Un entorno subacuático es un entorno de agua líquida, sumergido en ella, en un elemento natural o artificial (llamado cuerpo de agua ), como un océano , mar , lago , estanque , embalse , río , canal o acuífero . Algunas características del entorno submarino son universales, pero muchas dependen de la situación local.
El agua líquida ha estado presente en la Tierra durante la mayor parte de la historia del planeta . Se cree que el entorno submarino es el lugar del origen de la vida en la Tierra y sigue siendo la región ecológica más crítica para el sustento de la vida y el hábitat natural de la mayoría de los organismos vivos. Varias ramas de la ciencia se dedican al estudio de este entorno o partes o aspectos específicos del mismo.
Varias actividades humanas se llevan a cabo en las partes más accesibles del entorno submarino. Estos incluyen la investigación, el buceo submarino por trabajo o recreación y la guerra submarina con submarinos. Es hostil a los humanos en muchos sentidos y, a menudo, inaccesible y, por tanto, relativamente poco explorado.
Tres cuartas partes del planeta Tierra están cubiertas de agua. La mayor parte de la superficie sólida del planeta es llanura abisal , a profundidades de entre 4.000 y 5.500 metros (13.100 y 18.000 pies) debajo de la superficie de los océanos. La ubicación de superficie sólida en el planeta más cercana al centro del geoide es el abismo Challenger , ubicado en la Fosa de las Marianas a una profundidad de 10.924 metros (35.840 pies). Existe una menor parte de la superficie cubierta por cuerpos de agua dulce y un gran volumen de agua subterránea en acuíferos. El entorno submarino es hostil para los humanos en muchos sentidos y, por tanto, poco explorado. Puede mapearse mediante sonar o explorarse más directamente mediante sumergibles tripulados, operados remotamente o autónomos . Los fondos oceánicos han sido estudiados mediante sonar con al menos una resolución aproximada; Se han cartografiado en detalle áreas particularmente estratégicas para ayudar en la navegación y detección de submarinos, aunque los mapas resultantes pueden clasificarse. [ cita necesaria ]
Un océano es una masa de agua que compone gran parte de la hidrosfera de un planeta . [1] En la Tierra , un océano es una de las principales divisiones convencionales del Océano Mundial . Estos son, en orden descendente por área, los océanos Pacífico , Atlántico , Índico , Sur (Antártico) y Ártico . [2] [3] La palabra "océano" se usa a menudo indistintamente con "mar" en inglés americano . Estrictamente hablando, un mar es una masa de agua (generalmente una división del océano mundial) parcial o totalmente encerrada por tierra, [4] aunque " el mar " se refiere también a los océanos.
El agua salina cubre aproximadamente 361.000.000 km 2 (139.000.000 millas cuadradas) y habitualmente se divide en varios océanos principales y mares más pequeños, cubriendo el océano aproximadamente el 71% de la superficie de la Tierra y el 90% de la biosfera de la Tierra . [5] El océano contiene el 97% del agua de la Tierra, y los oceanógrafos han declarado que se ha explorado menos del 5% del océano mundial. [5] El volumen total es de aproximadamente 1,35 mil millones de kilómetros cúbicos (320 millones de millas cúbicas) con una profundidad promedio de casi 3,700 metros (12,100 pies). [6] [7] [8]
Un lago es una zona llena de agua, localizada en una cuenca , que está rodeada de tierra, aparte de cualquier río u otra salida que sirva para alimentar o drenar el lago. [9] Los lagos se encuentran en la tierra y no son parte del océano , y por lo tanto son distintos de las lagunas , y también son más grandes y más profundos que los estanques , aunque no existen definiciones oficiales o científicas. [10] Los lagos pueden contrastarse con ríos o arroyos , que suelen fluir. La mayoría de los lagos son alimentados y drenados por ríos y arroyos. Los lagos naturales se encuentran generalmente en zonas montañosas, zonas de rift y áreas con glaciación en curso . Otros lagos se encuentran en cuencas endorreicas o a lo largo de los cursos de ríos maduros. En algunas partes del mundo, hay muchos lagos debido a los caóticos patrones de drenaje que quedaron de la última edad de hielo . Todos los lagos son temporales en escalas de tiempo geológico, ya que lentamente se llenarán de sedimentos o se derramarán fuera de la cuenca que los contiene. Muchos lagos son artificiales y se construyen para uso industrial o agrícola, para generación de energía hidroeléctrica o suministro de agua doméstica, o con fines estéticos, recreativos u otras actividades.
Un estanque es una superficie llena de agua, ya sea natural o artificial, de tamaño más pequeño que un lago . [11] Puede surgir naturalmente en llanuras aluviales como parte de un sistema fluvial, o ser una depresión algo aislada (como una tetera , un estanque primaveral o un bache de pradera ). Puede contener aguas poco profundas con marismas y plantas y animales acuáticos. [12] Los estanques con frecuencia son artificiales o se expanden más allá de su profundidad y límites originales. Entre sus muchos usos, los estanques proporcionan agua para la agricultura y la ganadería, ayudan en la restauración del hábitat, sirven como criaderos de peces, son componentes de la arquitectura paisajística, pueden almacenar energía térmica como estanques solares y tratan las aguas residuales como estanques de tratamiento . Los estanques pueden ser de agua dulce, salada o salobre .
Un río es un curso de agua natural , generalmente de agua dulce , que fluye bajo la influencia de la gravedad sobre el océano , un lago , otro río o hacia el suelo. Se puede hacer referencia a los ríos pequeños utilizando nombres como arroyo , arroyo, arroyo, riachuelo y riachuelo . No existen definiciones oficiales para el término genérico río aplicado a accidentes geográficos , [13] Los ríos son parte del ciclo hidrológico ; El agua generalmente se acumula en un río a partir de la precipitación en una cuenca de drenaje proveniente de la escorrentía superficial y otras fuentes como la recarga de aguas subterráneas , manantiales y la liberación de agua almacenada en hielo y nieve naturales. La potamología es el estudio científico de los ríos, mientras que la limnología es el estudio de las aguas continentales en general.
Un acuífero es una capa subterránea de roca permeable que contiene agua , fracturas de roca o materiales no consolidados ( grava , arena o limo ). El estudio del flujo de agua en los acuíferos y la caracterización de los acuíferos se denomina hidrogeología . Si una capa impermeable cubre el acuífero, la presión podría hacer que se convierta en un acuífero confinado.
Los acuíferos pueden clasificarse como porosos o kársticos , donde un acuífero poroso contiene agua en los espacios entre los granos de un sedimento o roca suelta (típicamente arena o arenisca ), mientras que un acuífero kárstico contiene agua principalmente en huecos relativamente grandes en rocas relativamente impermeables. , como la piedra caliza o la dolomita . [14]
Las cuevas llenas de agua se pueden clasificar en activas y relictas: en las cuevas activas el agua fluye a través de ellas; las cuevas relictas no lo hacen, aunque es posible que en ellas se retenga agua. Los tipos de cuevas activas incluyen cuevas de entrada ("en las que se hunde un arroyo"), cuevas de salida ("de las que emerge un arroyo") y cuevas a través ("atravesadas por un arroyo"). [15]
Un embalse es, más comúnmente, un lago, estanque o embalse natural o artificial ampliado creado mediante una presa o esclusa para almacenar agua. Los embalses se pueden crear de varias maneras, incluido el control de un curso de agua que drena un cuerpo de agua existente, la interrupción de un curso de agua para formar una bahía dentro de él, mediante excavaciones o la construcción de muros de contención o diques . Los canales son vías fluviales artificiales que pueden tener presas y esclusas que crean reservorios de flujo de corriente de baja velocidad.
El agua es una sustancia química transparente , insípida , inodora y casi incolora . Su fórmula química es H 2 O, lo que significa que cada una de sus moléculas contiene un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno , conectados por enlaces covalentes . Agua es el nombre del estado líquido del H2O a temperatura y presión ambiente estándar . El agua en la superficie de la Tierra se mueve continuamente a través del ciclo del agua de evaporación , transpiración ( evapotranspiración ), condensación , precipitación y escorrentía , llegando generalmente al mar. El agua rara vez existe en forma pura; casi siempre contiene sustancias disueltas y, por lo general, otras materias en suspensión.
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La densidad del agua es aproximadamente 1 gramo por centímetro cúbico (62 lb/pie cúbico). La densidad varía con la temperatura, pero no de forma lineal: a medida que aumenta la temperatura, la densidad aumenta hasta un máximo de 3,98 °C (39,16 °F) y luego disminuye; esto es inusual. [16] El hielo hexagonal regular también es menos denso que el agua líquida: al congelarse, la densidad del agua disminuye aproximadamente un 9%. [17] Estos efectos se deben a la reducción del movimiento térmico con el enfriamiento, lo que permite que las moléculas de agua formen más enlaces de hidrógeno que evitan que las moléculas se acerquen entre sí. [16] Mientras que por debajo de 4 °C la rotura de los enlaces de hidrógeno debido al calentamiento permite que las moléculas de agua se acerquen a pesar del aumento en el movimiento térmico (que tiende a expandir un líquido), por encima de 4 °C el agua se expande a medida que aumenta la temperatura. [16] El agua cerca del punto de ebullición es aproximadamente un 4% menos densa que el agua a 4 °C (39 °F). [17] [un]
La inusual curva de densidad y la menor densidad del hielo que la del agua son vitales para la vida: si el agua fuera más densa en el punto de congelación, en invierno el agua muy fría de la superficie de los lagos y otras masas de agua se hundiría, el lago podría congelarse. desde abajo hacia arriba, y toda la vida en ellos sería asesinada. [17] Además, dado que el agua es un buen aislante térmico (debido a su capacidad calorífica), es posible que algunos lagos congelados no se descongelan por completo en verano. [17] La capa de hielo que flota en la parte superior aísla el agua que se encuentra debajo. [18] El agua a aproximadamente 4 °C (39 °F) también se hunde hasta el fondo, manteniendo así constante la temperatura del agua en el fondo (ver diagrama). [17]
La densidad del agua de mar depende del contenido de sal disuelta y de la temperatura. El hielo todavía flota en los océanos; de lo contrario, se congelarían desde abajo hacia arriba. El contenido de sal reduce el punto de congelación en aproximadamente 1,9 °C y reduce la temperatura de la densidad máxima del agua hasta el punto de congelación del agua dulce a 0 °C. [19] Esta es la razón por la que, en el agua del océano, la convección descendente de agua más fría no se ve bloqueada por una expansión del agua a medida que se enfría cerca del punto de congelación. El agua fría de los océanos cerca del punto de congelación continúa hundiéndose. Por lo tanto, las criaturas que viven en el fondo de océanos fríos como el Océano Ártico generalmente viven en agua 4 °C más fría que en el fondo de lagos y ríos de agua dulce congelada .
A medida que la superficie del agua de mar comienza a congelarse (a -1,9 °C para una salinidad del 3,5%), el hielo que se forma prácticamente no contiene sal y tiene aproximadamente la misma densidad que el hielo de agua dulce. [19] Este hielo flota en la superficie, y la sal que se "congela" aumenta la salinidad y densidad del agua de mar justo debajo, en un proceso conocido como rechazo de salmuera . Esta agua salada más densa se hunde por convección. Esto produce esencialmente hielo de agua dulce a -1,9 °C en la superficie. [19] A gran escala, el proceso de rechazo de la salmuera y el hundimiento del agua salada fría da como resultado la formación de corrientes oceánicas para transportar dicha agua fuera de los polos, lo que lleva a un sistema global de corrientes llamado circulación termohalina .
La densidad del agua provoca presiones ambientales que aumentan drásticamente con la profundidad. La presión atmosférica en la superficie es de 14,7 libras por pulgada cuadrada o alrededor de 100 kPa. Se produce una presión hidrostática comparable a una profundidad de sólo 10 metros (33 pies) (9,8 metros (32 pies) para el agua de mar). Así, a unos 10 m por debajo de la superficie, el agua ejerce el doble de presión (2 atmósferas o 200 kPa) que el aire a nivel de la superficie.
Cualquier objeto sumergido en agua está sometido a una fuerza de flotación que contrarresta la fuerza de gravedad , lo que parece hacer que el objeto sea menos pesado. Si la densidad total del objeto excede la densidad del agua, el objeto se hunde. Si la densidad total es menor que la densidad del agua, el objeto se eleva hasta flotar en la superficie.
A medida que aumenta la profundidad bajo el agua, la luz solar se absorbe y la cantidad de luz visible disminuye. Debido a que la absorción es mayor para las longitudes de onda largas (extremo rojo del espectro visible ) que para las longitudes de onda cortas (extremo azul del espectro visible), el espectro de color se altera rápidamente al aumentar la profundidad. Los objetos blancos en la superficie aparecen azulados bajo el agua y los objetos rojos aparecen oscuros, incluso negros. Aunque la penetración de la luz será menor si el agua está turbia , en el agua muy clara del océano abierto menos del 25% de la luz superficial alcanza una profundidad de 10 m (33 pies). A 100 m (330 pies), la luz presente del sol es normalmente aproximadamente el 0,5% de la de la superficie. [ cita necesaria ]
La profundidad eufótica es la profundidad a la que la intensidad de la luz cae al 1% del valor en la superficie. Esta profundidad depende de la claridad del agua, ya que se encuentra a sólo unos pocos metros bajo el agua en un estuario turbio, pero puede alcanzar hasta 200 metros en mar abierto. En la profundidad eufótica, las plantas (como el fitoplancton ) no obtienen ninguna ganancia neta de energía a partir de la fotosíntesis y, por lo tanto, no pueden crecer.
Hay tres capas de temperatura del océano: la capa superficial , la termoclina y el océano profundo . La temperatura media de la capa superficial es de unos 17 °C. Alrededor del 90% del agua del océano se encuentra por debajo de la termoclina en las profundidades del océano, donde la mayor parte del agua está por debajo de los 4 °C. [20]
Hay anomalías de temperatura en sitios volcánicos activos y fuentes hidrotermales , donde las temperaturas de las aguas profundas pueden superar significativamente los 100 °C.
El agua conduce el calor unas 25 veces más eficientemente que el aire. La hipotermia , una condición potencialmente fatal, ocurre cuando la temperatura central del cuerpo humano cae por debajo de los 35 °C. Aislar el calor del cuerpo del agua es el objetivo principal de los trajes de buceo y de exposición cuando se utilizan en aguas con temperaturas inferiores a 25 °C.
El sonido se transmite aproximadamente 4,3 veces más rápido en el agua (1.484 m/s en agua dulce) que en el aire (343 m/s). El cerebro humano puede determinar la dirección del sonido en el aire detectando pequeñas diferencias en el tiempo que tardan las ondas sonoras en el aire en llegar a cada uno de los dos oídos. Por estas razones, a los buceadores les resulta difícil determinar la dirección del sonido bajo el agua. Algunos animales se han adaptado a esta diferencia y muchos utilizan el sonido para navegar bajo el agua.
Un ecosistema acuático es un ecosistema en un cuerpo de agua . En los ecosistemas acuáticos viven comunidades de organismos que dependen unos de otros y de su entorno. Los dos tipos principales de ecosistemas acuáticos son los ecosistemas marinos y los ecosistemas de agua dulce . [21]
Los ecosistemas marinos son los más grandes de los ecosistemas acuáticos de la Tierra y se distinguen por aguas que tienen un alto contenido de sal. Las aguas marinas cubren más del 70% de la superficie de la Tierra y representan más del 97% del suministro de agua de la Tierra [22] [23] y el 90% del espacio habitable de la Tierra. [24] Los ecosistemas marinos incluyen sistemas cercanos a la costa, como marismas , marismas , praderas de pastos marinos , manglares , sistemas intermareales rocosos y arrecifes de coral . También se extienden desde la costa para incluir sistemas marinos, como la superficie del océano , las aguas oceánicas pelágicas , las profundidades marinas , las fuentes hidrotermales oceánicas y el fondo marino . Los ecosistemas marinos se caracterizan por la comunidad biológica de organismos a los que están asociados y su entorno físico . Como el océano mundial es el componente principal de la hidrosfera de la Tierra, es parte integral de la vida , forma parte del ciclo del carbono e influye en el clima y los patrones meteorológicos . El Océano Mundial es el hábitat de 230.000 especies conocidas , pero debido a que gran parte de él está inexplorado, el número de especies que existen en el océano es mucho mayor, posiblemente más de dos millones. [25]
Los ecosistemas de agua dulce incluyen lagos y estanques , ríos , arroyos , manantiales , acuíferos , turberas y humedales . Tienen un contenido de sal menor que los ecosistemas marinos. Los hábitats de agua dulce se pueden clasificar según diferentes factores, incluida la temperatura, la penetración de la luz, los nutrientes y la vegetación. Los ecosistemas de agua dulce se pueden dividir en ecosistemas lénticos (aguas tranquilas) y ecosistemas lóticos (agua corriente). [26]
Los ecosistemas acuáticos se caracterizan por la limitación de la iluminación ambiental debido a la absorción por la propia agua y por las materias disueltas y en suspensión en la columna de agua, y por el apoyo que proporciona la flotabilidad. Los nutrientes utilizables por las plantas se disuelven en el agua, lo que los hace fácilmente disponibles. Sin embargo, la interacción de la absorción de luz por el agua, la materia y los propios organismos vivos conduce a condiciones de luz y espectro luminoso muy diferentes dependiendo del ecosistema respectivo y de su profundidad de agua. Esto afecta a la fotosíntesis y a la ecología de las plantas y del fitoplancton . [27] Fuera de la zona eufótica, la fotosíntesis no puede ocurrir y la vida debe utilizar otras fuentes de energía además de la luz solar.
Aunque una serie de actividades humanas se llevan a cabo bajo el agua, como la investigación, el buceo submarino por trabajo o recreación y la guerra submarina con submarinos , el entorno submarino es hostil a los humanos en muchos sentidos y, por lo tanto, poco explorado.
Un obstáculo inmediato para la actividad humana bajo el agua es que los pulmones humanos no pueden funcionar naturalmente en este entorno. A diferencia de las branquias de los peces , los pulmones humanos están adaptados al intercambio de gases a presión atmosférica . Cualquier penetración en el entorno submarino durante más de unos pocos minutos requiere ayudas artificiales para mantener la vida.
Para tejidos sólidos y líquidos como huesos, músculos y sangre, la alta presión ambiental no es un gran problema; pero es un problema para los espacios llenos de gas como la boca , los oídos , los senos paranasales y los pulmones. Esto se debe a que el gas en esos espacios es mucho más comprimible que los sólidos y líquidos, y reduce su volumen mucho más cuando está bajo presión, por lo que no proporciona a esos espacios soporte contra la presión exterior más alta. Incluso a una profundidad de 2,4 m (8 pies) bajo el agua, la incapacidad de igualar la presión del aire en el oído medio con la presión del agua exterior puede causar dolor, y la membrana timpánica (tímpano) puede romperse a profundidades inferiores a 3 m (10 pies). El peligro de daño por presión es mayor en aguas poco profundas porque la relación de cambio de presión es mayor cerca de la superficie del agua. El aumento de presión también afecta a la solución de los gases respirables en los tejidos con el tiempo y puede provocar una serie de efectos adversos, como narcosis por gas inerte y toxicidad por oxígeno . Se debe controlar la descompresión para evitar la formación de burbujas en los tejidos y los consiguientes síntomas de enfermedad por descompresión .
Con algunas excepciones, el ambiente submarino tiende a enfriar el cuerpo humano desprotegido. Esta pérdida de calor generalmente conducirá eventualmente a hipotermia.
Existen varias clases de peligros para los humanos inherentes al entorno submarino.
En el buceo a presión ambiental, el buzo está expuesto directamente a la presión del agua circundante. El buceador a presión ambiental puede bucear con apnea o usar aparatos de respiración para buceo o buceo con suministro de superficie , y la técnica de buceo de saturación reduce el riesgo de enfermedad por descompresión (EDC) después de inmersiones profundas de larga duración. La inmersión en agua y la exposición a agua fría y alta presión tienen efectos fisiológicos en el buceador que limitan las profundidades y la duración posible en el buceo a presión ambiental. La resistencia a la respiración es una limitación grave y respirar a una presión ambiental elevada añade más complicaciones, tanto directa como indirectamente. Se han desarrollado soluciones tecnológicas que pueden ampliar en gran medida la profundidad y la duración de las inmersiones humanas a presión ambiental y permitir realizar trabajos útiles bajo el agua. [28]
Un buzo puede aislarse de la presión ambiental utilizando un traje de buceo atmosférico (ADS), que es un pequeño sumergible antropomórfico articulado para una sola persona que se asemeja a una armadura , con elaboradas juntas resistentes a la presión para permitir la articulación mientras se mantiene una presión interna de una atmósfera. Un ADS se puede utilizar para inmersiones relativamente profundas de hasta 2300 pies (700 m) durante muchas horas y elimina la mayoría de los peligros fisiológicos importantes asociados con el buceo profundo; el ocupante no necesita descomprimirse, no hay necesidad de mezclas de gases especiales, ni hay peligro de enfermedad por descompresión o narcosis por nitrógeno , y el buzo está efectivamente aislado de la mayoría de los organismos acuáticos. [29] Los buzos ni siquiera necesitan ser nadadores expertos, pero la movilidad y la destreza se degradan significativamente.
Un sumergible es una pequeña embarcación diseñada para operar bajo el agua. El término sumergible se utiliza a menudo para diferenciarse de otros buques submarinos conocidos como submarinos , en que un submarino es una embarcación totalmente autónoma, capaz de renovar su propia energía y respirar aire, mientras que un sumergible suele estar sostenido por un buque de superficie, plataforma, costa. equipo o, a veces, un submarino más grande. Hay muchos tipos de sumergibles, incluidas naves tripuladas y no tripuladas, también conocidos como vehículos operados a distancia o ROV. [30]
Los vehículos submarinos operados remotamente y los vehículos submarinos autónomos forman parte de un grupo más amplio de sistemas submarinos conocidos como vehículos submarinos no tripulados . Los ROV están desocupados, generalmente son muy maniobrables y operados por una tripulación, ya sea a bordo de una embarcación/plataforma flotante o en tierra próxima. Están conectados a un barco anfitrión mediante una correa de flotación neutra, o se utiliza un cable umbilical de transporte de carga junto con un sistema de gestión de correas (TMS). El cable umbilical contiene un grupo de conductores eléctricos y fibra óptica que transportan señales de energía eléctrica, video y datos entre el operador y el TMS. Cuando se utiliza, el TMS luego transmite las señales y la energía para el ROV a través del cable de sujeción. Una vez en el ROV, la energía eléctrica se distribuye entre los componentes del ROV. En aplicaciones de alta potencia, la mayor parte de la energía eléctrica impulsa un motor eléctrico de alta potencia que impulsa una bomba hidráulica para propulsión y para alimentar equipos. La mayoría de los ROV están equipados con al menos una cámara de vídeo y luces. Comúnmente se agrega equipo adicional para ampliar las capacidades del vehículo. Los vehículos submarinos autónomos (AUV) son robots que viajan bajo el agua sin necesidad de intervención de un operador. Los planeadores submarinos son una subclase de AUV. [31]
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