Estratificación térmica

ESTRATIFICACIÓN TÉRMICA

La estratificación térmica es el término científico que describe la estratificación de las masas de agua en función de su temperatura. Los cuerpos de agua, incluyendo estanques y lagos separados en capas horizontales tienen claramente diferentes temperaturas.

La luz solar calienta las aguas cercanas a la superficie, generando una capa de agua tibia y menos densa sobre una capa de agua más fría y densa. Según la radiación solar penetra en un cuerpo de agua, su absorción es casi exponencial, razón por la cual sería de esperar que la distribución de calor a lo largo de la columna exhibiera un patrón similar

Ilustración 1 Perfil de absorción de luz incidente en función de la profundidad.

Sin embargo, la agitación de las aguas en la superficie por un efecto de convección y la acción del viento, generan un perfil vertical de temperaturas diferente al de la penetración de la luz. En consecuencia, el cuerpo de agua se estratifica en tres zonas o capas de agua:

• Epilimnio , la capa de agua más superficial, la de menor densidad y mayor temperatura

• Hipolimnio, la zona más profunda, más densa y la de menor temperatura.

• Metalimnio, zona intermedia entre el epilimnio y el hipolimnio, con una densidad también intermedia.

Los límites o fronteras de estas zonas, son en muchas ocasiones difíciles de detectar. Las zonas son dinámicas presentándose variaciones en su tamaño, que obedecen a fluctuaciones estacionales o a cambios atmosféricos marcados.

Ilustración 2 Patrón de absorción de luz incidente y perfil vertical de temperatura.

En adición a las tres zonas mencionadas, se ha identificado otra zona importante dentro de cuerpos de agua estratificados termalmente. Dicha zona se conoce con el nombre de termoclino. Los termoclinos se definen como regiones que presentan la inflexión mayor en la gráfica de temperatura versus profundidad. En otras palabras, el termoclino es la región donde la temperatura presenta cambios rápidos en función de la profundidad. Se han identificado dos tipos de termoclinos: termoclino temporero o diario y termoclino estacional o parental. El termoclino parental es el más profundo y siempre se localiza dentro del metalimnio. Esto ha llevado a que en muchas ocasiones ambos términos se intercambien, ya que ambas zonas se localizan en una misma región en cuerpos de agua estratificados. Los termoclinos temporeros se ubican más cerca de la superficie y pueden localizarse en el metalimnio o en el epilimnio. Este tipo de termoclino se origina de cambios diurnos en la radiación solar.

Ilustración 3 Patrón de estratificación termal de cuerpos de agua dulce.

La estratificación térmica también influye en la calidad del agua. El epilimnio sustenta un abundante crecimiento de algas mientras que el contenido de oxígeno disuelto del hipolimnio de los lagos eutróficos disminuye. Como resultado de la anaerobiosis los sedimentos del fondo pueden desprender ácido sulfhídrico, compuestos orgánicos odoríferos y hierro reducido. Durante la estratificación térmica del agua aprovisionada de gran calidad se encuentra exactamente debajo de la termoclinal.

La estratificación térmica de los reservorios de agua da lugar al establecimiento de un cálido y poco denso epilimnion, rico en oxígeno, y un hipolimnion más fresco, más denso y pobre en oxigeno e influye fuertemente en la química y la biología del agua. El epiliminion propicia una proliferación importante de algas fotosintéticas. Generalmente, el epilimnion rico en oxigeno contiene una alta concentración de especies químicas oxidadas que normalmente tienen altos contenidos de oxígeno. Los compuestos químicos que se encuentran aquí incluyen especies de carbono como CO2 y HCO3¯, de nitrógeno como NO3¯ y de azufre como SO4-2. El hipolimnion es deficiente de O2 y tiende a contener especies químicamente reducidas con bajos contenidos de oxígeno y altos de H, incluyendo CH4, NH3 (o NH4+) y H2S para el carbono, nitrógeno y azufre, respectivamente.

Bajo condiciones reductoras del hipolimnion, el hierro suele estar presente como FE2+ soluble, mientras que en el epilimnion se encuentra como Fe (OH)3 o Fe2O3.

Un sistema acuoso normal es el hábitat de un gran número de organismos desde las algas unicelulares hasta los peces. Tal sistema de agua puede considerarse como un ecosistema, normalmente basado en el suministro de alimentos constituidos por la biomasa producida fotosintéticamente por las algas y plantas que viven en el:

6CO2 + 6H2O ENERGÍA SOLAR C6H12O6 + 6O2

La fotosíntesis produce glucosa, C6H12O6, que puede convertirse a otras formas de biomasa. Esta reacción produce oxigeno elemental y, durante el día, cuando ocurre la fotosíntesis, puede contribuir sustancialmente al contenido de oxígeno disuelto del epilimnion. Mientras que las algas y plantas son productores que generan biomasa, otros organismos heterotróficos, normalmente las bacterias en el agua,

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