shtml

Desarrollo del síndrome

Durante “el Niño” los vientos alisios se debilitan o dejan de soplar, la máxima temperatura marina se desplaza hacia la Corriente de Perú, que es relativamente fría, y la mínima temperatura marina se desplaza hacia el Sureste Asiático. Esto provoca el aumento de la presión atmosférica en el sureste asiático y la disminución en América del Sur. Todo este cambio ocurre en un intervalo de seis meses, que se presenta aproximadamente desde junio a noviembre, siendo muy fuerte, con alteraciones en el clima. Se presenta a menudo hacia fines del mes de diciembre de cada año. Baña parte de la costa ecuatoriana y se extiende en forma costera aproximadamente hasta los 06° de latitud sur, donde se encuentra con la Corriente Peruana.

Durante "la Niña" las zonas relativamente húmedas y lluviosas se localizan al sureste asiático, mientras que en América del Sur es relativamente seco.


Mareas

Se conoce como mareas el descenso y ascenso periódico de la superficie marina. Son conocidas desde la antigüedad, pero fueron explicadas por primera vez científicamente Isaac Newton, a partir de su ley de atracción gravitatoria.

Todos los cuerpos celestes afectan a las aguas oceánicas, pero para su estudio solo es preciso considerar la Luna y el Sol laprimera por su proximidad, y la segunda por su gran masa. La marea solar media viene a tener la mitad de altura que la lunar media.

En el lado de la Tierra más próximo a la Luna, la atracción gravitatoria de la Luna es mayor, y aun que los fuerzas implicadas son débiles, son suficientes para producir movimientos en el agua.

La Luna es el factor dominante en el control del periodo y de la altura de la marea. La luna cruza el meridiano de longitud de un punto dado de la Tierra cada 24 horas 50 minutos, luego una hora lunar es 1 hora y 2 minutos.


El periodo de marea es el tiempo que transcurre entre dos mareas sucesivas (altas o bajas).

Si la Luna estuviera en el plano del Ecuador terrestre, las dos mareas altas de cada localización serían iguales, sin embargo laposición de la Luna varía entre los 28º latitud Norte y Sur, modificando las alturas relativas de las mareas altas y bajas.

Mareas vivas o sicigias: En ciertos periodos el giro de la luna alrededor de la Tierra, se sitúa en línea con la atracción gravitatoria del Sol. Esto se produce durante la luna nueva y la luna llena. Son las mareas más altas, y en los senos de las mareas son las más bajas. La amplitud diaria de las mareas es mayor.

Mareas muertas o cuadraturas: en el primer y tercer cuarto de Luna, la amplitud es menor. Se producen una vez al año.

Estoas: periodo entre puntos durante el cual no se produce cambio apreciable del nivel del agua.

Newton estableció y explicó este sistema por el cual suele haber dos mareas altas y dos mareas bajas al día, pero no predijo su altura y el momento en que tendrían lugar


Mapas de mareas

Lineas cotidales o comareales: aquellas en las que se produce al mismo tiempo el mismo nivel de marea. Por ejemplo, la linea cotidal nºIV representa el lugar de los puntos que la pleamar se produce de media a las 4 horas de tiempo medio lunar, después del paso de la luna por el meridiano de Greenwich. Gráficamente se representan como radios que confluyen en el punto anfidrómico.


Puntos anfidrómicos: Cuando las líneas cotidales concurren en un punto donde la hora es indeterminada por que la marea allí es nula, ya que la onda de marea gira en torno a ese punto. El primero fue descubierto en el Mar del Norte.

Líneas de corrango: une los puntos de igual amplitud de marea y que gráficamente estaría representados por círculos concéntricos al punto anfidrómico.

Olas

Existen tres tipos fundamentales:

a)olas progresivas ideales

b)olas marinas sísmicas (tsunamis)

c)olas de origen eólico

Olas progresivas ideales

Grupo de olas simples (tren de olas) progresivas sobre un punto fijo. Por este punto tiene lugar una sucesión regular de crestas y senos. El tiempo que tardan dos crestas sucesivas en pasar por un punto fijo es el periodo T (en segundos) y la frecuencia N (1/T). El periodo se emplea para clasificar las olas. Solo avanza la forma de la ola, la ondulación, pero no hay transporte neto de agua horizontalmente.

Longitud de onda de la ola: distancia entre dos senos o dos crestas

Amplitud o altura de la ola: distancia entre el seno y la cresta de la ola.

La velocidad del movimiento orbital disminuye y las orbitas se hacen más pequeñas al alejarse de la superficie. A una profundidad de L/2 el movimiento orbital desaparece.


olas marinas sísmicas (tsunamis)

Un tsunami (津波, del japonés, literalmente gran ola en el puerto) o maremoto es una ola o un grupo de olas de gran energía que se producen cuando algún fenómeno extraordinario desplaza verticalmente una gran masa de agua.

La zona más afectada por este tipo de fenómenos es el Océano Pacífico debido a que en él se encuentra la zona más activa del planeta, el cinturón de fuego. Por ello, es el único océano con un sistema de alertas verdaderamente eficaz.Históricamente el término tsunami también sirvió para referirse a las olas producidas por huracanes y temporales ("tidalwaves") que, como las tsunamis, podían entrar tierra adentro pero éstas no dejaban de ser olas superficiales producidas

por el viento, aunque un viento excepcionalmente poderoso.


olas de origen eólico

El espacio de superficie sobre el cual actúa el viento es el fetch. Fetch y viento constituyen los principales factores del oleaje. En las zonas donde la profundidad es inferior a L/2, la proximidad del fondo altera la velocidad orbital, deformándose el movimiento circular en una elipse y entonces la velocidad es:

v= (gd)1/2

siendo (d) la profundidad media en metros.


El oleaje está sometido a unas deformaciones que le son propias.

Líneas ortogonales de olas. Provocan zonas de convergencia (capacidad energética alta de las olas) y divergencia (capacidad energética baja de las olas)

c) difracción: cambio de dirección asociado a un proceso de divergencia y dispersión de la energía que se produce en el tramo final de un elemento que penetre perpendicularmente en las aguas marinas

b) refracción: cambio de dirección en el oleaje al producirse la interferencia con los fondos marinos sobre el funcionamiento de la ola. Es una deformación que tiende a aproximar el oleaje a la batimetría de fondo. Se produce en playas tendidas.

a) reflexión: todo el oleaje al incidir en la costa genera un oleaje reflejado con el mismo angulo de reflexión que el incidente. Este efecto se produce cuando la costa es vertical. Conforme es más tendida, hasta llegar a una playa la reflexión se va debilitando hasta hacerse nula

Tipos de rompientes

Spilling broker (rompiente de derrame): el agua se desparrama por el frente de la ola de forma constante, dando una cresta de espuma


Surfing breaker (rompiente ondulada): el agua se avalanzahacia delante con una cresta que se deshace rápidamente, pero sin dar un desplome claro.

Plunging breaker (rompiente de voluta): el agua de la cresta cae verticalmente atrapando una bolsa de aire dentro de la ola, desintegrándose después la ola, corriendo hacia delante una turbulenta masa de espuma

tema 3 hidrogeografía - licenciatura de...

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