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Prof. S. Lo Mnaco/Geoqumica(2008)

Tema 9: Hidrosfera OBJETIVOS

Tener idea de la distribucin de las aguas sobre la tierra. Conocer algunos datos tpicos del agua de mar tales como temperatura, densidad, profundidad,

presin, pH, gases disueltos. Saber los parmetros principales que describen un cuerpo de agua de mar. Conceptos de salinidad y clorinidad, como medidas de concentracin oceanogrficas. Tener una idea de las especies mayoritarias en agua de mar, elementos traza y gases disueltos.

Importancia relativa. Conocer la distribucin de las aguas terrestres (continentales) y su composicin general. Poder explicar la distribucin de especies mayoritarias en aguas fluviales y agua de mar. Entender (en forma sencilla) el modelo de Estado Estacionario. Saber la definicin de Tiempo de

Residencia. Tener idea del orden de magnitud del Tiempo de Residencia (alto, bajo, muy bajo) para especies

mayoritarias y trazas disueltas en agua de mar. Conocer (en forma sencilla) la evolucin de la hidrosfera en el tiempo geolgico.

HIDROSFERA: Geosfera discontinua de agua (liquida-slida) ubicada en o cerca de la superficie de la tierra. Comprende:

Ocanos (con sus mares conectados) Lagos Ros, quebradas Aguas subterrneas Nieve, hielo

DISTRIBUCION DE AGUAS EN LA TIERRA Volumen (Km3) Masa (gr) Porcentaje Agua de Mar 1.37*109 1.4*1024 97.2 Hielo 2.9*107 2.9*1022 2.0 Agua Subterrnea 8.4*106 8.4*1021 0.6 Lagos (A. dulce) 1.3*105 1.3*1020 0.009 Lagos (A. Salada) 1.0*105 1.0*1020 0.007 Vapor de Agua 1.3*104 1.3*1019 0.0009 Ros 1.3*103 1.3*1018 0.00009

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Sin tomar en cuenta las prdidas y las ganancias debidas al vulcanismo y a la subduccin. el balance total en el ciclo hidrolgico no es cero, sino negativo: De los ocanos se evapora ms de lo que precipita en ellos (dficit). En los continentes precipita ms de lo que se evapora (supervit). El supervit en los continentes se compensan con las escorrentas, superficial y subterrnea, que vierten agua del continente al mar. Esto crea el ciclo hidrolgico.

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Evaporacin. El agua se evapora de los ocanos, sobre la superficie del continente y tambin por los organismos (transpiracin). Evapotranspiracin (incluye evaporacin y transpiracin.

Precipitacin. La atmsfera pierde agua por condensacin (lluvia y roco). En el caso de la lluvia, la nieve y el granizo (cuando las gotas de agua de la lluvia se congelan en el aire) la gravedad determina la cada. El roco y la escarcha el cambio de estado se produce directamente sobre las superficies que cubren.

Infiltracin. El agua penetra a travs de los poros del suelo, sedimentos y rocas permeables y pasa a ser agua subterrnea. Parte del agua infiltrada vuelve a la atmsfera por evaporacin y por la transpiracin de las plantas, que la extraen con las races. Otra parte se incorpora a los acuferos (estancados o circulantes).

Escorrenta superficial. Se refiere a distintas maneras que el agua lquida se desliza pendiente abajo por la superficie del terreno (puede llegar a los ocanos).

Circulacin subterrnea (escorrentia subterranea). Ocurre a favor de la gravedad, como la escorrenta superficial. La que ocurre en los acuferos en forma de agua intersticial que llena los poros de una roca permeable o del suelo.

La circulacin de agua en la hidrosfera promueve los procesos geoqumicos en el ambiente exgeno, a travs de la meteorizacin, transporte y posterior sedimentacin de materiales naturales

OCEANOS: 97% en peso de la hidrosfera.

71% de la superficie del planeta Profundidad promedio 3800 m

Volumen: 1370*106 Km3

Parmetros que describen un cuerpo de agua:

CLORINIDAD: Peso en gramos de plata pura para precipitar los halgenos en 0.3285234 Kg de Agua de Mar (Cantidad total de Cl-, Br-, I- y F- contenidos en 1 Kg de agua de mar):

AgNO3 + Cl- AgCl Pat(Ag)/PM(AgCl)*0.3228 ==> Ag (Clorinidad del Agua de Mar: 19 o/oo)

SALINIDAD: Cantidad de slidos disueltos (gr.) en 1 Kg de Agua de mar: Salinidad (normal) del Agua de Mar: ~ 35o/oo

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Tablas para discusin en clase.

Ocanos: Na+ > Mg+2 > Ca+2 Cl- > SO4= > HCO3-

AGUAS TERRESTRES

Masa de aguas terrestres

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Consecuencia: El ion bicarbonato es el principal constituyente de las aguas terrestres derivado del Anhdrido carbnico disuelto en agua de lluvia y la adicin del mismo por actividad biolgica en los suelos

Tablas para discusin en clase.

Comparacin de la cantidad relativa de cationes y aniones mayoritarios en agua de mar y de ros

Ocanos: Na+ > Mg+2 > Ca+2 Cl-- > SO4= > HCO3- Ros: Ca+2 > Na+ > Mg+2 HCO3- > SO4= > Cl-

ORIGEN Y EVOLUCION DE LOS OCANOS

3 PERIODOS PRINCIPALES:

Primeros Ocanos: (hace ~ 4000*106 aos).La diferenciacin primaria de la tierra trajo como resultado una corteza caliente de composicin basltica y una atmsfera de composicin similar a la de los gases volcnicos:

90 a 95% de H2O (vapor) y el resto: HCl, HF, H2S, HBr, S, CH4, NH3 y Gases nobles.

La condensacin del vapor de agua ocurre cuando la temperatura de la corteza desciende por debajo de 100 C. (hace aprox. 3500*106 aos), es decir durante los primeros 500*106 aos (las rocas sedimentarias mas antiguas tienen 3400*106 aos).

OCEANOS ENTRE 3500*106 y 1500*106 aos: Los primeros ocanos eran ricos en gases cidos y NH3, lo que permiti una meteorizacin vigorosa de la corteza, al disolver grandes cantidades de cationes bsicos y slice. Esto trajo como consecuencia una neutralizacin progresiva del mar, alcanzando una salinidad similar a la actual. Excepto para CO3= y HCO3- que estaban ausentes.

OCEANOS MODERNOS: Comienza la fotosntesis en el mar, aumenta la concentracin de oxgeno y el ambiente se vuelve oxidante:

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S= SO4= Fe+2 Fe2O3

NH3 N2 CO, CH4 CO2, H2O

CO3= y HCO3- comienzan a ser abundantes

Mecanismos reguladores del pH:

SISTEMA CARBONATOS:

CO2(gas) + H2O H2CO3(aq.) H2CO3(aq.) H+ + HCO3-

HCO3- H+ + CO3= CaCO3 + H2O Ca+2 + CO3=

SISTEMA SILICATO:

Feldespato(Na) + H+ Caolinita + Na+ + Slice (aq.) NaAlSi3O8 Al2Si2O5(OH)4

Caolinita + slice(aq.) + Mg+2 + H2O Clorita + H+

COMBINADO:

Aluminosilicato + Cationes(+n) + Slice + HCO3- [Cationes(+n)Aluminosilicatos] + CO2 + H2O

BALANCE DE MATERIALES DISUELTOS EN EL OCANO

Si FEntrada = FSalida La composicin [*] del sistema no varia en el tiempo, Si esto se cumple, puede aplicarse el Modelo de Estado Estacionario

Estado Estacionario: Cantidad de elementos introducidos por unidad de tiempo es igual a la cantidad de elementos depositados en los sedimentos o incorporados a la Hidrosfera. Esto produce dos consecuencias importantes:

Primera Consecuencia: La composicin del agua de mar se ha mantenido constante aproximadamente desde el Cambrico, evitando la acumulacin de especies qumicas txicas como: Cu, As, Se, etc.

Segunda Consecuencia: El modelo del Estado Estacionario permite definir para cada elemento, el tiempo de residencia (T).

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A= Cantidad total del elemento en el agua de mar. = Composicin Promedio de Agua de ros y el volumen que aportan al ocano. = velocidad promedio de sedimentacin marina y composicin promedio del elemento en sedimentos marinos

El tiempo de residencia refleja la variabilidad de la reactividad qumica de los elementos en el agua de mar.

Alto valor de T Baja Reactividad (Ej: Na+) Bajo valor de T Alta Reactividad (Ej: Mn+2=>MnO2)

Los estudiantes deben consultar la tabla de Tiempo de Residencia del Tema de Hidrsfera del Mason y razonar para varios elementos el significado del valor de cada uno en funcin de la reactividad que presenta en el agua de mar.

Aporte de ros

Disolucin de halita en evaporitas

Meteorizacin de todos los otros tipos de rocas

Aerosol Ocenico

Na

Sale del sistema A.M

Precipitacin en evaporitas Atrapado en aguas de poro de

sedimentos marinos Reaccin con silicatos en

sistemas trmicos submarinos Transporte atmosfrico como

aerosol

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Tablas para discusin en clase.

Slidos Disueltos en Ros y en Agua de Mar (Tomado de Tabla 9.5 de Mason and Moore 1.982) RIOS Ca+2 Na+2 Mg+2 HCO3- SO4= Cl- S.T.D. Tipo:

Promedio Mundial 15 6,3 4,1 58,4 11,2 7,8 114 Misisipi 34 11 7,6 111 41 15 221 Amazonas 4,3 1,8 1,1 17 3 1,7 36 Orinoco 3,3 1,5 1,0 11 3,4 1,1 33,3

Ca+2 > Na+ > Mg+2 y HCO3-> SO4= > Cl-

Colorado 94 124 30 183 289 113 853 Na+ > Ca+2 > Mg+2 y SO4= > HCO3-> Cl- Jordn 80 253 71 238 174 473 1310 Na+ > Ca+2 > Mg+2 y Cl- > HCO3-> SO4=

AGUA de MAR 410 11000 1300 140 2700 19000 34481 Gran Lago Salado 160 33170 2760 -- 6680 55480 203490 Na

+ > Mg+2 >Ca+2 y Cl- > SO4= > HCO3-

Composicin de aguas de ro a nivel mundial

Fe, SiO2: (acuosos)

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S.T.D.= Slidos Totales Disueltos Concentraciones en ppm.

Flujo anual estimado de varias especies qumicas que entran a las cuencas ocenicas (valores x1014 gramos). Rios

Especie Qumica Disuelto Suspendido

Aguas Subterraneas Aerosol Polvo

Erosin Marina Hielo Total

% del Total

SiO2 1.1 121.0 0.5 - 0.4 1.5 13.0 140.8 60 Al - 14.9 - - 0.1 0.2 1.8 17.0 7 Fe 0.2 12.2 - - 0.1 0.6 13.1 6 Ca 5.0 5.5 0.6 - 0.1 0.6 11.8 5 Mg 1.4 2.8 0.2 0.1 0.1 0.3 4.9 2 K 0.8 3.9 0.1 0.1 0.1 0.6 5.6 2 Na 2.1 2.0 0.2 0.7 - 0.5 5.5 2 Cl- 2.6 - 0.3 1.4 - - 4.4 2 SO4= 3.8 - 0.4 0.2 - - 4.4 2 HCO3- 19.0 8.3 2.0 - 0.2 - 29.8 12 Total 39.3 170.6 4.3 2.5 0.5 2.3 17.4 237.3 % del Total 16.6 72.0 1.8 1.0 0.2 1.0 7.3 100