hidrosfera

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HIDROSFERA
Água é a substância mais abundante no planeta
Superfície da Terra 
510 x 106 km2
Superfície coberta por água e gelo
327,5 x 106 km2
Terra planeta azul
310 x 106 km2 oceanos
15 x 106 km2 geleiras
2,5 x 106 km2 rios e lagos
ÁGUA ESSENCIAL
À VIDA
FOTOSSÍNTESE
CO2 + H2O biomassa
CORPO HUMANO
~ 80% de água
Importante atuação nos processos
geológicos de superfície (erosão,
transporte e sedimentação
CICLO DA ÁGUA
Volume total de água
é relativamente constate
119.000 km3/ano
precipitação sobre continentes
72.000 km3/ano
evapotranspiração
47.000 km3/ano
circulam pelo planeta
Águas superficiais
Águas subterrâneas
Excedente hídrico
Distribuição das regiões secas e úmidas do planeta
(clima e fisiografia parâmetros importantes na repartição)
Bacia Amazônica - 16% da água doce do planeta
Regiões semi-áridas - 40% da superfície continental
2% de todo o escoamento superficial
Brasil, Rússia, EUA, Canadá,
China, Indonésia, Índia, 
Colômbia e Peru
60% do total de água doce
> 26.800 km3/ano
Aplicação prática 
do ciclo das águas
Avaliar e monitorar a 
quantidade de água 
disponível na superfície 
da Terra
Bacia hidrográfica
Utilização dos recursos hídricos
Balanço Hídrico
Unidade geográfica para estes
estudos
P - E - Q (± ∆S) = O
Expressão básica da hidrologia
SISTEMAS DE ÁGUAS 
SUPERFICIAIS
Sistemas de águas
superficiais
Corregos
Rios
Lagos
Lagoas
Terrenos alagados 
cada um dos sistemas
comporta um complexo
ecossistema com forte
interdependência com
a vida animal e vegetal
atividades
antrópicas
poluem
degradam
Canais de drenagem
Corpos isolados
Alimentados pela água 
da chuva e degelo
Repartição de águas doces
Continente Volume % total
km3
Europa 76 3,8
Ásia 533 27
África 184 9,2
A. Norte 236 12
A. Sul 946 47
Austrália 24 1,2
Total 1999 100
Repartição desigual no planeta
Devido ao crescimento 
Populacional a demanda excede 
a quantidade disponível em muitas
partes do mundo
Distribuição das águas superficiais
Papel do clima nas descargas dos rios
Precipitação
Temperatura
Quantidade de água 
disponível para a 
descarga de um rio
Descarga = volume de água que 
passa em um dado pon
to no canal do rio por
unidade de tempo
Depende de 3 fatores:
área drenada acima do ponto
precipitação acima do ponto
perda d’água na bacia
Processos fluviais
Rios têm capacidade de modelar e modificar a paisagem:
Carreando solos e sedimentos
Formando cachoeiras
Escavando canions (canhão)
Depositando sedimentos
Competência de um rio Habilidade em transportar partículas
Capacidade de um rio Volume de sedimentos transportados
Aluvião Conjunto de sedimentos depositados por um rio
Cascalhos, areias, siltes e argilas
energia
Dependendo da energia do rio e da natureza do material geológico:
Existem 4 padrões básicos de canais
retilíneo
meandrante
entrelaçado
anastomosado
Retilíneos - pequenos seg-
mentos de drenagem e 
distributários deltáicos
Entrelaçados - regiões 
secas periglaciais e 
desérticas
Meandrantes - regiões 
úmidas
Anastomosados - regiões
úmidas
Riscos de inundação e sua minimização
Desde os primórdios da
humanidade, as pessoas
selecionam as margens dos
rios e lagos para habitarem
Água potável
Vias de comunicação
Solos férteis
Riscos de inundações
Inundações
geralmente destrutivas (rio Tiete/São Paulo)
por vezes benéficas (rio Nilo/Egito)
descarga elevada excede
capacidade do canal
Inundações
Fatores naturais (chuvas, lavas e degelo)
Fatores antrópicos (ruptura de barragens)
reguladas
Obras de engenharia
Diques marginais
Barragem de contenção
Retificação de canais
Canalização de rios
minimizam
efeitos da inundação
Por vezes podem 
apresentar inconvenientes
Diques marginais - assoreamento do canal
Barragem - retém sedimentos, modificam
ecossistemas, alagam áreas 
produtivas, destroem sítios tu-
rísticos e arqueológicos
Retificação - aumenta velocidade de fluxo
São Paulo - apesar da retificação, o problema está longe de ser resolvido
Rio Ribeira de Iguape - problema criado pela retificação do rio nas sua foz 
Planejamento adequado
da ocupação territorial 
em áreas inundáveis
Minimizar racionalmente
efeitos da inundação
� Identificação de áreas de 
risco
� regras especificas para o 
uso do solo
Recursos de água superficial e proteção
ÁGUA DOCE
∗ recurso natural insubstituível
∗ necessário à vida
∗ não pode ser trocada por ino-
vações tecnológicas
Devido ao seu ciclo - recurso natural renovável
“Planeta água” está passando sede
dezenas de milhões de pessoas consomem < 5L/dia
Apenas 1% da água doce
é recurso aproveitável 0,007% da água total da Terra
cerca de 80 países (40% dos habitantes da Terra) carência de água
Escassez de 
água Problema alarmante
Parte dessa água
disponível não é 
de boa qualidade
4,6 milhões de crianças (<5 anos) morrem
anualmente de diarréia - água não potável
1/2 bilhão de pessoas possuem tracoma
Saneamento básico e água potável reduzir em 75% taxas de mortalidade
Crise mundial da água
(1972- Estocolmo)
Demanda de água para uso
doméstico reduzida
Agricultura
Industria
Irrigação em países áridos centenas de milhares de L/pessoa/dia
Efluentes de estação de
tratamento de esgoto
(fertirrigação)
Águas 
servidas
Catástrofes ecológicas
relacionadas à 
poluição das águas
superficiais
1970
Clean Water Act
(descarga zero)
� rede de esgoto (emissários)
� prevenir a erosão do solo
� limitar o uso de pesticida e 
inseticida em áreas de lazer
� tornar os rios piscosos e 
aptos para a natação
SISTEMAS DE ÁGUAS SUBTERRÂNEAS
Água subterrânea:
Fração de água de precipitação que se infiltra no subsolo.
É a água que ocupa os vazios (poros) em formações rochosas ou
ou nos regolitos
Distribuição 
de água no 
subsolo
Infiltração Processo mais importante na alimentação (recarga) de
água no subsolo
Volume e velocidade 
de infiltração depende
de vários fatores
Ocupação do solo: urbanização e desmatamento
Tipo de materiais terrestres: porosidade e 
permabilidade
Cobertura vegetal: favorece a infiltração
Topografia: inclinação favorece escoamento
Precipitação: distribuição é essencial
Distribuição e movimento da água no subsolo
Além da força gravitacional e das características dos 
materiais, o movimento da água no subsolo é 
controlado pela Tensão superficial (força de atração molecular)
De acordo com a facilidade
de movimentação a água 
pode ser classificada:
gravitacional
capilar
higroscópica
Água gravitacional
escoa livremente
Água capilar
retida pela tensão 
superficial movimen-
ta-se lentamente
Água higroscópica
retida fortemente,
não se movimenta
Capacidade de campo
volume de água ab-
sorvida pelo solo,
antes de atingir a
saturação e que não 
sofre movimento para
os níveis inferiores
Nível freático � separa zona saturada da não saturada
� em geral acompanha o modelado do terreno
� em áreas com alta pluviosidade é mais raso
� em áreas mais áridas é geralmente profundo
� nos fundos dos vales é mais raso
� nas cristas é sempre mais profundo
� quando intercepta a superfície ocorrem nascentes
Nível freático tem estreita relação com os rios (efluentes e influentes)
Porosidade e estoque de água subterrânea
Porosidade = volume de poros/volume total do material
Porosidade primária (intergranular)
Porosidade secundária (fraturas)
Porosidade de condutos (cárstica)
MATERIAL POROSIDADE
%
Sedimentos
Cascalho grosso 24 -36 
Cascalho fino 25 - 38 
Areia grossa 31 - 46 
Areia fina 26 - 53 
Silte 34 - 61 
Argila 34 - 60Rochas sedimentares
Arenito 5 - 30 
Siltito 21 - 41 
Calcário 0 - 50 
Folhelho 0 - 10 
Rochas cristalinas
Xisto fraturado 30 - 38 
Rocha cristalina fraturada 0 - 10 
Rocha cristalina compacta 0 - 5 
Basalto 3 - 35 
Granito alterado 34 - 57 
Permeabilidade e fluxo de água subterrânea
Permeabilidade = propriedade que determina fluxo da água através 
dos poros
depende do tamanho dos poros e da conexão 
existente entre eles 
Material Tamanho das partículas Porosidade Permeabilidade
(mm) (%)
Cascalho 7 a 20 35,2 muito alta
Areia Grossa 1 a 2 37,4 alta
Areia Fina 0,3 42 alta a média
Silte e argila 0,04 a 0,006 50 a 80 baixa a muito baixa
Fluxo de água no
subsolo é
controlado
Força gravitacional
Força de atração molecular
Diferença de pressão entre dois pontos
exercida pela coluna de água e
pelas rochas adjacentes
Potencial hidráulico
Lei de Darcy - lei fundamental da hidrologia de meios porosos
v = K (h1 - h2)/d
(h1 - h2)/d = gradiente hidráulico
K = permeabilidade
Lei de Darcy permite determinar
o fluxo de água subterrânea de
uma região pela condutividade
hidráulica medida em laboratório
Ex: porosidade = 30%
permeabilidade= 60m/dia
gradiente hidráulico= 1m por 1000m
v = (60 m/dia x 1 m) (1000 m x 0,3)
0,2 m/dia ou 73 m/ano
Lei de Darcy
v = K (h1 - h2)/d
No fluxo de água subterrânea são importantes: 
inclinação do nível de água
permeabilidade do subsolo
viscosidade da água
Experimento de Darcy: medida da vazão de água (Q) em 
um cilindro preenchido por material arenoso, 
para diferentes gradientes hidráulicos
Velocidade de fluxo pode ser medida por traçadores: corantes 
isótopos, etc
Materias permeáveis 
(areia e cascalho)
0,5 e 15 cm/dia até 100m/dia
Aqüíferos
Unidades rochosas ou sedimentos porosos
e permeáveis que armazenam e transmitem
volumes significativos de água subterrânea,
passíveis de serem explorados
Tipos de aqüíferos
Aqüíferos livres - topo demarcado pelo nível freático (em contato 
com a atmosfera
Aqüíferos suspensos - acumulações de água na zona insaturada, 
formando níveis lentiformes acima do nível
freático
Aqüíferos confinados - situa-se entre duas camadas ou unidades
pouco permeáveis ou impermeáveis.
Normalmente a água se encontra sob
pressão (da própria coluna de água)
Aqüíferos – (latim = carregar água): unidades rochosas ou 
sedimentos porosos e permeáveis que armazenam
e transmitem volumes significativos de água 
subterrânea e passíveis de serem explorados
Artesianismo
Aqüíferos confinados
sob certas condições
geológicas podem dar
origem ao artesanismo
Água sob
pressão jorra
Química das águas subterrâneas
Chuva, gelo e águas superficiais Pouca substâncias dissolvidas
Atividades humanas (queima de combustíveis)
Eventos geológicos (gases vulcânicos) 10 a 20 mg/L
solo
Chuva sedimentos 
rochas
Carga aumenta (centenas de vezes)
Aumento da profundidade e tempo composição química varia
(Fonte das águas subterrâneas)
Água subterrânea como
recurso
1,5 bilhões de pessoas
consomem
água subterrânea
97% da água doce
baixo custo
fácil obtenção
boa qualidade
Impacto das atividades antrópicas nos recursos
hídricos subterrâneos
Recurso abundante, porém
distribuído de forma heterogênea
Condições climáticas e
geológicas da área
� Clima úmido favorece a recarga
� Porosidade e permeabilidade da 
rocha definem a capacidade do
aqüífero em transmitir, armazenar
e fornecer água
exploração
controlada
bombeamento de um 
poço provoca descida
nos níveis do aqüífero. 
Porém ocorre equilíbrio 
em função do balanço
entre extração e recarga
Superexploração
do aqüífero
(i) redução da capacidade produtiva do poço
aumentando o custo do bombeamento
(ii) indução de fluxos laterais de águas
salinas, em regiõpes costeiras
(iii) drenagem dos rios ou de outros corpos 
de água superficial, pelo rebaixamento
do nível hidráulico do aqüífero
(iv) subsidência do terreno, com danos para 
as edificações e rede de esgoto
Redução da capacidade 
produtiva
Crescimento desordenado de cidades
tem provocado maior uso e queda
importante nos níveis dos aqüíferos:
Léon-Guanajuato - 90 m entre 1960
e 1990; continua caindo 1 a 5m/ano
Intrusões de água 
salgada
Áreas costeiras - aqüíferos descarregam
suas águas no mar. Existe um equilíbrio
dinâmico entre água doce e água salgada.
Bombeamento intenso rompe este equi-
líbrio e água do mar invade o aqüífero
Subsidência
Exploração desordenada pode levar
à subsidência do terreno. Duas pressões
atuam sobre o aqüífero: hidrostática
e tensão efetiva
Intrusão salina
Relação entre água 
subterrânea e água do 
mar em área de des-
carga de um aqüífero 
livre.
A extração de água
subterrânea da linha
da costa acaba por
criar o avanço da água 
salgada em subsuper-
fície
Cajamar (agosto 1986) - Várias casas foram destruídas pela formação
de uma grande cratera de 29m de diâmetro e 18 de profundidade: zona calcária,
com cavidades internas (relevo cárstico); exploração de água e estiagem pro-
vocou o rebaixamento do nível freático abaixo da zona de cavidades; colapso
BRASIL
Não havia regulamentação - dono da terra era proprietário do recurso
Constituição de 1988 - regulamentou sua utilização, pois a proprie-
dade deste bem natural passou para o Estado
Hoje, dispositivos legais permitem ao Estado gerenciar a reserva
hídrica subterrânea
Poluição das águas subterrâneas
Em geral qualidade química
das águas subterrâneas é boa
para consumo humano
Contaminação pode
colocar em risco a
saúde ou o bem estar
de uma população
Poluição
inorgânicos
nitratos doméstico
agricultura
orgânicos
metais 
pesados
organismo
patogênicos
industrial
halogenados
hidrocarbonetos
bactérias e virus doméstico
industrial
industrial
Nitratos - grande mobilidade e alta persistência em condições aeróbias
(fontes: fossas e fertilizantes nitrogenados)
Metais pesados - baixa mobilidade em ambientes naturais (Eh e pH 
podem modificar comportamento)
Orgânicos - altamente tóxicos e persistentes, imiscíveis na água. São 
mais ou menos densos que a água e podem causar danos 
irreparáveis aos aqüíferos. Por vezes sua remoção é quase 
impossível (materiais argilosos). Problema: formam em 
geral uma grande pluma de contaminação
Organismos Patogênicos - contagem de coliforme fecais indicador de 
contaminação recente. Em águas subterrâneas não é muito
eficaz; tempo de residência de apenas 1 semana, contra
mais de 200 dias para alguns vírus patogênicos (ovos de
helmintos)
Mecanismos naturais podem 
por vezes contaminar
aqüíferos
Interação água/rocha
Fe, Mn, F
(As, Cr, Cd, Ni, Co)
F (em certos poços do aqüífero Guarani)
Solo atenua ação de certos
poluentes
Perfil de degradação (solo, zona não saturada e saturada). A espessura
da linha corresponde a maior ou menor atuação do processo indicado
Principais causas 
antrópicas
da poluição dos 
aqüíferos
� Sistemas “in situ” (fossas sépti-
cas, latrinas, fossas ventiladas e
secas)
� adequados - pequenas vilas e 
zonas rurais
� Elevadas concentrações de car-
bono orgânico, cloreto, nitrogênio,
sódio, magnésio, sulfato e alguns 
metais (Fe,Zn, etc)
� microorganismos patogênicos em
altas concentrações
� maiores riscos - nitrogênio e 
patógenos
Áreas urbanas sem rede de esgoto
Atividades industriais e domésticas - efluentes
Efluentes líquidos e gasosos
resíduos sólidos e
matérias primas
Contaminam aqüífero 
quando depositados
incorretamente
Não existe relação direta entre poluição 
industrial nas águas superficiais e sua 
contribuição para a poluição das águas 
subterrâneas 
Efluente com altos valo-
res de DBO provoca mor-
talidade de peixes, mas 
não afeta águas subter-
râneas (efeito filtro do solo)
Prática utilizada - lagoas com fundo impermeabilizado (natural ou artifi-
cialmente) para estocagem, manuseio, evaporação, se-
dimentação e oxidação dos efluentes
Atividades industriais - resíduos sólidos
Resíduos sólidos
e
matérias primas
Contaminam aqüífero 
quando depositados
incorretamente
Muito comum a presença de metais pe-
sados, substâncias tóxicas e solventes 
orgânicos. Chorume - líquido que per-
cola do lixo tem provocado sérios 
problemas
Construção de aterros
sanitários é uma boa 
solução, desde que siga
a legislaçãm em vigor
Estocagem é sempre onerosa - procura-se usos sustentáveis. 
Ex: biossólidos em solos para fins agrícolas (condicionador de
solo ou fertilizante)
Atividades agrícolas
Solos pobres e pouco produtivos
com uso de fertilizantes inorgânicos
passaram a ter excesso de nutrientes
(sais, compostos nitrogenado)
Uso de agrotóxicos (her-
bicidas, inseticidas, fun-
gicidas, acaricidas, etc)
Atividades agrícolas - uma das atividades mais difícies de
serem avaliadas em termos de riscos
riscos hidrológicos
Mineração
� minerais metálicos
� petróleo
� gás natural
� substâncias não metálicas
muito solúveis
Proteção das águas subterrâneas
Uso intensivo e extensivo - programas de proteção) 
Contaminação do aqüífero por substância tóxicas e 
persistentes pode torna-lo irrecuperável em sua qualidade.
Preservar custa muito menos do que recuperar
quantidade
qualidade
Existem normas de proteção em muitos países. No Brasil 
elas são ainda muito incipientes
Preservando a quantidade da água subterrânea
Estabelecer o balanço entre recarga
e volume total explotável
controlar a perfuração de poços
controlar regime de extração
evitar o rebaixamento
reservas
Reserva permanente - volume total de água que pode
ser extraído do aqüífero usando técnicas normais de
bombeamento
Reserva dinâmica (reguladora) - volume de recarga do 
aqüífero
Reserva explotável - fração da reserva reguladora 
(25 a 75%) cuja exploração não afeta o recurso
Preservando a qualidade da água subterrânea
Duas grandes estratégias
Ocupação do terreno a partir de 
mapas de vulnerabilidade à poluição
estabelecer zonas ao redor dos poços 
com diferentes graus de restrição de
ocupação
Perímetro de Proteção do Poço (PPP) -