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TEMA 4: LA HIDROSFERA
CTMA 2º BACHILLERATO
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LORENZO
ÍNDICE:
1. CONCEPTO HIDROSFERA
2. ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DEL AGUA
3. CARACTERÍSTICAS AGUAS OCEÁNICAS Y CONTINENTALES
4. EL CICLO HIDROLÓGICO
5. DINÁMICA DE AGUAS OCEÁNICAS
6. DINÁMICA DE AGUAS CONTINENTALES
7. SISTEMAS LITORALES
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1.- CONCEPTO HIDROSFERA
• DEF. “Capa de agua que rodea la Tierra”
• DEF 2. “Subsistema terrestre constituido por el conjunto del agua en sus tres estados: líquido, sólido y gaseoso.”
LÍQUIDO Aguas subterráneas
Mares y océanos
Ríos
Lagos
SÓLIDO Glaciares
Casquetes polares
GASEOSO Vapor
Nubes
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ORIGEN de la Hidrosfera:
• Hace unos 4500 m.a. la temperatura de la Tierra descendió tanto que se produjo la condensación del vapor de agua atmosférico en forma de lluvias torrenciales, que comenzaron a llenar las depresiones en la superficie terrestre.
• Se consolidó un PROTOCÉANO caliente (30-60ºC) y de carácter ácido debido a la elevada concentración de ácido carbónico (H2CO3) (debido a la disolución del CO2 atmosférico).
• Hipótesis recientes: casi todo el agua del planeta procede de un intenso bombardeo cometario. (“Origen extraterrestre”)
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DISTRIBUCIÓN MARES y OCÉANOS 97,18%
AGUAS
CONTINENTALES Glaciares 2,2 %
Subterráneas 0,6 %
Superficiales 0,017%
ATMÓSFERA 0,001%
BIOSFERA 0,0005%
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2.- ESTRUCTURA • H2O : Dos átomos de hidrógeno y
un átomo de oxígeno
• Ángulo de 104,5º
• Enlaces covalentes
• Electrones de enlace asimétricamente: región electropositiva y región electronegativa
• CARÁCTER DIPOLAR: enlaces de hidrógeno Red tridimensional
• Sustancia LÍQUIDA A TEMPERATURA AMBIENTE
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2.- PROPIEDADES DEL AGUA Dicha estructura le confiere las siguientes propiedades características:
• ELEVADO CALOR ESPECÍFICO – 1 cal/g: energía necesaria para elevar 1ºC la
temperatura de 1 g de agua. FUNCIÓN TERMORREGULADORA: absorbe mucha energía sin variar fácilmente su temperatura.
– Regiones costeras: en verano absorbe mucha energía que libera en invierno.
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• ELEVADO CALOR LATENTE DE VAPORIZACIÓN Y FUSIÓN
– Absorbe o libera mucha energía al cambiar de estado: • 540 cal/g (+ para vaporización) (- para
condensación)
• 80 cal/g (+ para fusión) (- para solidificación)
– BUEN REFRIGERANTE: evapotranspiración.
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AGUA: ÚNICA SUSTANCIA PRESENTE EN LOS TRES ESTADOS DE LA MATERIA EN LA SUPERFICIE TERRESTRE.
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(…) PROPIEDADES DEL AGUA
• DENSIDAD MÁXIMA A 4ºC
– En general, al aumentar la Tª, disminuye la densidad.
– De 0ºC a 4ºC: ANOMALÍA!! Al aumentar la Tª hasta los 4ºC, la densidad aumenta (MÁX.)
– Densidad del agua líquida> Densidad hielo
– Masas de hielo flotan AISLANTE TÉRMICO EN ECOSISTEMAS ACUÁTICOS
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DENSIDAD EN EL AGUA PURA
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(…) PROPIEDADES DEL AGUA:
• POLARIDAD DEL AGUA – Molécula polar: densidad de carga + en H y –
en la zona del oxígeno.
– Introducirse en compuestos iónicos y/o no iónicos con grupos polares.
– El líquido capaz de disolver mayor número de sustancias. DISOLVENTE UNIVERSAL
– Reacciones metabólicas
– AGUA SALINA: agua con soluto NaCl
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SAL EN ESTADO SÓLIDO: NaCl
Na+ y Cl-
DISOLUCIÓN DE SAL EN AGUA
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3.- CARACTERÍSTICAS DE LAS AGUAS CONTINENTALES Y OCEÁNICAS
Se caracterizan por los siguientes parámetros físico-químicos:
• SALINIDAD
• ACIDEZ
• TEMPERATURA
• DENSIDAD
• ILUMINACIÓN
• GASES
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• SALINIDAD – En aguas oceánicas: NaCl y otras sales procedentes de
la erosión superficial.
– En a. continentales:
• Aniones: carbonato, hidrogenocarbonato, sulfato, cloruro
• Cationes: sodio, potasio, calcio, magnesio
– Salinidad media océanos: 35g/l MAR
MUERTO
226 g/l
MAR
ROJO
40g/l
MEDITE
RRÁNEO
38 g/l
BÁLTICO 10-5 g/l
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COMPONENTES DE 1 KG DE AGUA OCEÁNICA
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• (…) SALINIDAD:
– HALOCLINA: En un perfil vertical del océano, es aquella región en que se experimenta un cambio brusco en los valores de salinidad.
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• TEMPERATURA: – TERMOCLINA: “En una
columna vertical, aquella franja en la que se observa un cambio brusco en los valores de la Temperatura”
– Las aguas profundas presentan homogeneidad térmica, a diferencia de las superficiales.
– Variación de perfiles: clima, latitud, salinidad…
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• (…) TEMPERATURA: En general, se distinguen tres
regiones en una columna vertical:
• EPILIMNION: superficial, tª cálida y variaciones acordes a las atmosféricas
• TERMOCLINA: en general, la tª baja bruscamente e impide la mezcla entre las zonas superior e inferior
• HIPOLIMNION: tª frías y constantes. Zona profunda.
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• DENSIDAD:
– Depende de la temperatura y salinidad
– - T + densidad (excepto:0-4ºC)
– + salinidad + densidad
– Influyen en la dinámica interna de los océanos: CORRIENTES MARINAS PROFUNDAS
• GASES:
– Oxígeno:
• + T - concentración
• Aguas agitadas, frías y org. Fotosintéticos: más oxigenadas.
– Dióxido de carbono:
• Muy soluble, abundante en el agua.
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• ILUMINACIÓN:
– Factores: inclinación rayos de sol, turbidez.
– Las ondas electromagnéticas se propagan mejor en el vacío, y su velocidad se reduce cuando aumenta la densidad.
– Rad. VIS mayor profundidad que las UV e IR.
– ZONA FÓTICA: fotosintéticos.
– ZONA AFÓTICA: heterótrofos y quimiosintéticos.
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Las ondas electromagnéticas se propagan mejor en el vacío, y su velocidad se reduce cuando aumenta la densidad.
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100 METROS
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Disco de Secchi: mide la turbidez del agua
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4.- EL CICLO HIDROLÓGICO
• El agua del planeta está en continuo movimiento, de manera que se conectan todos los sistemas acuáticos con la atmósfera, geosfera y biosfera.
• El agua fluye de unos sistemas a otros configurando un SISTEMA CERRADO.
• MOTOR DEL CICLO: enegía solar y gravedad • Consta de dos fases:
– CICLO INTERNO – CICLO EXTERNO
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(…) CICLO INTERNO
• Agua juvenil (de origen magmático) sale a
la superficie y se mezcla con las del ciclo externo.
• ¿Quién lo mueve? Calor del interior terrestre y diferencia de densidad de los materiales.
• Sale de la litosfera por: volcanes, dorsales
• Se incorpora a la litosfera: zonas de subducción.
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(…) CICLO EXTERNO • ¿Cuál es el motor?
– ENERGÍA SOLAR: Evaporación y evapotranspiración.
– GRAVEDAD: Precipitaciones, escorrentía e infiltración.
• ¿Dónde se desarrolla?
– Atmósfera
– Superficie terrestre
• ¿IMPORTANCIA? Regula temperatura, transporta materia y energía, modela el
paisaje, traslada sedimentos hasta las cuencas sedimentarias.
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FASES DEL CICLO HÍDRICO
• EVAPORACIÓN NUBES
• PRECIPITACIÓN
• ESCORRENTÍA (ríos, lagos, torrentes) e INFILTRACIÓN (escorrentía subterránea y acuíferos)
• EVAPORACIÓN y EVAPOTRANSPIRACIÓN (seres vivos) NUBES
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• EVAPORACIÓN: paso de agua líquida a gaseosa.
• EVAPOTRANSPIRACIÓN: paso de vapor de agua a la atmósfera por la actividad metabólica de los seres vivos.
• CONDENSACIÓN: paso de vapor a líquido. (nubes)
• PRECIPITACIÓN: microgotas de agua se unen entre sí y generan otras mayores que caen por gravedad a la superficie, en forma de nieve, lluvia o granizo.
• ESCORRENTÍA SUPERFICIAL: el agua de lluvia que cae sobre la superficie de los continentes discurre impulsada por la gravedad (curso de agua).
• ESCORRENTÍA SUBTERRÁNEA: el agua de lluvia puede infiltrarse en el subsuelo y discurrir por él o almacenarse (acuíferos).
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FLUJOS ANUALES entre reservorios: (miles km3/año)
ENTRADAS SALIDAS BALANCE
CONTINENTE
110 70 40
OCÉANO 385 425 -40
• Océanos: más evaporación que lluvia.
• Continentes: más lluvia que evaporación La escorrentía compensa el BALANCE HÍDRICO negativo de los océanos.
BALANCE CONTINENTE-OCÉANO: (40-40)= 0
EQUILIBRIO
LA ESCORRENTÍA EQUILIBRA AMBOS SUBSISTEMAS
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5.- DINÁMICA DE AGUAS OCEÁNICAS
Los vientos, las diferencias de densidad (temperatura y salinidad) y las fuerzas
gravitatorias originan una serie de movimientos en el mar:
A. LAS OLAS B. LAS CORRIENTES MARINAS C. LAS MAREAS
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5.1.- LAS OLAS DEF. “Son
movimientos ondulatorios de la superficie oceánica que se generan por el viento y se propagan según su dirección”
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(…) LAS OLAS • FUERZAS QUE LO ORIGINAN
– El viento superficial y la gravedad. – Una erupción volcánica o movimiento sísmico
• CÓMO SE GENERAN – Parte de la energía eólica se transmite a las partículas de agua
superficiales, provocando un MOVIMIENTO CICLOIDAL (circular con un pequeñísimo desplazamiento en la dirección del viento) .
– El movimiento cicloidal es menor a mayor profundidad, y se anula en una línea imaginaria denominada “nivel de base”.
– Cuando este nivel se aproxima a la costa: la cresta aumenta su altura y velocidad.
– Fondo muy somero: la cresta adelanta a la base de la ola, la ola rompe y libera la energía contenida. (“zona de batida”)
– ENERGÍA DEL OLEAJE ALTERNATIVA
– ** OLAS GIGANTES provocadas por seísmos: TSUNAMIS
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LA PROFUNDIDAD DE ACCIÓN DE UNA OLA ES DE λ/2, por debajo se atenúa el movimiento cicloidal.
λ/2
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• La parte más alta de una ola es su cresta, y la parte más profunda de la depresión entre dos olas consecutivas se llama valle o seno.
• A la distancia entre dos crestas se le denomina longitud de onda (λ)
• A la diferencia de altura entre una cresta y un valle se le llama altura de la ola.
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LA OLA SE ROMPE
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MAPA DE APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO DEL OLEAJE
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EFECTOS DE LAS OLAS: • Vaivén de las aguas sobre
la playa movimiento de
cantos y arenas.
• Acumulación de arena en la línea de costa: playas de arena.
• Al golpear en un acantilado excavación
de la base (posible desplome y retroceso).
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Tsunami Japón 11 de marzo 2011 • Terremoto 8,9 (escala
de Richter).
• Olas de hasta 9,7 m de altura
• Energía liberada: 600 millones de veces la de la bomba de Hiroshima.
• VÍCTIMAS:
– 20,896 muertos, 3.084 desaparecidos y 6.025 heridos
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5.2.- CORRIENTES MARINAS
• DEF. Cursos de agua con distinta T, salinidad y densidad, que se desplazan por la superficie o el interior de los mares y océanos.
• ¿Fuerzas que lo originan?
– Vientos
– Movimiento de rotación terrestre
– Diferencias de densidad (por T y salinidad)
• Pueden ser: SUPERFICIALES y PROFUNDAS
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CORRIENTES SUPERFICIALES • Se deben a vientos constantes y rotación terrestre.
• Afectan a los primeros 400 m • EFECTO CORIOLIS afecta a la trayectoria general:
– Desde polos a ecuador: Hacia el oeste (HN)
– Desde ecuador a polos: Hacia el este (HN)
• Si no hubiese continentes se seguiría el patrón general de los vientos, no obstante este es el esquema general de referencia.
• En cuencas oceánicas, FLUJOS CIRCULARES que forman dos células por hemisferio. – GIRO POLAR: ANTIHORARIO
– GIRO SUBTROPICAL: HORARIO**
** Cambia según el hemisferio considerado
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GIRO POLAR Y GIRO SUBTROPICAL
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CORRIENTES DE COSTA OESTE
-Corriente del Golfo
-Corriente de Brasil CORRIENTES
CÁLIDAS
CORRIENTES DE COSTA ESTE
-Corriente de Canarias.
-Corriente de Benguela
-Corriente de Perú
-Corriente de California
CORRIENTES FRÍAS
LAS CORRIENTES SUPERFICIALES PUEDEN SER: CÁLIDAS (transportan calor hacia las latitudes altas) y FRÍAS (enfrían las
latitudes más bajas)
EN ZONAS TEMPLADAS:
• Costa oriental de continentes: ARIDEZ (la humedad se la llevan los alisios).
• Costa occidental de continentes: MÁS LLUVIOSA.
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• Cerca del ecuador se observan:
– Corriente norecuatorial
– Contracorriente ecuatorial
– Corriente sudecuatorial
• Tiende a acumularse agua en el oeste, por lo que retorna hacia el este mediante la Contracorriente Ecuatorial.
• LATITUDES BAJAS: la zona este recibe corrientes del mar con humedad LLUVIA
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Efectos de las corrientes superficiales:
• Regulación del clima de las áreas costeras:
– Latitudes medias: costa occidental mucho más lluviosa que la oriental.
– Latitudes bajas: costa este lluviosa.
• Modelado de las costas: forma cordones litorales y cierra bahías.
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CORRIENTES PROFUNDAS:
• Son desplazamientos de corrientes oceánicas originadas por diferencias de DENSIDAD – + fría + densa
– + salina + densa
• Se conoce como CIRCULACIÓN TERMOHALINA: a la circulación global de las corrientes oceánicas profundas.
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(…) Corrientes profundas
• Cuando el agua es muy densa (p.e. fuerte enfriamiento de las capas superficiales), se hunde y discurre horizontalmente bajo la TERMOCLINA.
• Todos los mares y océanos del planeta tienen interconectados sus reservorios mediante un circuito convectivo, denominado CINTA TRANSPORTADORA DE CALOR.
• CORRIENTE PROFUNDA: fría y más densa
• CORRIENTE SUPERFICIAL: cálidad y menos densa.
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LORENZO
CINTA TRANSPORTADORA DE CALOR
• En Groenlandia: alta salinidad y T bajas inicio de una corriente profunda por todo el Atlántico.
• O. Índico, bifurcación: – Hacia la Indica, donde aflora y
se une a la corriente superficial que cierra el ciclo.
– Hacia Japón como corriente profunda, allí asciende, se dirige hacia la Indica y retorna a Groenlandia.
• El descenso de agua fría es compensado por la llegada de agua superficial cálida.
Importancia: MEDIO DE TRANSPORTE DE CALOR de unas regiones a otras.
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LORENZO
¿Se puede alterar la cinta transportadora de calor?
• VARIACIONES DE SALINIDAD:
– Deshielo del Ártico Dilución del agua salina del océano Atlántico Norte Agua menos densa.
– Ralentización de la circulación general o incluso colapso.
• No se transfiere energía desde el ecuador hasta los polos CONSECUENCIAS DRÁSTICAS EN EL CLIMA GLOBAL.
• Crecimiento casquetes polares en las tierras adyacentes al Atlántico Norte
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LOS AFLORAMIENTOS o UPWELLINGS
• Los vientos (alisios) desplazan las capas superficiales de agua, de manera que se produce una zona de ascenso de agua fría y profunda.
• Ricas en nutrientes, fitoplancton RECURSOS PESQUEROS.
• Costa pacífica de Sudamérica, costa Atlántica del Sahara.
• Costa este continental Coincide con zona árida
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FENÓMENO DE EL NIÑO
• Fenómeno anómalo de la dinámica oceánica que se repite de forma cíclica aproximadamente cada 4 años, en los meses de diciembre y enero.
• ¿Dónde? En las costas oriental de Perú y occidental de Asia meridional.
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LA NIÑA • FENÓMENO NORMAL: La Niña
– Anticiclones en la costa pacífica de Sudamérica.
– Borrascas (lluvias) sobre Oceanía e Indonesia.
– Vientos alisios desde Perú hasta Indonesia descargan humedad e incluso forman inundaciones.
– Acumulan agua en la zona OCCIDENTAL, lo que origina la inclinación de la termoclina y el afloramiento del agua.
– Corriente del Perú: afloramiento de agua fría en la costa Pacífica RIQUEZA PISCÍCOLA EN ESTA COSTA.
VIENTOS ALISIOS
AFLORAMIENTO: Riqueza piscícola
AGUAS FRÍAS con nutrientes
B A
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EL NIÑO • FENÓMENO ANÓMALO.
– Borrascas en Sudamérica.
– Anticiclones en Oceanía e Indonesia.
• SENTIDO INVERSO DE LOS ALISIOS INUNDACIONES
EN SUDAMÉRICA y SEQUÍAS en OCEANÍA.
• La termoclina se estabiliza e impide el AFLORAMIENTO de la corriente fría profunda.
• Desaparece la CORRIENTE DE PERÚ: Fuertes pérdidas económicas en PESQUERÍA.
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EFECTOS DEL NIÑO
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• FACTORES DE AMPLITUD: – Tamaño, profundidad y
topografía del litoral. – Fuerza centrífuga debida al
movimiento rotacional de la Tierra
LAS MAREAS DEF. Subidas y bajadas periódicas del nivel del mar, causadas por la atracción gravitatoria que ejercen la Luna y el Sol sobre la Tierra.
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• Todo punto terrestre dos alineaciones por día con la Luna. – Dos elevaciones de mayor amplitud: MAREA
ALTA o PLEAMAR.
– Dos fluctuaciones de menor amplitud: MAREA BAJA o BAJAMAR.
• Alineación TIERRA-LUNA-SOL: máxima amplitud MAREAS VIVAS. Se da en fases de Luna nueva y Luna llena.
• SOL-TIERRA-LUNA en ángulo recto: mínima amplitud MAREAS MUERTAS.
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LORENZO
Predicción de mareas:
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LORENZO
(…) MAREAS • EFECTOS EN LAS COSTAS:
– CORRIENTES DE MAREA
• Corrientes de flujo (del mar a la tierra)
• Corrientes de reflujo o resaca (sentido opuesto)
– Redistribución arenas en el litoral.
– Ecosistemas de interfase: alternativamente acuáticos o aéreos. Alta BDV.
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LORENZO
ENERGÍA MAREMOTRIZ
– Se origina por el movimiento de bajamar y pleamar, que hace funcionar una TURBINA que genera energía eléctrica.
– Se tiene que construir un DIQUE PARALELO A LA COSTA que retenga la gran masa marina.
– Corriente mareal de ascenso y de descenso mueven la turbina de la presa.
– LOCALIZACIÓN: importante altura de mareas y fácil construcción de la estructura.