El agua es un aislante muy potente. Cuando el agua se calienta o se enfría, su temperatura cambia más lentamente que otros líquidos. Esta resistencia a ganar o perder calor se debe al alto calor específico del agua. del agua. Debido a la estructura molecular y de enlace única del agua, el calor debe romper primero los enlaces de hidrógeno entre las moléculas, en lugar de acelerar inmediatamente las moléculas y, por tanto, aumentar su temperatura. Esto permite que el agua sirva como “disipador de calor”, absorbe el calor sin cambios rápidos de temperatura, lo que ayuda a neutralizar los organismos acuáticos de grandes oscilaciones en la temperatura.

El alto calor específico del agua permite que grandes cuerpos de agua absorban un calor significativo durante el verano sin un aumento rápido en la temperatura del agua. Por la noche, grandes cuerpos de agua se enfrían muy poco, lo que proporciona una temperatura relativamente estable y, durante el invierno, la liberación gradual de la energía térmica del agua calienta el aire, dando a las zonas costeras un clima “marítimo” más suave. La moderación de la temperatura del agua es vitalmente necesaria para las plantas y los animales que viven en ecosistemas acuáticos y marinos.

Photosynthesis
Figura 5. La fotosíntesis. 1

El agua es necesaria para muchas reacciones químicas indispensables para la vida. Es un elemento clave, por ejemplo, en el metabolismo o en la serie de reacciones químicas que permiten a los organismos vivir, crecer, y reproducirse. El tipo y propósito de cada proceso metabólico es único, pero la fotosíntesis (ver la figura 5) es un ejemplo bien conocido. En este proceso, las plantas utilizan la energía radiante del Sol y del dióxido de carbono (CO2) de la atmósfera y agua del suelo para producir energía química en forma de azúcar (glucosa, C6H12O6). Las plantas liberan oxígeno (O2) como un subproducto de la fotosíntesis. El oxígeno en nuestra atmósfera permite que las plantas, los animales y los microorganismos vivan y experimenten la respiración celular. La fuente última de este oxígeno que da vida es las moléculas de agua que son absorbidas por las raíces de las plantas. Aprenderás más sobre la importancia de la fotosíntesis en el capítulo 3 sobre la energía.

Preguntas para considerar

  • Imagina cómo se modificaría el suministro de agua dulce en tu comunidad por un calentamiento climático. ¿Qué efecto tendría esto sobre la disponibilidad de agua en tu comunidad?
  • Imagina que el suministro de agua dulce en tu comunidad se contaminó tanto que perdió buena parte de su solvencia. ¿Qué efecto tendría esto en el uso del agua en tu comunidad?
  • ¿Cuáles son las propiedades del agua que la hacen esencial para la vida en la Tierra?

El ciclo hidrológico

El cambio físico del agua de sólido a líquido y a gas es la base del ciclo hidrológico (ver la Figura 6). El ciclo del agua de la Tierra se rige por la evaporación, la transpiración, la precipitación y el escurrimiento superficial. Cada proceso implica no sólo el cambio del estado físico del agua, sino también su transporte y almacenamiento temporal.

Hydrologic Cycle
Figura 6. El ciclo hidrológico. 2

Mirando hacia el futuro

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Muchas tradiciones religiosas han utilizado el ciclo hidrológico de las lluvias, las inundaciones y las sequías para retratar, en las historias míticas, las experiencias espirituales de pasar de la oportunidad, a través del sufrimiento y el sacrificio, a la abundancia.

El ciclo hidrológico y los procesos que lo rigen son esenciales para purificar el agua y distribuirla por toda la Tierra. El ciclo hidrológico comienza cuando el agua líquida se convierte en vapor de agua gaseoso a través de uno de los dos procesos.

Evapotranspiration
Figura 7. La evapotranspiración. 3

El primer proceso es la evaporación, donde el calor del Sol y la energía del viento convierten el agua líquida en su estado gaseoso, menos denso. El segundo es la transpiración o la pérdida de vapor de agua directamente de las plantas. Cuando se toman en conjunto, los dos procesos se denominan evapotranspiración (ver la Figura 7). Cuando el agua salada se evapora, sólo las moléculas puras de agua dulce se convierten en vapor, dejando atrás la sal mineral.

La radiación solar calienta la superficie de la Tierra causando la evaporación de la humedad en el aire. A medida que el aire cálido, húmedo y menos denso sube a la atmósfera, se enfría y después condensa este vapor de agua en pequeñas gotas de agua líquida o cristales de hielo que visualizamos como nubes. Una nube permanece en el cielo hasta que la fuerza de la gravedad supera la capacidad de la atmósfera para sostenerla. La precipitación puede ser líquida (lluvia), sólida (nieve, hielo) o una combinación de los dos estados, dependiendo de la temperatura del aire y de la presión.

Mirando hacia el futuro

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El agua tiene un “valor intrínseco”. Este es un valor “en sí mismo”. Se puede ver ya el alto valor de las propiedades únicas del agua y su papel en el ciclo hidrológico.

Los niveles más altos de evaporación se producen en los océanos de la Tierra, especialmente cerca del Ecuador, donde el calentamiento solar es más intenso, mientras que las mayores cantidades de precipitación ocurren en las masas terrestres. En los océanos, se pierde más agua mediante la evaporación de la que es devuelta a través de las precipitaciones. En tierra, se obtiene más agua por medio de la precipitación de lo que se pierde por la evaporación. El flujo superficial y el almacenamiento temporal de lluvia en acuíferos y cuerpos de agua superficiales mantienen los niveles de agua en el océano y en la tierra relativamente constantes a lo largo del tiempo.

La velocidad a la que el agua se mueve a través del ciclo hidrológico depende de su estado físico y de su lugar en un momento dado. El agua se mueve más rápido en forma de vapor en la atmósfera. El agua no permanece en la atmósfera por mucho tiempo; el tiempo promedio de retención del vapor de agua en la atmósfera es de nueve días. El tiempo de retención promedio del agua superficial almacenada en los lagos es mucho más largo, de seis a siete años en promedio. En algunos lagos grandes y profundos el tiempo de retención es mayor a los 10.000 años. El almacenamiento agua subterránea en los acuíferos es lento y tienen también un tiempo de retención muy largo. El agua en muchos acuíferos subterráneos puede tardar miles de años en regresar al océano. 

Mirando en detalle

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Aprendamos más sobre el ciclo del agua y su conexión con la sostenibilidad viendo Sostenibilidad: Agua, un video patrocinado por la Fundación Nacional de Ciencias y NBC Learn.

La mayor parte del agua dulce se almacena en los glaciares y los casquetes de hielo, los cuales son formados por patrones climáticos a largo plazo. El calentamiento climático global está derritiendo y liberando esta agua a un ritmo mayor que el habitual, cambiando los patrones hidrológicos naturales. Ya hemos encontrado este problema en el estudio de caso del río Ganges al inicio de este capítulo. El fenómeno del cambio climático será explorado a fondo en el capítulo 6.

Algunas fluctuaciones en la precipitación son parte común del ciclo hidrológico y pueden causar sequías o inundaciones periódicas. Durante las épocas de sequía, el agua almacenada en los cuerpos con mayor tiempo de retención (por ejemplo, campos de nieve, lagos, ríos y acuíferos) puede complementar la escasez de suministro. Durante las inundaciones, el agua puede llegar a ser tan abundante que los ecosistemas naturales son dañados o destruidos.