Universidad Autónoma de Baja California Sur
PROGRAMA DE POSGRADO EN CIENCIAS MARINAS Y COSTERAS
(CIMACO)
Nivel: Maestría y Doctorado
Nombre de la materia: Hidroquímica
Número de horas clase/semana: 3 horas de teoría y 2 horas de laboratorio (8 créditos)
Nombre del profesor:
Jobst Wurl, [email protected]
La Paz, B.C.S. agosto 2013
Perfil del egresado del CIMACO
El egresado del programa interdisciplinario de Ciencias Marinas y Costeras será capaz de diseñar y dirigir investigaciones originales y de alta calidad, así como transmitir conocimientos a los sectores sociales, productivos y académicos. Además podrá participar en la formación de recursos humanos, tendrá la capacidad de liderazgo, un espíritu emprendedor, y los más altos valores de ética profesional.
Perfil del egresado de Manejo sustentable.
El egresado tendrá la capacidad de realizar investigaciones de alto nivel orientadas a la solución de problemas concretos del manejo de la zona costera, con una proyección de sustentabilidad. Estará preparado para integrar y evaluar estudios, así como para diseñar y juzgar estrategias y políticas que impacten a la conservación y el desarrollo de la zona costera.
Perfil del egresado de Acuacultura.
El egresado tendrá la capacidad de realizar investigaciones orientadas a la solución de problemas concretos en la acuacultura marina, y al uso sustentable de los recursos. Estará asimismo, preparado para integrar, y evaluar investigaciones que permitan desarrollar alternativas para el cultivo de organismos marinos.
Perfil del egresado de Biología de la Conservación.
El egresado tendrá la capacidad de realizar investigaciones de las causas de la pérdida de diversidad biológica en todos sus niveles (genética, individual, específica, ecosistémica) así como al diseño de estrategias para minimizar esta pérdida.
Perfil del egresado de Ecología marina.
El egresado tendrá la capacidad de realizar investigaciones dirigidas a enriquecer el conocimiento sobre las relaciones de los seres vivos que habitan el mar entre sí y con su entorno. Estará preparado para aportar información relevante que apoye al diseño de estrategias para la conservación de los ecosistemas marinos.
Los niveles de conocimientos y habilidades mencionados en los perfiles dependerán del grado alcanzado (Maestría y Doctorado).
INTRODUCCION
El agua natural representa un recurso renovable que interviene en el ciclo hidrológico. Se ha demostrado que su cantidad global no varía, aunque sí su cantidad local y su calidad. Uno de los subsistemas del agua natural representa el agua del mar, cuya composición relativa es estable pero varia en sus nutrientes. Las aguas que circundan la Península de Baja California determinan la existencia de numerosos ecosistemas marinas y costeras.
Las características de las aguas naturales en general, están relacionadas con la estructura y peculiaridades del agua. Las aguas naturales poseen una composición química que se origina como resultado de un proceso complejo de interacciones, donde las aguas procedentes de las precipitaciones (lluvia o nieve) adquieren los gases que se producen en la zona del suelo por descomposición y respiración de la materia orgánica y reaccionan con los minerales que subyacen en el medio rocoso. La composición química de las aguas subterráneas, al cabo de un determinado tiempo, se encuentra en equilibrio químico-físico con el contenido de gases y de fases sólidas disueltas. Estos equilibrios dependen de la temperatura y de la presión del sistema y cualquier cambio en esas condiciones produce una variación en la composición química, que da lugar a una mayor disolución de los minerales o a la precipitación de éstos por recombinación iónica. Por esta razón, el agua natural forma parte de sistemas naturales complejos y heterogéneos, regidos por leyes termodinámicas. En su composición química intervienen, además, factores microbiológicos, hidrogeológicos, geológicos, geomorfológicos, pedológicos, biológicos, climáticos y ambientales.
La zona costera del estado de Baja California Sur es muy árida, con escasa disponibilidad de agua. La única fuente confiable de agua dulce son los recursos del agua subterránea que se recargan después de las inundaciones y escurrimientos ocasionados por las intensas lluvias, provocadas en su mayoría por tormentas tropicales. La contaminación antropogénica y la intrusión del agua marina provocan problemas de deterioro de la calidad del agua dulce (superficial y subterránea), ultima debido al uso excesivo del agua en las cercanías de la costa, lo cual pude ser intensificado debida al cambio climático global.
Objetivo del curso es que el alumno comprenda las leyes de distribución y comportamiento de los elementos químicos, iones y moléculas que tiene el agua en solución para adquirir el conocimiento de los distintos métodos de interpretación geoquímica de las aguas para determinar su origen y dirección de movimiento en el subsuelo y definir y delimitar áreas de igual comportamiento hidroquímico o provincias hidrogeoquímicas. Los principios y herramientas de aprendizaje incluirán el entrenamiento y desarrollo de aptitudes analíticas y de toma de decisión en los estudiantes, y entrenarlos para continuar reforzando sus capacidades de comunicación verbal y escrita.
Las unidades o módulos del curso enfocarán estos temas con base a ponencias y ejercicios en clase, prácticas (muestreo en campo de agua del mar y agua superficial y subterránea y seminarios. El curso será presentado por el proponente.
EVALUACIÓN
La evaluación del rendimiento académico se basará fundamentalmente en pruebas escritas con cuestiones de teoría y de prácticas- durante y al final del periodo de docencia. Se llevará a cabo un seguimiento en continuo del rendimiento del alumno mediante la corrección particularizada de ejercicios prácticos propuestos en el laboratorio. Una evaluación de trabajos extra-clase a lo largo del curso completará la calificación.
La calificación final del curso se integra por el puntaje correspondiente a:
• Reportes de Laboratorio 30%
• Exámenes parciales (2): 30%
• Trabajo extra-clase 10%.
• Examen final: 30%
OBJETIVOS TERMINALES DEL CURSO
Al finalizar el curso el estudiante de CIMACO comprenderá que campos de estudio y análisis abarca la Hidroquimica, en su objetivo de preservar el ambiente natural, lo cual incluye en conocimiento de:
Las principales propiedades fisicoquímicas del agua y reconocimiento del origen de los cambios que se producen en su calidad.
Las técnicas de muestreo.
La aplicación de métodos para validar los datos hidroquímicos.
Conocimiento y capacidad de utilizar herramientas gráficas.
Conocimiento de las herramientas de modelización hidrogeoquímica y programas para su manejo Aplicación de isotopos ambientales
UNIDAD I: Introducción a la Hidroquímica: Presentación del Programa, ¿Qué es la Hidroquímica?; Historia, Contexto.
Descripción: Reconocer los fundamentos de la química de soluciones acuosas.
TIEMPO PROGRAMADO: SEMANAS: 1, 2 y 3, 9hrs. Teoría, 6 hrs. Laboratorio OBJETIVOS PARTICULARES
CONTENIDO TEMÁTICO
ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE Y
ACTIVIDADES Conceptualización de los fundamentos de la química de soluciones acuosas.
Conceptos: tipo de, enlace, molécula, tabla periódica, estructura atómica, clasificación de los elementos
importantes, las reacciones químicas, el comportamiento de los elementos puros y en sus enlaces
Examen de autoevaluación.
- Ponencia PowerPoint donde se proporciona la introducción de los temas:
unidades, tabla periódica, estructura atómica, clasificación de los elementos importantes
- Elaboración de ejercicios para el laboratorio de Química
- Lecturas: unidades, átomo, elemento, tabla periódica, estructura atómica, clasificación de los elementos
UNIDAD II: Estructuras moleculares, estequiometria, estructura de Lewis. Composición de aguas naturales
Descripción: Reconocer los conceptos: Enlaces químicos y estructuras moleculares, estequiometria, estructura de Lewis destacando la importancia de estos conceptos, para explicar simetrías moleculares y tipos de enlaces.
TIEMPO PROGRAMADO: SEMANAS: 4,5 y 6, 9hrs. Teoría, 6 hrs. Laboratorio OBJETIVOS PARTICULARES
CONTENIDO TEMÁTICO
ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE Y
ACTIVIDADES
Reconocer los enlaces químicos y estructuras moleculares, estequiometria, estructura de Lewis. Reconocer las principales características y parámetros físico-químicos y componentes mayoritarios, minoritarios y traza de aguas naturales
Enlaces químicos y estructuras
moleculares, estequiometria, estructura de Lewis destacando la importancia de estos conceptos, para explicar simetrías moleculares y tipos de enlaces.
Reconocer las principales características y parámetros físico- químicos y componentes mayoritarios, minoritarios y traza
- Clases en PowerPoint sobre los temas enlaces químicos y estructuras moleculares,
estequiometria, estructura de Lewis
- Lecturas: enlaces químicos y estructuras moleculares,
estequiometria, estructura de Lewis
- Tareas basadas en el uso de hojas de cálculo:
- Material de lectura complementaria
- Elaboración de ejercicios para el laboratorio de Química
UNIDAD III: Métodos de muestreo y análisis en el campo.
Descripción: Reconocer los métodos de muestreo y análisis en el campo .
TIEMPO PROGRAMADO: SEMANAS: 7 y 8, 6hrs. Teoría, 4 hrs. Laboratorio OBJETIVOS PARTICULARES
CONTENIDO TEMÁTICO
ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE Y
ACTIVIDADES
Aplicar los diferentes métodos de muestreo del agua dulce superficial, subterránea y del agua del mar y los métodos de análisis en el campo y reconocer los métodos de conservación de las muestras
- Campañas de muestreo (teoría).
- Sistemas de muestreo
- Determinación in situ de parámetros físico-químicos y organolépticos
- Análisis químico en el campo
- Preparación de las muestras
- Muestreas bacteriológicas
Campañas de muestreo (práctica).
- Clases en PowerPoint sobre métodos de muestreo y análisis en el campo
- Tareas basadas en el uso de hojas de cálculo:
- Material de lectura complementaria
- Elaboración de ejercicios para el laboratorio de Química
UNIDAD IV: Reconocer los conceptos previos y la modelización del equilibrio geoquímico
Descripción: Reconocer los principios de termodinámica: Actividad, equilibrio, solubilidad, índices de saturación.
.
TIEMPO PROGRAMADO: SEMANAS: 9, 10 y 11, 9hrs. Teoría, 6 hrs. Laboratorio OBJETIVOS PARTICULARES
CONTENIDO TEMÁTICO
ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE Y
ACTIVIDADES Conocer y aplicar los conceptos previos y modelización del equilibrio geoquímico e interacción roca-agua
•Energía libre de reacción
•Concentración.
Actividad •Coeficiente de actividad
•Equilibrios químicos.
Ley de acción de masas
•Producto de solubilidad
•Producto de actividad iónica
•Índice de saturación
•Modelos de Especiación
Clases en PowerPoint sobre el equilibrio geoquímico e interacción raca agua
- Tareas basadas en el uso de hojas de cálculo:
- Material de lectura complementaria
- Elaboración de ejercicios para el programa PHREEQC
UNIDAD V:
.
Descripción: Reconocer los conceptos: enlaces químicos y estructuras moleculares, estequiometria, estructura de Lewis destacando la importancia de estos conceptos, para explicar simetrías moleculares y tipos de enlaces
.
TIEMPO PROGRAMADO: SEMANAS: 12 13 y 14, 9hrs. Teoría, 6 hrs. Laboratorio OBJETIVOS PARTICULARES
CONTENIDO TEMÁTICO
ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE Y
ACTIVIDADES Aplicación de isotopos ambientales en la hidrobiología; muestro, análisis y interpretación
- Muestreo del agua para el análisis de Isótopos
radioactivos e estables del agua.
El isótopo radioactivo
- Espectrometría de masas de isótopos estables.
- Radiometría para los isótopos radioactivos.
- Isótopos estables del agua en ríos, estuarios, mar, lagos y embalses.
- Fraccionamiento isotópico. Procesos isotópicos estables en el ciclo del agua.
- Clases en PowerPoint sobre los isótopos radioactivo e estables - Lecturas sobre
- Tareas basadas en el uso de hojas de cálculo:
- Material de lectura complementaria
UNIDAD CITAS
I- V
EN ESPANOL:V.L. SNOEYINK & D. JENKINS, QUÍMICA DEL AGUA, LIMUSA 1987
D. JENKINS, V.L. SNOEYINK, J.F. FERGUSON & J.O. LECKIE, QUÍMICA DEL AGUA, MANUAL DE LABORATORIO, LIMUSA 1983.
EN INGLES:
J.W. LLOYD, Y J.A. HEATHCOTE (1985).- NATURAL INORGANIC HYDROCHEMISTRY IN RELATION TO GROUNDWATER. CLAREDON PRESS, 296 PP.
A.E. KEHEW, (2001).- APPLIED CHEMICAL HYDROGEOLOGY. PRENTICE HALL, 368 PP.
J.I. DREVER, (1997).- THE GEOCHEMISTRY OF NATURAL WATERS. PRENTICE HALL, 3ª ED. 436 PP.
D. LANGMUIR, (1997).- AQUEOUS ENVIRONMENTAL GEOCHEMISTRY. PRENTICE-HALL, 600 PP.
C.A.J. APPELO Y D. POSTMA (2005). GEOCHEMISTRY, GROUNDWATER & POLLUTION. A.A. BALKEMA PUBLISHERS, AMSTERDAM, THE NETHERLANDS. 2ª EDICIÓN, 649 PÁGINAS.
C. W. FETTER, (1998).- CONTAMINANT HYDROGEOLOGY. PRENTICE-HALL, 2ª EDICIÓN, 500 PP.
G. FAURE, INORGANIC GEOCHEMISTRY, MACMILLAN PUBL. CO., N.Y., 1991 R.A. FREEZE, J.A. CHERRY, GROUNDWATER, PRENTICE-HALL INC. N.J., 1979
J.W. LLOYD, J.A. HEATHCOTE NATURAL INORGANIC HYDROCHEMISTRY IN RELATION TO GROUNDWATER, CLARENDON PRESS, OXFORD, 1985
J.D. HEM, STUDY AND INTERPRETATION OF THE CHEMICAL CHARECTERISTIC OF NATURAL WATERS, 3RD. EDITION. USGS WATER-SUPPLY PAPERS, NO. 2254 1985.
W. STUMM & J. MORGAN AQUATIC CHEMISTRY 2ND ED. WILEY 1981 (CONTAMINACIÓN DE AGUAS SUBTERRÁNEAS) I. CLARK, Y P. FRITZ (1997).- ENVIRONMENTAL ISOTOPES IN HYDROGEOLOGY. CRC PRESS, 350 PP. (ISÓTOPOS)
W.G. MOOK, (2002). ISÓTOPOS AMBIENTALES EN EL CICLO HIDROLÓGICO: PRINCIPIOS Y APLICACIONES. INSTITUTO GEOLÓGICO Y MINERO DE ESPAÑA. MADRID:
1–596. (ISÓTOPOS)
