Vicerrectoría General
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| EL AGUA |  |
El agua es fundamental para la vida. El 71 % de la superficie terrestre está cubierta de agua y constituye 1.4 billones de Km3 (tabla 3). El 97 % del agua de la superficie terrestre se encuentra en los mares y océanos. Del 3% de agua dulce, el 87 % se encuentra en los polos, es agua subterránea inaccesible o está en la atmósfera, quedando sólo 04% como agua disponible (fig. 39).
Figura 39: La tierra tiene abundancia de agua, pero los ecosistemas terrestre, los humanos y la agricultura dependen del agua disponible, la cual constituye sólo 0.4% del total.
El agua es más importante como transportador y medio químico para otras sustancias. Las propiedades relevantes del agua incluyen su estructura dipolar y la capacidad para formar enlaces hidrógeno. La estructura del agua determina su capacidad para disolver y estabilizar los iones y cuenta para un gran número de reacciones que envuelven la transferencia de un protón entre compuestos, tales como las reacciones ácido-base o la hidrólisis de macromoléculas bióticas. El agua se encuentra en tres estados: sólido (hielo), líquido y gaseoso (vapor) (Fig. 40).
| Reserva |
% total |
>% Volumen
(10^6 km) |
|---|---|---|
| Océano | 97.27 |
1370 |
| Criosfera | 2.05 |
29 |
| Ríos | 0.68 |
9.5 |
| Lagos | 0.01 |
0.125 |
| Suelos | 0.005 |
0.065 |
| Atmósfera | 0.013 |
0.013 |
| Biosfera | 0.00004 |
0.0006 |
Figura 40: El agua consiste de moléculas, cada una de las cuales se forma por dos átomos de hidrógeno unidos a un átomo de oxígeno. En el vapor de agua, las moléculas se encuentran separadas unas de otras. En el agua líquida las moléculas se unen entre si por medio de puentes de hidrógeno, los cuales le confieren al agua características especiales. En el agua congelada los enlaces se expanden, pero las moléculas están unidas firmemente.
Para los procesos fisiológicos la temperatura optima se halla en la forma liquida . El agua tiene alta capacidad calórica, además es el solvente ideal para numerosos iones. El valor del pH del agua del suelo puede oscilar entre 3-10. En las zonas costeras del mundo el pH es mayor que 9 y en los océanos mayor que 8. Esta alcalinidad es una de las principales razones para la alta capacidad de absorción de Dióxido de carbono, el cual se transforma en carbonato y bicarbonato.
Se habla en primer lugar del ciclo del agua debido a que el abastecimiento de agua junto con la radiación solar son los elementos esenciales para la vegetación y por consiguiente para la vida sobre la superficie terrestre. La base para la comprensión de la mayor parte de los ciclos biogeoquímicos está en el ciclo del agua y es esencial para la formación del sistema climático.
La evaporación del agua permite la concentración de compuestos disueltos y eventualmente la precipitación de sólidos disueltos; mientras que la lluvia permite la dilución de materiales. Ambos procesos permiten la formación y meteorización de las rocas. El agua además se requiere para asegurar el crecimiento biótico y la reproducción, sirviendo como solvente, como reactante químico y como agente físico.
Fig. 41: Ciclo hidrológico global. Fuentes principales (1015 kg de agua) y tamaño como porcentaje del total, tiempo de residencia en años (y) o días (d).
El ciclo de agua desempeña un papel fundamental en el funcionamiento tanto del sistema climático como del conjunto de ciclos biogeoquímicos, conectando un sistema con el otro y la humedad global desempeña un papel clave en los sistemas naturales físicos en su conjunto.
El ciclo hidrológico describe la distribución de agua dulce y salina entre los principales reservorios y la rata, a la cual el agua se mueve de una región a otra (Figura 41). El agua de los océanos se evapora hacia la atmósfera por efecto de las radiaciones solares. A su vez, el vapor de agua presente en la atmósfera vuelve, en buena parte, a los océanos en forma de precipitación. En la corteza terrestre, existe un proceso múltiple de evaporación de agua hacia la atmósfera; la evaporación procede tanto de los lagos, como de los ríos, de las plantas y del suelo húmedo. El vapor de agua se condensa y vuelve en forma de precipitación a la superficie terrestre a través de la lluvia, la nieve o el granizo. El ciclo se cierra con la relación entre los océanos y la corteza terrestre. El agua de las precipitaciones pasa a formar parte de los ríos, lagos, glaciares y aguas subterráneas. Con diferentes escalas temporales, todas estas fuentes acaban aportando su flujo de agua a los océanos. Los flujos de agua son conducidos por la radiación solar que bombea agua desde el continente y el océano a la atmósfera. El agua evaporada se distribuye y redeposita como precipitación sobre el continente y el océano. Los continentes reciben un tercio menos de agua que los océanos. El agua que llega al continente, retorna al océano o regresa a la atmósfera por evapotranspiración.
El tiempo de renovación del agua es del casi 9 días en la atmósfera y de 2-3 semanas en los ríos grandes. El tiempo de renovación de los océanos está entre 3500 y 37000 años, lo cual depende del tamaño y de la evaporación neta. El hombre ha incrementado la rata de evaporación natural, con actividades como la irrigación y la deforestación, en cerca de 3%, pero se estima que esta rata alcanzará valores entre 10-50% en el futuro cercano.
| La humedad global
|
La existencia abundante de agua diferencia a la tierra de los demás planetas del sistema solar y resulta crítica para el mantenimiento de la vida. El ciclo del agua, como ya se mencionó, desempeña un papel clave tanto en el funcionamiento del sistema climático como en el conjunto de ciclos biogeoquímicos, es decir conecta un sistema con el otro. Algunos ejemplos de este papel son los siguientes:
Cuando el agua se mueve, modifica la superficie de la tierra. El agua es indispensable para la existencia debido a las características que le confiere su estructura molecular. El agua va de la superficie de la tierra a la atmósfera en dos formas:
Los ecólogos miden la disponibilidad efectiva del agua para los seres vivos, estudiando la relación existente entre la precipitación y la evaporación. Donde la precipitación es mayor que la evaporación se presenta excedente de agua; donde la precipitación es menor que la evaporación hay deficiencia de agua.
Fig. Relación precipitación pluvial y la evaporación.Figura 42:
El vapor de agua y las corrientes pueden transportar sustancias grandes distancias. Cuando el aire, que conduce el vapor de agua, se enfría , éste se condensa en agua líquida. Esta condensación se observa en forma de nubes. Si la condensación continúa, las gotas de agua aumentan de tamaño y se produce la lluvia. El agua de lluvia puede tomar tres rutas:
El empleo del agua en el sistema terrestre depende del tiempo que permanezca en el terreno, antes de llegar al mar. Las ciudades y carreteras aceleran el retorno del agua al mar, ya que las superficies pavimentadas no pueden ser penetradas por el agua. El ciclo del agua está controlado por la energía del sol y por la gravedad y suministra la conexión entre la atmósfera, litosfera e hidrosfera.
El agua atmosférica presenta una distribución geográfica diferente. La mayor cantidad de agua se encuentra en la zona cercana a la línea ecuatorial. El agua atmosférica se mantiene en la atmósfera desde unas horas hasta semanas, pero en promedio se considera que se mantiene de 9-10 días. La diferencia en temperatura y presión atmosférica son las principales causas del movimiento de las masas de aire. La precipitación es menor que la evaporación sobre los océanos (107-114 cm/año vs. 116-124 cm/año). En el continente las relaciones son contrarias (evaporación: 47 cm/año; precipitación: 71 cm/año). El equilibrio en el ciclo del agua se mantiene a través del flujo superficial en las corrientes y por el agua de infiltración.
Otros dos aspectos importantes son la diferencia en la distribución geográfica de la precipitación en el continente y la participación individual de las plantas en el ciclo del agua:
La distribución de la precipitación depende de las características de la superficie terrestre, así como de las condiciones atmosféricas prevalecientes. La Fig. 43 muestra el efecto de la topografía en la distribución de la precipitación. Tenga en cuenta que el costado de la cordillera que está resguardado recibe menos precipitación, que el flanco donde soplan los vientos. Cuando el aire húmedo llega hasta la cordillera, éste se eleva, cargado de humedad, se expande y enfría, lo cual determina la precipitación. El aire libre de humedad cruza la cima, desciende y se calienta. Recoge la humedad que se evapora de la superficie terrestre y como resultado permite la formación de áreas secas.
Figura 43: Efecto de la topografía en la distribución de la precipitación.
Para la producción de 20 toneladas de biomasa (peso fresco de hierba) se requieren 2000 toneladas de agua; lo cual significa que la mayor parte del agua se transpira. De las 20 toneladas de peso fresco 15 corresponden a agua libre (en los tejidos). Las 5 toneladas restantes se encuentran en el peso seco, de las cuales 3 corresponden a agua estructural y el resto en otras substancias.
La ecosfera es el sistema que soporta la vida en el planeta. Es una película delgada alrededor del planeta donde la biota interactúa con la atmósfera, hidrosfera y litosfera en un sistema complejo que envuelve los procesos biogeoquímicos y los ciclos .
Figura 44: La ecosfera, es el sistema que soporta la vida, muestra sus relaciones con las otras esferas de la tierra.
La biogeoquímica es la disciplina que une varios aspectos de la biología, ecología, y química para investigar el ambiente terrestre. Este ambiente la ecosfera (Fig. 44) encierra la biosfera y partes de otras grandes subdivisiones de la superficie terrestre de la atmósfera, hidrosfera, y la litosfera (suelos, sedimentos, y rocas). Los procesos que controlan la concentración, distribución y ciclamiento de elementos en y sobre la corteza terrestre es el campo de estudio de la biogeoquímica.
El cambio ambiental global inducido por el hombre es una consecuencia directa e indirecta de la modificación rápida del ambiente terrestre por las actividades humanas. La distribución y ratas de crecimiento de la población humana y la demanda por el crecimiento económico, con la utilización concomitante de recursos son las fuerzas que actúan como agentes del cambio global ambiental. Las actividades humanas son: uso de combustibles fósiles y combustión de biomasa, cambio de uso del suelo, practicas agrícolas y producción y distribución de halocarbonados y otros químicos sintéticos. Todas estas actividades producen cambios en la composición de los sistemas terrestre, acuáticos, y atmosféricos y cambios en el ciclo de los elementos en la ecosfera. Por lo tanto las actividades humanas se han convertido en una fuerza de importancia global y como tal constituye una parte del estudio de la biogeoquímica.
Figura 45: Principales características de un ecosistema antropico. Flechas violetas, desperdicios, flecha interrumpida agua de desperdicio, flecha anaranjada energía de combustibles y centrales atómicas.
