El agua: tipos y características

El agua es un elemento básico en el desarrollo de la vida. Aproximadamente unas tres cuartas partes del peso del cuerpo humano están formadas por agua. En el caso de las plantas, esta proporción se estima en un 60-85%. Las dos terceras partes de la superficie del planeta están compuestas por mares y océanos.

Los antiguos hubieran podido llamar a nuestro planeta "Agua" en vez de "Tierra", al representar el agua unas 3/4 partes de su superficie.

- Tipos de agua y porcentaje del total del agua del planeta

Las aguas saladas, las que conforman océanos y mares, representan aproximadamente el 97% del agua del planeta que habitamos. Sin embargo, las aguas dulces, empleadas de forma mayoritaria para uso y consumo humanos, constituyen tan sólo el 0,0027% del total.

El ciclo del agua

Con el ciclo del agua se conoce al proceso que sigue el agua en la naturaleza, a partir de la evaporación de mares y océanos. El vapor asciende hacia las capas altas de la atmósfera, donde se condensa y forma las nubes. El descenso térmico provoca la precipitación del agua, que discurre por la superficie terrestre, se infiltra en el terreno o bien se evapora, pasando de nuevo a la atmósfera. Tanto las aguas superficiales como las subterráneas retornan a los océanos; de esta manera, el ciclo vuelve a comenzar una y otra vez.

- El equilibrio entre la hidrosfera y la atmósfera

La hidrosfera es el conjunto de las partes líquidas del globo terrestre, que ocupan alrededor de 1.400 millones de kilómetros cúbicos. La inmensa mayoría, en torno a un 97%, se encuentra formando parte de los mares y océanos; un 2% está contenida en los casquetes polares y en los glaciares, alrededor del 0.99% corresponde a aguas subterráneas y apenas un 0.01% a ríos y lagos. El ciclo del agua se inicia con la evaporación, con el consiguiente trasvase de agua –procedente en su mayor parte de los océanos– hacia la atmósfera, y culmina con las precipitaciones, con la devuelven a la hidrosfera. Un alto porcentaje –40%– del agua que no retorna al mar ni a los ríos, lagos o glaciares es absorbido por las raíces de las plantas, desde cuyas hojas se reintegra parcialmente a la atmósfera en forma de vapor. Otra parte importante pasa a integrar un complejo sistema de circulación subterránea; desde los acuíferos y fuentes volverá a alimentar a los ríos, que, a su vez, desembocarán en los mares. De esta manera, el agua que pasa de la hidrosfera a la atmósfera retorna a ella en un proceso continuo que asegura un equilibrio.

Los lagos del mundo

Los lagos de todo el mundo contienen unos 125.000 kilómetros cúbicos del agua de la Tierra. De este volumen, el 40% se encuentra repartido entre el lago Baikal, en Rusia, y los grandes lagos de EUA (Superior, Michigan, Erie, Hurón y Ontario), en la frontera entre Estados Unidos y Canadá.

Sobre estas líneas, el lago Mead, en EUA. Es un algo artificial, creado en el río Colorado mediante la presa Hoover. La electricidad generada con centrales hidroeléctricas no provoca grandes impactos sobre el medio ambiente, pero el lago que se crea puede alterar los ecosistemas locales.

- El lago Baikal: récord de profundidad, antigüedad y volumen de agua almacenada

El lago Baikal es el más profundo (1.620 metros), el más antiguo de los conocidos y, además, ostenta el récord de volumen de agua almacenada (23.000 kilómetros cúbicos).

Plantas que almacenan agua en los desiertos

La sequía del desierto supone un gran obstáculo para la supervivencia de los vegetales; ahora bien, la subsistencia de la flora en un ambiente en el que la lluvia aparece en muy raras ocasiones y en el que también faltan recursos hídricos locales, inexistencia de aguas freáticas, ausencia de ríos y lagos a proximidad, es posible gracias a pequeñas "astucias" de la evolución.

- La adaptación de las plantas a la sequía

Para las plantas es una necesidad absoluta, perentoria hacer frente a la sequía según estos dos modos básicos: estando siempre dispuestas a germinar, florecer y fructificar tan pronto llegan las primeras lluvias; resistiendo mediante un crecimiento lento pero perenne, posible gracias a la capacidad de almacenamiento o de ahorro, y de captación de agua.

Las aguas continentales

Las aguas continentales comprenden todas las aguas, generalmente dulces, que se encuentran sobre tierras emergidas (ríos, lagos, glaciares) o prisioneras debajo de la superficie (aguas subterráneas).

- Los cursos de agua: ríos y torrentes

Los cursos de agua se distinguen fundamentalmente en cursos permanentes, en los que el agua fluye durante todo el año aunque sea con unos períodos de abundancia y otros de escasez, y en cursos intermitentes en los que el agua falta incluso durante largos períodos de tiempo a lo largo del año. Los ríos son los cursos de agua permanentes y los torrentes son los cursos intermitentes.

La hidrosfera, la distribución de las aguas y el ciclo del agua

La hidrosfera engloba todas las aguas, tanto en esta líquido como sólido, que se encuentran en la superficie de la Tierra, mientras que el agua en estado gaseoso forma parte de la atmósfera. Hidrosfera y atmósfera no son separables netamente, ya que se interrelacionan continuamente, determinando las condiciones meteorológicas y climáticas de las distintas zonas del planeta; de hecho, es precisamente por la evaporación de las aguas de la hidrosfera que generan las precipitaciones atmosféricas.

- La distribución de las aguas y el ciclo del agua

+ Distribución de las aguas

El volumen total de agua presente en la hidrosfera se ha estimado en aproximadamente 1 millardo 400 millones de kilómetros cúbicos, de los cuales alrededor del 97% (es decir, unos 1.370 millones de kilómetros cúbicos) está contenido en los océanos, el 2,4% está retenido en los glaciares y en los casquetes polares, un 0,59% constituye las aguas subterráneas, mientras que sólo el 0,02% está representado por los lagos, los ríos y la humedad del suelo. Esta enorme cantidad de agua interacciona con la atmósfera siguiendo un ciclo cerrado llamado ciclo del agua.

+ El ciclo del agua

El ciclo comienza con la evaporación, que provoca el paso de una gran cantidad de agua desde la hidrosfera, principalmente desde los océanos, a la atmósfera. Las precipitaciones devuelven gran parte del agua a los océanos, desde donde el ciclo se reinicia con la evaporación, mientras que el agua que no llega directamente a los océanos y a los mares sigue recorridos diversos: una parte (aproximadamente el 10%) alimenta los ríos, lagos y glaciares; otro porcentaje (alrededor del 40%) penetra en el suelo, donde es absorbida por las raíces de las plantas para después ser retornada parcialmente a la atmósfera bajo forma de vapor cedido por las hojas; el restante 50% se reparte más o menos de manera igual entre el agua que se evapora del suelo, de los lagos y de los ríos confluye en la circulación de las aguas subterráneas alimentando los acuíferos y las fuentes desde las cuales puede después volver a los ríos y de éstos al mar. El balance global del ciclo descrito es tal que la cantidad de agua que pasa de la hidrosfera a la atmósfera iguala al proceso, inverso desde la atmósfera a la hidrosfera, de forma que se obtiene un equilibrio regulador.

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- Qué es la hidrosfera | Vídeo

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Vivir en agua dulce

La vida en las aguas dulces es discontinua del mismo modo que, en cierto sentido, es incierta la existencia de un río o de un lago, a menos que estos ocupen extensiones realmente considerables.

Vista del lago Saimma, en Finlandia. Tierra rica en lagos y en otras aguas continentales, este país tiene en la pesca del salmón y de la trucha un importante recurso económico.

- Limitación de la dependencia del ambiente acuático por algunos organismos

Algunos organismos han limitado su dependencia del ambiente acuático a ciertos períodos de su ciclo vital (especialmente a la reproducción). Al reducir hasta el mínimo indispensable los tiempos de permanencia en el agua, han sabido adaptarse a los ambientes secos o semisecos, soportando de un modo egregio las oscilaciones de temperatura y de humedad, el ímpetu de las corrientes, las variaciones de concentración de las sustancias disueltas.

El agua: concepto, propiedades y funciones

El agua es la sustancia más abundante en los organismos vivos, constituyendo aproximadamente el 70% del peso. Todas las características de la estructura y función celular se basan en las propiedades físicas y químicas del agua. Estas propiedades que a continuación se detallan han hecho del agua el disolvente universal, ya que disuelve a más tipos de sustancias y en cantidades mayores que cualquier otro disolvente.

- Propiedades del agua

+ Calor específico

El agua presenta un elevado calor específico, que puede absorber grandes cantidades de calor mientras que, proporcionalmente, su temperatura se eleva ligeramente. Esta propiedad permite que el medio acuoso sirva de protección al organismo ante los cambios bruscos de temperatura, manteniendo la temperatura del organismo relativamente constante a pesar de las variaciones externas de la temperatura. También gracias a esta propiedad, el calor que se desprende en los procesos metabólicos no se acumula en los lugares donde se produce, sino que se difunde en el medio acuoso, dirigiéndose finalmente hacia el medio externo.

Transpiración y gutación: agua en movimiento

La transpiración alcanza cifras muy elevadas: se ha calculado que en un verano una hectárea de bosque transpira tres millones de litros de agua. Se comprende así la importante contribución de las plantas respecto al contenido de vapor de agua de la atmósfera y su influencia en el clima de una región.

- Transpiración

+ Vías naturales de salida del agua transpirada en las plantas

Los estomas de las hojas, las lenticelas de la corteza del corcho y la cutícula que cubre la epidermis de los vegetales herbáceos representan las vías naturales de salida del agua transpirada (que contribuye además a evitar el sobrecalentamiento de la superficie foliar debido a la radiación solar).

+ Influencia de la temperatura y el grado de humedad ambiental en la transpiración

Al tratarse de un fenómeno de evaporación, la temperatura y el grado de humedad ambiental influyen en la transpiración: así las plantas que viven en países de climas húmedos (higrófitas) poseen hojas amplias y llenas de estomas, puesto que no existen problemas de escasez de agua. Por el contrario, las plantas de climas áridos (xerófitas) reducen al mínimo esta dispersión activando distintos dispositivos para evitar una posible desecación. Incrementan el espesor de la cutícula, cubren la hoja con pelusa, reducen al máximo su superficie llegando incluso a renunciar a las hojas y confiar la función clorofílica a ramas verdes y planas denominadas cladodios.

- Gutación

Mientras que la pérdida de agua por transpiración es un fenómeno de tipo pasivo, muchas plantas de la zona húmeda-cálida se liberan del exceso de agua emitiendo a través de estomas especiales (estomas acuíferos) gotitas de agua en estado líquido (el agua de la transpiración se encuentra en forma de vapor de agua).

+ ¿Es pura el agua de la gutación?

El agua de la gutación nunca es pura, ya que contiene sustancias de distinta naturaleza, tanto orgánicas como inorgánicas, presentes en las venas de las hojas cuyos estomas acuíferos constituyen las últimas ramificaciones.

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+ Saprófitos, semiparásitos, parásitos

Absorción de agua y sales minerales en las plantas mediante la ósmosis

Al disecar una planta se elimina totalmente el agua y con ella el amoníaco y el anhídrido carbónico; las cenizas que quedan son un residuo sólido, incapaz de una ulterior combustión, formado por los microelementos que toda planta necesita para su desarrollo: potasio, calcio, magnesio, hierro, fósforo, azufre, cinc, boro, manganeso, cobre, cloro, molibdeno. Desde que los humanos se hicieron agricultores y se dieron cuenta de esta exigencia, fueron interviniendo sobre el suelo para enriquecerlo con estos elementos, en caso de que escasearan, para lograr un mayor crecimiento de las especies que les interesaban.

- Las soluciones nutritivas que necesitan las plantas y su recorrido desde el suelo a las mismas

A continuación se describirá de qué manera las soluciones nutritivas penetran desde el suelo al cuerpo de un organismo vegetal.

+ La ósmosis

En primer lugar el aparato radical, gracias al fenómeno físico de la ósmosis, es el responsable de la absorción, que así se denomina esta función.

La ósmosis (del griego osmos, "empuje") es el intercambio entre dos líquidos de concentraciones distintas a través de una membrana semipermeable, es decir, capaz de dejar pasar sólo el disolvente y no el elemento disuelto.

En todo sistema osmótico se crea una corriente procedente de la solución menos concentrada (hipotónica) hacia la más concentrada (hipertónica) para establecer un equilibrio. Al ser las soluciones del suelo hipotónicas respecto de las del citoplasma de las células de los pelos radicales en contacto, se forma una corriente de agua desde el exterior hacia el interior de la raíz. Las sales minerales son absorbidas por las células vegetales contra gradiente de concentración (esto significa que la concentración de estas sustancias fuera de la raíz es menor que en su interior), con el consiguiente consumo de energía. Las soluciones nutritivas absorbidas pasan a continuación de célula en célula hasta los vasos leñosos de la misma raíz, bien por ósmosis o por difusión libre. Este tránsito no es libre e incontrolado; las células, o mejor dicho, su citoplasma posee la capacidad de elegir (los expertos hablan de poder selectivo) entre las distintas sustancias indispensables para la vida de la planta, rechazando aquellas sustancias que pudieran ser dañinas o simplemente innecesarias.

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El problema del agua en el organismo

La estructura del filtro renal responde a otra función asignada a estos órganos: devolver el agua al sistema sanguíneo de transporte, ya que de otro modo la sangre se secaría, con consecuencias fatales. La capacidad de ahorrar agua a expensas de una mayor concentración de la orina eliminada se debe a la formación y la actividad del asa de Henle. Las investigaciones llevadas a cabo por los fisiólogos demuestran que el 95% del agua filtrada en los corpúsculos es reabsorbida, es decir que a pesar de que cada día son filtrados alrededor de 180 litros de líquido (la cantidad de sangre presente en el cuerpo humano es de unos 5 litros), la orina producida al mismo tiempo es de alrededor de 1,5 litros.

El salmón, debido a su particular ciclo reproductivo, es capaz de vivir en medios de condiciones climáticas muy diversas, desde las gélidas e impetuosas aguas de los torrentes montañosos hasta las más cálidas y tranquilas aguas del mar.

La regulación del contenido hídrico es un hecho importante no sólo para los animales terrestres, para los que la disponibilidad de agua dulce puede suponer un problema, sino también para muchos animales que viven en el agua.

Por ejemplo, los peces que pueblan las aguas dulces están sujetos a condiciones opuestas: al ser la concentración de su medio interno superior a la del medio externo, corren constantemente el riesgo de hincharse de agua debido a las reglas de la ósmosis, y además, de perder gran parte del patrimonio salino.

Por esta razón, en estos animales los riñones son esencialmente órganos filtrantes que empujan el agua al exterior, reteniendo sales. Para los peces marinos el problema es diferente: en general poseen fluidos orgánicos menos concentrados que el medio en el que viven y, por tanto, por las mismas reglas de la ósmosis, tienden a deshidratarse. Aparentemente, la solución más obvia sería equilibrar las pérdidas bebiendo agua. Pero, dado que el agua del mar es salada, cada sorbo incrementaría el porcentaje de sales presentes en el pez. Los organismos han resuelto el problema eliminando, en la mayoría de los casos, el exceso de sales absorbidas al beber a través de las branquias. Las glándulas de la sal presentes a la altura del ojo de las tortugas marinas, o en muchas especies de aves marinas, tienen como misión segregar cloruro de sodio en una concentración doble respecto a la existente en el agua de mar, para evitar las peligrosas consecuencias de una acumulación excesiva.

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Propiedades del agua

La molécula de agua presenta una serie propiedades que son de obligado estudio para poder llegar a entenderla y apreciar su importancia en el mundo vivo.

- Propiedades del agua

Las principales propiedades del agua son:

+ Elevada cohesión molecular

La íntima unión entre las moléculas, a través de los enlaces de hidrógeno, permite al agua ser un fluido dentro de un amplio margen de temperatura. Es, además un líquido incompresible al mantener constante su volumen aunque se apliquen fuertes presiones.

+ Elevada tensión superficial

Las moléculas de la superficie del agua experimentan fuerzas de atracción netas hacia el interior del líquido. Esto favorece que dicha superficie oponga gran resistencia a ser traspasada, y origina una "película superficial" que actúa como una tensa membrana.

+ Elevada fuerza de adhesión

Las moléculas de agua tienen gran capacidad de adherirse a las paredes de conductos de diámetros pequeños, ascendiendo en contra de la acción de la gravedad. Este fenómenos se conoce con el nombre de capilaridad.

+ Elevado calor latente

Las moléculas de agua han de absorber o ceder gran cantidad de calor para cambiar de estado físico. Este calor no produce alteración en la temperatura del agua.

+ Elevado calor específico

Las moléculas de agua pueden absorber gran cantidad de calor sin elevar notablemente por ellos su temperatura, ya que parte de la energía es empleada en romper los enlaces de hidrógeno.

+ Elevado calor de evaporación

Cuando el agua pasa de estado líquido a estado gaseoso, necesita absorber mucho calor para romper todos los enlaces de hidrógeno. Gracias a esta propiedad, se puede eliminar gran cantidad de calor con poca pérdida de agua.

+ Densidad

El agua en estado líquido es más densa que en estado sólido.

+ Elevada constante dieléctrica

Esta propiedad indica la tendencia del agua a oponerse a las atracciones electrostáticas entre iones positivos y negativos. Este factor, superior al de otros disolventes líquidos, favorece la disolución en redes cristalinas.

+ Bajo grado de ionización

En el agua líquida existe una pequiñísimas cantidad de moléculas ionizadas (disociadas en sus iones).

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El agua de la materia viva

El agua es la molécula más abundante de la materia viva. La cantidad de agua en los seres vivos oscila entre el 20% en tejidos óseos hasta el 85% en determinadas células como las cerebrales. El contenido de agua es superior en células embrionarias, y va disminuyendo con el envejecimiento celular.

Los organismos pueden obtener el agua directamente del medio ambiente (agua exógena) o generarla a partir de otras moléculas orgánicas mediante diferentes reacciones bioquímicas (agua endógena o metabólica).

- Características de la molécula de agua

+ Moléculas de agua: dos átomos de hidrógeno y uno de exígeno

La molécula de agua está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, unidos por enlaces covalentes simples que forman un ángulo de 104.5º.

+ Eléctricamente neutra

La molécula de agua es eléctricamente neutra, aunque sus átomos tienen diferentes valores de electronegatividad o capacidad para atraer a los electrones. El átomo de oxígeno es más electronegativo que el de hidrógeno; por ello, los electrones de los enlaces entre estos dos átomos están desplazados hacia el oxígeno. Este desplazamiento da lugar a un exceso de carga negativa sobre el átomo de oxígeno, y un exceso de carga positiva sobre los dos átomos de hidrógeno; este exceso recibe el nombre de densidad de carga.

+ Carácter polar de la molécula de agua

Esta distribución espacial de cargas eléctricas se define como momento dipolar, y da lugar a una molécula caracterizada por la ausencia de carga neta en la que se establece un dipolo y, además, adquiere carácter polar.

+ Enlaces o puentes de hidrógeno

Debido a su carácter polar, las moléculas de agua pueden interaccionar entre sí mediante atracciones electrostáticas, estableciendo enlaces o puentes de hidrógeno. Cada átomo de oxígeno, con densidad de carga negativa, ejerce atracción sobre cada una de las cargas parciales positivas de los átomos de hidrógeno de otras moléculas; así, cada molécula de agua puede formar hasta cuatro enlaces de hidrógeno: dos por medio de cada uno de sus átomos de hidrógeno, y otros dos gracias a su átomo de oxígeno. Igualmente, pueden formar enlaces de hidrógeno con otras moléculas polares o iones.

+ Fluido en estado líquido y calor de vaporización superior

A pesar de la relativa debilidad de los enlaces de hidrógeno, su presencia confiere una estructura interna al agua que permite explicar alguna de sus características más importantes. Por ejemplo, que sea un fluido en estado líquido a temperatura ambiente, o que posea un calor de vaporización superior al que cabría esperar en moléculas covalentes con similar masa molecular. La estabilidad de los enlaces de hidrógeno disminuye al aumentar la temperatura; pero en el caso del agua, a 100 ºC todavía están presentes.

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