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CAMPOS CIENTÍFICOS EN LOS QUE SE CAMPOS CIENTÍFICOS EN LOS QUE SE ENMARCA LA ASIGNATURAENMARCA LA ASIGNATURA

Limnología. "Limne" (palabra griega) hace referencia a una divinidad asociada a las aguas en general.

El término “Limnología” fue acuñado acuñado por FOREL (1892) con el sentido de una "oceanografía de los lagos".

En los estatutos de la SIL (Sociedad Internacional de Limnología), fundada en 1922 se consideró a la Limnología como "el estudio del conjunto de las aguas dulces o epicontinentales".

MARGALEF (1983) considera el término como "Ecología de las aguas no marinas"

Dentro de la Limnología se estudian aspectos tales como la química de las aguas, la sedimentología o el estudio de la propia biota (Hidrobiología) que aborda fundamentalmente los aspectos taxonómico, faunístico, biológico, etológico, zoogeográfico y ecológico.

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DELIMITACION ENTRE AGUAS MARINAS Y AGUAS DELIMITACION ENTRE AGUAS MARINAS Y AGUAS CONTINENTALESCONTINENTALES

Las aguas marinas tienen una notable uniformidad en su composiciónEn las aguas marinas la sal predominante es el Cloruro sódico

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Las aguas continentales tienen una composición química Las aguas continentales tienen una composición química mucho más heterogénea que guarda relación con la mucho más heterogénea que guarda relación con la distinta composición de rocas y suelodistinta composición de rocas y suelo

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En las aguas continentales la sal predominante es el Bicarbonato cálcico

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Existen numerosas aguas continentales que no son dulces, sino saExisten numerosas aguas continentales que no son dulces, sino saladas, ladas, incluso a veces más saladas que las del mar.incluso a veces más saladas que las del mar.

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AGUAS EPICONTINENTALESAGUAS EPICONTINENTALES

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AGUAS SUBTERRÁNEASAGUAS SUBTERRÁNEASht

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CICLO DEL AGUACICLO DEL AGUAEn los Océanos la evaporación es mayor que la precipitación.En los océanos cada año se evapora un volumen de agua equivalente a una capa de 1 m de espesor (es una media entre las regiones cálidas-hasta 1,5 m y las frías y templadas 35 mm).En conjunto la cantidad de agua evaporada representa 425.000 Km3 de los cuales el 90% vuelve a caer sobre los océanos y el 1 % cae sobre los continentes.

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ORIGEN VOLUMEN (Miles km3) % AGUA TOTAL

Agua salada

Océanos 1 338 000 96,54

Agua subterránea salina 12 870 0,93

Lagos salinos 85 0,006

Agua dulce

Glaciares, manto nival permanente 24 064 1,74

Agua subterránea 10 530 0,76

Permafrost 300 0,022

Lagos 91 0,007

Humedad del suelo 16,5 0,001

Vapor atmosférico 12,9 0,001

Marismas, humedales 11,5 0,001

Ríos 2,12 0,0002

Incorporada en la biota 1,12 0,0001

AGUA TOTAL (Miles km3) 1 386 000 100 AGUA DULCE TOTAL (Miles km3) 35 029 2,52

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97’24%

2’76 %

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El agua no evaporada entra en el perfil del suelo (infiltración). El agua infiltrada y retenida por las partículas del suelo es absorbida por las raíces de las plantas y devuelta en gran parte a la atmósfera mediante el proceso de transpiración.

La evapotranspiración disminuye el contenido de humedad del suelo y deja espacio libre para la retención de más agua. En términos generales representa la principal vía de salida del agua de una cuenca y puede alcanzar un 60-80% de las precipitaciones anuales.

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Las aguas no infiltradas (escorrentía) junto con las que se mueven a través del suelo o en los acuíferos y no son aprovechadas por la vegetación alcanzan los ríos o cauces superficiales por donde discurren en forma de caudales o quedan retenidas en los lagos

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naturaleza físico-química del agua

• Aparte del mercurio metálico, el agua es el único mineral líquido del planeta. Un gran número de propiedades del agua se apartan de lo que cabría esperar de su composición molecular.

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naturaleza físico-química del agua

• Aunque la fórmula elemental es H2O, en la que los átomos de H forman un ángulo de 105º, en realidad el agua está polimerizada [(H2O)n]. Las moléculas se unen unas con otras por medio de enlaces puente de Hidrógeno.

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En el agua líquida, además de un residuo de H2O, las moléculas crean asociaciones dinámicas (polímeros) que forman y deshacen enlaces continuamente.

La proporción de polímeros de orden más elevado es mayor a temperaturas más bajas, es decir, cuanto menor es la Tª mayor es el tamaño de los polímeros y viceversa.

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• A 0ºC las moléculas se disponen en una red cristalina semejante a la de la tridimita, con espacios repetidos a intervalos regulares que suponen un aumento de volumen del 9% respecto al del agua líquida

Hielo Agua líquida Vapor

ANOMALÍAS DE LA DENSIDAD

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Como consecuencia de lo anterior en estado sólido disminuye su densidad, por lo que flota sobre la fase líquida

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El punto de máxima densidad del agua es aproximadamente a los 4ºC Las diferencias de densidad por cambio de temperatura (entre masas de agua que presenten una variación de 1ºC, por ejemplo) se hacen progresivamente mayores por encima de los 4ºC. La diferencia de densidad entre muestras de agua a 20 y 21 ºC es 26 veces mayor que la de aguas a 4 y 5ºC.

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5 10 15 20 25 30

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Temperatura (°C)

Prof

undi

dad

(m)

Epilimnion

Hipolimnion

MetalimnionTERMOCLINA

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• Donde hay un gradiente vertical de temperatura debe existir también un gradiente vertical de densidad.

• Esta estratificación térmica (por densidades) implica una incompleta mezcla vertical de las aguas y si se mantiene el tiempo suficiente, la actividad de los organismos y los procesos fisicoquímicos que tienen lugar en cada nivel de profundidad determinan importantes diferencias entre los compartimentos.

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CARACTERÍSTICAS TÉRMICAS• El agua tiene un elevado calor específico (4.1846 J g-1 ºC-1), sólo

superado por el amonio gaseoso (5.15) y el H2 líquido. Por ello, el agua es capaz de acumular mucho calor y lo pierde muy lentamente (Inercia térmica).

• Como resultado las variaciones de temperatura de lagos y ríos se producen lentamente según las estaciones lo que tiene importantes consecuencias sobre los organismos. Esta elevada capacidad calorífica y el alto calor de fusión y de vaporización tienen un efecto termostático y regulador.

• Baja capacidad del agua para transmitir calor (mal conductor), salvo que se produzcan turbulencias (viento, corrientes de agua), en cuyo caso la intensidad de las turbulencias determinaría hasta qué profundidad se calienta el agua.

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Iz = I0 e-kz

I0 = Intensidad de la luz en superficie Iz = Intensidad de la luz a la profundidad zkd = coeficiente de extinciónz = profundidad (m)

Absorción de la luz

k =ln I0 – ln Iz

z

I0 e Iz pueden medirse con un luxímetro para obtener k

% of surface light

0

5

10

15

20

25

30

35

0 25 50 75 100

dept

h (m

)

10%20%

Existe un descenso exponencial y k es la tasa de extinción. Cuantomayor es k más rápidamentese atenúa la luz con la profundidad

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• Zona fótica : Zona situada por encima del punto de compensación en la que tienen lugar los procesos fotosintéticos: la producción supera la respiración.

• Zona afótica o profunda: situada por debajo del punto de compensación, la respiración es mayor que la producción.

El punto en el que se equilibran o igualan la fotosíntesis (producción) con la respiración (se consume todo el O2 producido) se llama punto de compensación. La intensidad de luz es del 1% de la luz incidente en la superficie, es decir cuando la intensidad lumínica se ha reducido el 99%

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• El grosor de la zona fótica varía en función distintos factores: sólidos en suspensión, sustancias en disolución, zooplancton etc. Dado que estos factores son variables estacionalmente, en las distintas épocas del año se producen variaciones en el grosor de la capa. En medios oligotróficos, la transparencia del agua es muy alta y por tanto esto facilita la penetración de la luz y hace que el punto de compensación esté mas profundo. Por el contrario, enmedios eutrofizados, con grandes cantidades de plancton, existe una gran turbidez lo que dificulta la penetración de la luz y por tanto el punto de compensación se sitúa más cerca de la superficie.

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ABSORCIÓN DEL COLOR

• El color del agua depende del fitoplancton presente

• El color verde del agua se produce porque la clorofila absorbe la longitud de onda violeta y roja, y refleja sólo la verde.

• Otros pigmentos absorben y reflejan otras longitudes de onda

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• En general, la tasa de fotosíntesis es proporcional a la profundidad (es decir, más luz = más fotosíntesis) hasta que se produce la inhibición por exceso de luz o la saturación por alcanzar el límite fisiológico de los organismos implicados.

• Las distintas especies presentas diferentes puntos de inhibición o de saturación.

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• Para medir la profundidad de la zona fótica se utilizan distintos procedimientos, entre ellos el disco de Secchi, un disco de unos 20 cm de diámetro (30 en medio marino) que mediante una cuerda se va hundiendo hasta que no es visible. Puede ser de color blanco o con sectores blancos y negros.

La profundidad de Secchi (cuando el disco deja de verse) corresponde

aproximadamente al 10% de la luz en superficie

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Tensión superficial• La fuerza de atracción entre

moléculas da lugar a que las moléculas que se encuentran en la superficie de un líquido sean atraídas hacia su interior. Esta película de moléculas superficiales se comporta en forma similar a una membrana elástica.

• Es una característica de todos los fluidos, y la del agua es la mayor conocida (si exceptuamos el Mercurio).

435.50Mercurio

17.01Éter etílico

18.43n-Hexano

22.61Metanol

28.5Tolueno

72.75Agua

22.75Alcohol etílico

23.9Acetato de etilo

26.95Tetracloruro de carbono

28.85Benceno

23.7Acetona

dinas/cmlíquido

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• Como todo sistema mecánico tiende a adoptar espontáneamente el estado de más baja energía potencial, los líquidos tienen tendencia a presentar al exterior la superficie más pequeña posible.

Cuando un objeto se pone en contacto con la superficie del agua intervienen dos tipos de fuerzas:•Fuerzas de cohesión (c) entre las moléculas de agua•Fuerzas de adhesión (a) de las moléculas de agua a la superficie del objeto.Si c>a => superficie hidrófobaSi c<a => superficie hidrófila

NEUSTON

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Viscosidad• La viscosidad dinámica o absoluta es la resistencia

que opone el fluido al movimiento relativo de sus moléculas.

• La fuerza con la que una capa de fluido en movimiento arrastra consigo a las capas adyacentes de fluido determina su viscosidad. Es un reflejo de las fuerzas de cohesión entre moléculas.

Los fluidos de alta viscosidad absoluta presentan una cierta resistencia a fluir; los fluidos de baja viscosidad fluyen con más facilidad.

Depende fundamentalmente de la Tª y de los materiales en disolución o en suspensión.

El agua caliente es menos viscosa que el agua fríaViscosidad a 0°C = 1.792 x 10-3 kg/m/sViscosidad a 30°C = 0.801 x 10 -3 kg/m/s

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1.554 cPMercurio 20°C

1.2 cPAlcohol etílico 20°C

1.002 cPAgua 20°C

0.652 cPBenceno 20°C

0.597 cPAlcohol metílico 20°C

0.58 cPCloroformo 20°C

50,000 cPKetchup 20°C

25,000 cPChocolate 20°C

10,000 cPMiel 20°C

cP = Centipoise1cP = 10-3 Paxs

Se mide en Pascales x s, según el Sistema Internacional se define como la fuerza necesaria para desplazar a un kg de agua, un metro en un segundo (kg/m*s = N*s/m2).

La resistencia por fricción al movimiento para los organismosacuáticos es 100 veces mayor que para los organismosaéreos.

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Viscosidad y densidad• La viscosidad cinemática es la relación

entre la viscosidad absoluta y la densidad de fluido.

• La viscosidad cinemática relaciona la viscosidad (fuerzas de cohesión) con la inercia (masa/volumen).

• En el sistema internacional (SI) la unidad de viscosidad cinemática es el metro cuadrado por segundo (m2/s).

ρµ

=υs

m 2

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Donde V es la velocidad en m/s a la que el agua o un objeto se mueven uno con relación a otro. Es decir, es lo mismo que el agua discurra a través de un objeto estacionario, que el objeto se mueva a través del agua.L: es una longitud característica tal como el diámetro de un tubo a través del cual pasa el agua, el grosor de la capa de agua o la longitud del cuerpo de un animal en la dirección del flujo. : es la viscosidad cinemática.

• Fundamentalmente el número de Re está determinado por V y por L, ya que la viscosidad cinemática del agua presenta ligerísimas variaciones.

Re= V L/

El nº de Reynolds expresa la importancia relativa de las fuerzas de inercia y las fuerzas de cohesión (viscosidad):

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• Cuando el número Re es pequeño significa que predominan las fuerzas de viscosidad sobre las de inercia. Todas las moléculas se mueven cohesionadas en la misma dirección y como consecuencia hablamos de flujo laminar.

• Cuando el número Re es alto predominan las fuerzas de inercia sobre la viscosidad. Significa que las moléculas del fluido se mueven en distintas direcciones: flujo turbulento. En el flujo turbulento, las fuerzas de inercia de las moléculas son mayores que las fuerzas de cohesión entre ellas.

Es un número adimensional que indica el grado de turbulencia de un fluido.

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Re < 500: flujo laminar500 < Re <103- 104 : flujo de transición

Re > 103- 104: flujo turbulentoht

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• Podemos estimar Re para distintos organismos:

organismos con alto Re viven en ambientes turbulentos

organismos con bajo Re viven en ambientes laminares, aunque puedan ser transportados en una porción de agua turbulenta. A su alrededor se forma una capa laminar.

Ballena : 109 Trucha: 105 Gammárido: 102 Rotífero nadador: 10-1

1 µm 0.1 mm1 cm10 cm100 cm

Re

0.000001

0.0001

0.01

1

100

10,000

1,000,000

Dominios

Arquimediano

Stokesiano

BrownianoFitoplancton

Zooplancton

Peces

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Si un organismo extrae una molécula de la capa límite debe ser reemplazada del agua circundante por difusión, proceso que es muy lento. El gradiente de concentración en la capa límite es el que determina entonces la rapidez con que el déficit de nutrientes puede ser subsanado. La ventaja del movimiento del animal (siempre y cuando haya un gradiente de concentración) es que puede alcanzar una posición en la que existe una mayor concentración exterior de nutrientes lo que acelera la incorporación de estos a la capa límite. Así pues, para organismos muy pequeños el hundimiento o la locomoción activa es muy importante.

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En un fluido ideal no existe fricción entre las moléculas, pero en un fluido real, cuando empieza a fluir bajo la influencia de la gravedad, las moléculas de las capas estacionarias del fluido deben cruzar una frontera para entrar en la región de flujo. Una vez cruzada esta, las moléculas reciben energía de las que están en movimiento y comienzan a fluir. Debido a la energía transferida, las moléculas que ya estaban en movimiento reducen su velocidad.

V0

V

V0

V

Perfil planoFlujo ideal

Perfil parabólicoFlujo real

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• En los ríos la velocidad de la corriente no es igual en toda la columna de agua: es máxima en superficie y el centro del cauce y disminuye hacia las orillas y hacia el fondo. La velocidad del agua en el fondo se ralentiza por rozamiento hasta hacerse casi nula, y se forma la llamada capa límitesobre los objetos del fondo.

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El límite superior de la capa límite se sitúa cuando la velocidad es aproximadamente un 1% de la velocidad en superficie.

Si no cambian otras variables, el tipo de sustrato (tamaño y forma) condiciona la colonización.El aplastamiento del cuerpo es un ejemplo de adaptación a la corriente, los animales se desplazan dentro de la capa límite.

El grosor de la capa límite depende de la velocidad en superficie (U) y de la profundidad (x), ya que µ/δ es la viscosidad cinemática del agua, y permanece constante.

El grosor relativo depende del número de Reynolds de los objetos del fondo.