¿Qué es el agua?

Agua

El agua  es un compuesto que se forma a partir de la unión, mediante enlaces covalentes, de dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno; su fórmula molecular es H2O y se trata de una molécula muy estable.

En la estructura de la molécula los dos átomos de hidrógeno y el de oxígeno están dispuestos en un ángulo de 105°, lo cual le confiere características relevantes.

Es una molécula dipolar – en la que el átomo de oxígeno central comparte un par de electrones con cada uno de los dos átomos de hidrógeno – con un exceso de carga negativa junto al oxígeno, compensada por otra positiva repartida entre los dos átomos de hidrógeno.

Puesto que los átomos de hidrógeno y oxígeno en la molécula contienen cargas opuestas, moléculas de agua vecinas se atraen entre sí.  Esta estructura permite que muchas moléculas iguales se unan con gran facilidad, formando enormes cadenas que constituyen el líquido que da la vida a nuestro planeta.

El agua es una sustancia elemental que permite la vida en nuestro planeta, es un líquido incoloro, inodoro e insípido, que en grandes masas adquiere un color azul.

La composición y estructura molecular del agua son responsables de las propiedades físico-químicas que la distinguen de otras sustancias.

Estados físicos

El agua es una sustancia que se encuentra en el ambiente en cualquiera de  los tres estados de la materia sólido, líquido y gaseoso.

En su estado sólido, presenta menor densidad que en su fase líquida, forma estructuras ordenadas en las que cada molécula de agua queda establemente unida a otras cuatro moléculas.

En su estado líquido, las moléculas tienen una elevada fuerza de cohesión que las mantiene dinámicamente unidas, consecuencia de la rápida formación y ruptura de los enlaces entre estas moléculas.

Finalmente, en su fase gaseosa, las moléculas se encuentran muy separadas y en desorden.

¿Sabías que…?

Cuando existe una temperatura de 0.01°C y una presión de 0.00603 atmósferas, ocurre un fenómeno llamado punto triple del agua, en el que al mismo tiempo ocurren los tres estados físicos.

Otro fenómeno interesante es el punto crítico, en el que a una temperatura de 347°C y una presión de 217.5 atmósferas, las moléculas de agua son inestables ya que no se distingue entre la fase líquida y gaseosa.

Ciclo del agua

El ciclo del agua no se inicia en un lugar específico pero, para esta explicación, asumimos que comienza en los océanos. El sol, que dirige el ciclo del agua, calienta el agua de los océanos, la cual sube hacia la atmósfera como vapor de agua. Corrientes ascendentes de aire llevan el vapor a las capas superiores de la atmósfera, donde la menor temperatura causa que el vapor de agua se condense y forme las nubes. Las corrientes de aire mueven las nubes sobre el globo, las partículas de nube colisionan, crecen y caen en forma de precipitación. Parte de esta precipitación cae en forma de nieve, que se llega a acumular en capas de hielo y en los glaciares -que pueden almacenar agua congelada por millones de años. En los climas más cálidos, la nieve acumulada se funde y derrite cuando llega la primavera. La nieve derretida corre sobre la superficie del terreno como agua de deshielo. La mayor parte de la precipitación cae en los océanos o sobre la tierra donde, debido a la gravedad, corre sobre la superficie como escorrentía superficial. Una parte de esta escorrentía alcanza los ríos en las depresiones del terreno; en la corriente de los ríos el agua se transporta de vuelta a los océanos. El agua de escorrentía y el agua subterránea que brota hacia la superficie se acumula y almacena en los lagos de agua dulce.

No toda el agua de lluvia fluye hacia los ríos, una gran parte es absorbida por el suelo como infiltración. Parte de esta agua permanece en las capas superiores del suelo y vuelve a los cuerpos de agua y a los océanos como descarga de agua subterránea. Otra parte del agua subterránea encuentra aperturas en la superficie terrestre y emerge como manantiales de agua dulce. El agua subterránea que se encuentra a poca profundidad es tomada por las raíces de las plantas y transpirada a través de la superficie de las hojas, regresando a la atmósfera. Otra parte del agua infiltrada alcanza las capas más profundas de suelo y recarga los acuíferos (roca subsuperficial saturada), que almacenan grandes cantidades de agua dulce por largos períodos. A lo largo del tiempo, esta agua continua moviéndose, y parte de ella retornará a los océanos, donde el ciclo del agua se cierra… para comenzar de nuevo.

El U.S. Geological Survey (USGS) ha identificado  15 componentes en el ciclo del agua : agua almacenada en los océanos, evaporación, agua en la atmósfera, condensación, precipitación, agua almacenada en hielos y en la nieve, agua de deshielo, escorrentía superficial, corriente de agua, agua dulce almacenada, infiltración, descarga de agua subterránea, manantiales, transpiración, agua subterránea almacenada y distribución global del agua.

Agua en los océanos

La cantidad de agua “almacenada” en los océanos por largos períodos de tiempo es mucho mayor a la que actualmente se encuentra en movimiento en el ciclo del agua. Se estima que, de los 1,380,000,000 kilómetros cúbicos de agua en la Tierra,  alrededor de un 96.5% está almacenado en los océanos. También se estima que éstos proveen un 90% del agua que se evapora hacia la atmósfera.

Durante los períodos de clima más frío se forman grandes capas de hielo y glaciares; mientras mayor sea la cantidad de agua que se acumula en forma de hielo, menor será el agua disponible en las otras componentes del ciclo. Lo contrario sucede durante los períodos más cálidos. Durante las últimas glaciaciones, los glaciares cubrieron casi un tercio de la superficie terrestre y los océanos eran aproximadamente 120 metros más bajos de lo que son hoy día. Alrededor de 3 millones de años atrás, cuando la Tierra era más cálida, los océanos podrían haber estado 50 metros por encima del nivel medio actual.

Existen corrientes en los océanos que mueven grandes masas de agua alrededor de la Tierra. Estos movimientos tienen una gran influencia en el ciclo del agua y el clima. La Corriente del Golfo es una corriente cálida del Océano Atlántico que mueve agua desde el Golfo de México, a través del Océano Atlántico, hacia Gran Bretaña. A una velocidad de 97 kilómetros por día, la Corriente del Golfo mueve 100 veces más agua que todos los ríos sobre la Tierra. Proveniente de climas más cálidos, la Corriente del Golfo mueve agua cálida hacia el Atlántico Norte, lo cual afecta el clima de algunas áreas, por ejemplo, el oeste de Inglaterra.

Evaporación

La evaporación es el principal proceso mediante el cual el agua cambia de estado líquido a gaseoso. Es el proceso por el cual el agua líquida de los océanos ingresa a la atmósfera, en forma de vapor, regresando al ciclo del agua. Diversos estudios han demostrado que los océanos, mares, lagos y ríos proveen alrededor del 90% de humedad a la atmósfera vía evaporación; el restante 10% proviene de la transpiración de las plantas.

El calor (energía) es necesario para que ocurra la evaporación. La energía rompe los enlaces que mantienen unidas a las moléculas de agua; es por esto que el agua se evapora más fácilmente en el punto de ebullición (100º C, 212º F), pero se evapora más lentamente en el punto de congelamiento. Cuando la humedad relativa del aire es del 100% —que es el punto de saturación—, la evaporación no puede continuar ocurriendo. El proceso de evaporación toma calor del ambiente, motivo por el cual el agua que se evapora de la piel durante la transpiración nos refresca.

La evaporación desde los océanos es el principal proceso por el cual el agua ingresa a la atmósfera. La gran superficie de los océanos (alrededor del 70% de la superficie terrestre esta cubierta por océanos) propicia la ocurrencia de la evaporación a gran escala. A escala global, la misma cantidad de agua que es evaporada vuelve a la Tierra como precipitación. Esto, sin embargo, varia geográficamente. Sobre los océanos, la evaporación es más común que la precipitación, mientras que sobre la tierra, la precipitación supera a la evaporación. La mayor parte del agua que se evapora de los océanos cae de vuelta sobre los mismos. Solamente un 10% del agua evaporada desde los océanos es transportada hacia tierra firme y cae como precipitación. Una vez evaporada, una molécula de agua permanece alrededor de diez días en el aire.

Almacenamiento de agua en la atmósfera

Si bien la atmósfera no es un importante almacenador de agua, sí es una vía rápida que el agua utiliza para moverse por el globo terráqueo. Siempre hay agua en la atmósfera. Las nubes son la forma más visible del agua en la atmósfera, pero hasta el aire contiene partículas de agua demasiado pequeñas para ser visibles. El volumen de agua en la atmósfera en cualquier momento es alrededor de 12,900 kilómetros cúbicos. Si toda el agua de la atmósfera cayera como lluvia al mismo tiempo, cubriría la superficie terrestre con una capa de agua de 2.5 cm de espesor.

Condensación

La condensación es el proceso por el cual el vapor de agua del aire se transforma en agua líquida. La condensación es importante para el ciclo del agua, ya que forma las nubes. Estas nubes pueden producir precipitación, la cual es la principal forma en que el agua regresa a la Tierra. La condensación es lo opuesto a la evaporación.

La condensación es responsable también de la niebla, de que se empañen tus lentes cuando pasas de un cuarto frío a uno más cálido, de la humedad del día, de las gotas que escurren por el lado de afuera de tu vaso y de las gotas que se forman del lado de dentro de las ventanas cuando el día esta frío.

Condensación en el aire

Incluso en aquellos días en que el cielo esta completamente despejado de nubes, el agua sigue presente en forma de vapor de agua y gotas demasiado pequeñas como para ser vistas. Las moléculas de agua se combinan con diminutas partículas de polvo, sales y humo para formar gotas de nube, que crecen y forman las nubes. Cuando las gotas de nube se juntan entre sí crecen en tamaño, formándose las nubes, y es cuando  la precipitación puede ocurrir.

¿Por qué hace más frío a medida que nos desplazamos hacia arriba en la atmósfera?

Las nubes se forman en la atmósfera porque el aire que contiene el vapor de agua se eleva y enfría. Lo crucial de este proceso es que el aire cercano a la Tierra es calentado por la radiación solar. La razón por la que el aire se enfría sobre la superficie terrestre es la presión de aire. El aire tiene peso; a nivel del mar, el peso de la columna de aire que esta encima de nuestra cabeza es de alrededor de 32 kilogramos por pulgada cuadrada. La presión, llamada presión barométrica, es resultado de la densidad del aire que está por encima nuestro. A mayores altitudes hay una menor cantidad de aire y, por eso, una menor cantidad de aire ejerciendo presión. A mayores altitudes, la presión barométrica es menor, y el aire es menos denso. Esto provoca el enfriamiento del aire.

Precipitación

La precipitación es agua liberada desde las nubes en forma de lluvia, aguanieve, nieve o granizo. Es el principal proceso por el cual el agua retorna a la Tierra. La mayor parte de la precipitación cae como lluvia.

¿Cómo se forman las gotas de lluvia?

Las nubes contienen vapor de agua y gotas de nube, que son demasiado pequeñas como para caer en forma de precipitación aunque lo suficientemente grandes como para formar nubes visibles. El agua esta continuamente evaporándose y condensándose en el cielo. Si observas de cerca una nube, verás algunas partes desaparecer (evaporarse) y otras partes crecer (condensarse). La mayor parte del agua condensada no cae como precipitación, debido a las ráfagas de aire ascendente que soportan a las nubes. Para que ocurra la precipitación, primero deben condensarse pequeñas gotitas. Las gotas de agua chocan y producen gotas de mayor tamaño que son lo suficientemente pesadas como para caer de la nube en forma de precipitación. Hacen falta muchas gotas de nube para producir una gota de lluvia.

La tasa de precipitación varia geográficamente y a lo largo del tiempo

La cantidad de precipitación varía a lo largo del mundo, de los países, incluso dentro de una misma ciudad. Por ejemplo, en Atlanta, Georgia (Estados Unidos), las tormentas de verano pueden producir una pulgada o más de lluvia en una calle y dejar secas otras áreas no muy lejanas. Sin embargo, la cantidad de lluvia que cae en el estado de Georgia durante un mes es más de la que cae en la ciudad de Las Vegas, Nevada, a lo largo de un año. El record mundial promedio de lluvia anual pertenece a Mt. Waialeale, Hawai, donde el promedio es 1,140 cm por año. Como algo excepcional se registro en este lugar 1,630 cm de lluvia durante un período de 12 meses, lo que corresponde a casi 5 c. por día. En contraste a esa precipitación excesiva tenemos Arica, Chile, donde no llovió en 14 años.

El siguiente mapa muestra la precipitación anual promedio del mundo. Las áreas verde claro pueden ser consideradas “desiertos”. Seguramente esperabas que el Sahara en África fuese un desierto pero, ¿pensaste que gran parte de Groenlandia y la Antártida fuesen desiertos?

 Agua almacenada en los hielos y la nieve

Capas de hielo en el mundo

El agua que es almacenada por largos períodos de tiempo en el hielo, la nieve o los glaciares, también forma parte del ciclo del agua. La mayor parte de la masa de hielo de la Tierra, alrededor del 90%, se encuentra en la Antártida, mientras que el 10% restante se encuentra en Groenlandia. La capa de hielo de Groenlandia es una interesante parte del ciclo del agua. La capa ha aumentado su tamaño, alrededor de 2.5 millones de kilómetros cúbicos, a lo largo del tiempo debido a que cae más nieve de la que se derrite. La capa de hielo presenta un grosor promedio de 1,500 metros, pero puede tener hasta 4,300 metros de grosor. El hielo es tan pesado que la tierra que está por debajo ha sido presionada hasta adquirir una forma curva.

El hielo y los glaciares vienen y se van

A escala global el clima esta cambiando continuamente, pero generalmente no lo hace lo suficientemente rápido como para que lo notemos. Hubo períodos cálidos, como cuando vivían los dinosaurios hace alrededor de 100 millones de años. También hubo muchos períodos fríos, como durante la última Edad de Hielo aproximadamente 20,000 años atrás. En este período, Canadá, la mayor parte del norte de Asia y Europa y algunas regiones de Estados Unidos se encontraban cubiertas por glaciares.

Algunos hechos sobre los glaciares y las capas de hielo

1. Los glaciares cubren de un 10 a 11% de toda la superficie de la Tierra.
2. Si el día de hoy todos los glaciares se derritieran, el nivel del mar subiría alrededor de 70 metros. (Fuente: Centro Nacional de Datos de Nieve y Hielo)
3. Durante la última Edad de Hielo el nivel del mar se encontraba aproximadamente más de 122 metros abajo que en la actualidad y los glaciares cubrían casi un tercio de la superficie terrestre.
4. Durante el ultimo período cálido, hace 125,000 años, los mares estaban alrededor de 5.5 metros  arriba del nivel al que están el día de hoy. Hace casi tres millones, los mares podrían haber estado 50.3 metros más arriba.

El agua de deshielo fluye hacia los cursos del agua

A nivel mundial, la escorrentía producida por el derretimiento de la nieve es una parte importante del movimiento del agua en la Tierra. En los climas fríos, la mayor parte del caudal de los ríos durante la primavera proviene de la nieve y del hielo derretidos. Además de las inundaciones, el rápido derretimiento de la nieve puede causar deslizamientos de tierra y desplazamiento de materiales sólidos.

Una buena forma de comprender la manera en que el deshielo afecta los caudales de los ríos consiste en observar el hidrograma que se muestra aquí abajo. Este hidrograma muestra el caudal diario promedio del río North Fork, registrado durante 4 años en la Represa North Fork en California. Los picos más altos de la gráfica se deben principalmente al resultado del deshielo. Compara y verás que el promedio diario mínimo durante marzo de 2000 fue de 1,200 pies cúbicos por segundo, mientras que durante agosto el caudal varió entre 55-57 pies cúbicos por segundo.

Escorrentía superficial

La escorrentía superficial es la lluvia que corre sobre el terreno hacia la corriente de agua más cercana.

La mayor parte de las personas piensan que la lluvia cae sobre la tierra, fluye sobre ella y corre hacía los ríos, los cuales se descargan a los océanos. Esto es algo simplificado, ya que los ríos también ganan y pierden agua a través del suelo. Sin embargo, la mayor parte del agua de los ríos proviene directamente de la escorrentía que fluye por la superficie, que es denominada escorrentía superficial.

Parte de la lluvia que cae es absorbida por el suelo pero, cuando cae sobre suelo saturado o impermeable, comienza a correr sobre la superficie siguiendo la pendiente de la misma. El agua corre por canales a medida que se dirige a los grandes ríos. Esta imagen muestra un ejemplo de cómo la escorrentía superficial entra en una pequeña cañada; en este caso, la escorrentía corre sobre suelo desnudo, arrastrando consigo gran cantidad de sedimento que es depositado en el río. El agua de escorrentía que está ingresando a esta cañada está comenzando su viaje de retorno al océano.

Como sucede en todas las partes del ciclo del agua, la relación entre precipitación y escorrentía superficial varía de acuerdo al tiempo y a la geografía. Tormentas similares en la selva Amazónica y en el desierto del suroeste de Estados Unidos tendrán distintos efectos. La escorrentía superficial es afectada por factores meteorológicos y por la geología física y topografía del lugar. Únicamente un tercio de la lluvia que cae corre en forma de escorrentía hacia los océanos; la fracción restante se evapora o es absorbida por el suelo pasando a formar parte del agua subterránea.

Corriente de agua

La Corriente de agua es el movimiento de agua en su canal natural, como un río. El U.S. Geological Survey utiliza el término para referirse a la cantidad de agua que corre en un río, arroyo o cañada.

Importancia de los ríos

Los ríos son necesarios para abastecerse de agua potable y agua de riego, para producir electricidad, para eliminar residuos (en el mejor de los casos, residuos tratados), para transportar mercancías y para obtener alimentos. Los ríos son los principales ambientes donde se desarrollan plantas y animales. Los ríos ayudan a mantener los acuíferos llenos de agua, ya que descargan agua hacia los mismos a través de sus lechos. Y los océanos se mantienen con agua gracias a que los ríos y la escorrentía continuamente están descargando agua en ellos.

Las cuencas y los ríos

Cuando se piensa en un río es importante pensar en su cuenca. ¿Qué es una cuenca?. Si estás parado sobre tierra en este momento, mira hacia abajo. Tú y todas las personas están paradas sobre una cuenca. La cuenca es el área dentro de la que toda el agua que cae se dirige hacia un mismo punto. Las cuencas pueden ser tan chicas como la huella de una pisada en el barro o tan grandes como para incluir a toda la porción de tierra que drena hacia el río Mississippi en el punto que desemboca en el Golfo de México. Cuencas pequeñas se encuentran dentro de cuencas más grandes. Las cuencas son muy importantes; los cuerpos de agua se ven afectados por lo que sucede en en sus cuencas, ya sea por causas naturales o provocado por el hombre.

La corriente de los cursos de agua está siempre cambiando

La corriente está siempre cambiando, día tras día, incluso minuto a minuto. La escorrentía en la cuenca producida por la lluvia es el principal factor que afecta a la corriente. La lluvia provoca el crecimiento de los ríos. Un río puede crecer aunque la lluvia se haya producido en un punto mucho más alto de la cuenca, ya que toda el agua que cae en una cuenca drena eventualmente hacia un mismo punto.

El tamaño de un río depende del tamaño de su cuenca. Los grandes ríos presentan cuencas grandes y los pequeños, cuencas pequeñas. De la misma forma, ríos de distintos tamaños reaccionan de manera distinta frente a las tormentas y las lluvias. El nivel de los grandes ríos aumenta y disminuye de una forma más lenta que el de los de menor tamaño. En una cuenca pequeña, la crecida y la vuelta al nivel normal del agua se produce posiblemente en cuestión de horas o minutos. A los grandes ríos les llevará muchas horas este proceso, por lo que las inundaciones pueden durar varios días.

Almacenamiento de agua dulce

El agua superficial incluye los arroyos, estanques, lagos, reservorios (lagos creados por el hombre) y humedales de agua dulce.

La cantidad de agua en los ríos y lagos está permanentemente cambiando debido a las entradas y salidas del agua al sistema. El agua que entra proviene de las precipitaciones, de la escorrentía superficial, del agua subterránea que se filtra hacia la superficie y de los ríos tributarios. La pérdida de agua de los lagos y ríos se debe a la evaporación y a la descarga hacia aguas subterráneas. Los seres humanos también usan el agua superficial para satisfacer sus necesidades. La cantidad y localización del agua superficial varía en el tiempo y el espacio, ya sea por causas naturales o debido a la acción del hombre.

El agua superficial mantiene la vida

La vida puede darse en el desierto siempre y cuando haya disponibilidad de agua superficial o subterránea. El agua superficial realmente mantiene la vida. Además, el agua subterránea existe debido al descenso del agua superficial hacia los acuíferos. El agua dulce es relativamente escasa en la superficie de la Tierra: únicamente un 3% del agua en la Tierra es dulce y los lagos y estanques de agua dulce constituyen un 0.29% del agua dulce de la Tierra. El 20% de toda el agua dulce se encuentra en un único lago: el Lago Baikal en Asia, y otro 20% está almacenado en los Grandes Lagos (Hurón, Michigan y Superior). Los ríos contienen únicamente un 0.006% de todas las reservas de agua dulce. La vida en la Tierra se mantiene con el equivalente a una gota en la cubeta del total de agua en el planeta.

 Infiltración

El agua subterránea comienza como precipitación

La infiltración es el movimiento descendente del agua desde la superficie de la Tierra hacia el suelo o las rocas porosas. En cualquier parte del mundo, una porción del agua que cae como precipitación y nieve se infiltra hacia el suelo subsuperficial y hacia las rocas. La cantidad infiltrada depende de un gran número de factores. La infiltración de la precipitación que cae sobre la capa de hielo en Groenlandia puede ser muy pequeña mientras que, como muestra esta figura del arroyo desapareciendo dentro de un cueva en Georgia, un arroyo puede transformarse directamente en agua subterránea.

Parte del agua que se infiltra permanece en las capas más superficiales del suelo y puede volver a entrar a un curso de agua debido a que se filtra hacia el mismo. Otra parte del agua puede infiltrarse a mayor profundidad, recargando así los acuíferos subterráneos. Si los acuíferos son lo suficientemente porosos y poco profundos como para permitir que el agua se mueva libremente a través de ellos, pueden realizaser perforaciones en el suelo y utilizar el agua para satisfacer las necesidades de las personas. El agua puede viajar largas distancias o permanecer por largos períodos como agua subterránea antes de retornar a la superficie o filtrarse hacia otros cuerpos de agua, como océanos o arroyos.

Agua subsuperficial

El agua, al infiltrarse en el suelo subsuperficial, generalmente va formando una zona no saturada y otra saturada. En la zona de no saturación hay algo de agua presente en las aperturas del material subsuperficial, pero el suelo no se encuentra saturado. La parte superior de la zona no saturada es la zona del suelo. La zona del suelo presenta espacios creados por las raíces de las plantas que permiten que la precipitación se infiltre dentro del suelo. Por debajo de la zona no saturada se encuentra una zona saturada, donde el agua ocupa por completo los espacios que se encuentran entre las partículas del suelo y las rocas. Las personas pueden realizar perforaciones para extraer el agua que se localiza en esta zona.

Descarga de agua subterránea

El agua subterránea es, en muchos casos, el principal contribuyente de los cursos de agua. Las personas han utilizado el agua subterránea por cientos de años y lo continúan haciendo hasta el día de hoy, principalmente para beber y para riego. La vida en la Tierra depende del agua subterránea tanto como depende del agua superficial.

El agua subterránea fluye bajo la superficie

Una porción de la precipitación que cae sobre la tierra se infiltra en el suelo y pasa a formar parte del agua subterránea. Una vez en el suelo, parte de esta agua se mueve cerca de la superficie de la tierra y emerge rápidamente, siendo descargada en los lechos de las corrientes de agua pero, debido a la gravedad, una gran parte de ésta continúa moviéndose hacia zonas más profundas.

Como muestra el diagrama superior, la dirección y velocidad del movimiento del agua subterránea están determinadas por varias características del acuífero y de las capas confinadas del suelo (donde el agua tiene dificultad en penetrar). El movimiento del agua por debajo de la superficie depende de la permeabilidad (qué tan fácil o difícil es el movimiento del agua) y de la porosidad (la cantidad de espacio abierto en el material) de la roca subsuperficial. Si la roca permite que el agua se mueva de una forma relativamente libre dentro de ella, el agua puede moverse distancias significativas en un corto período de tiempo. Pero el agua también puede moverse hacia acuíferos más profundos, desde donde demorará años en volver a ser parte del ambiente.

Manantiales

Un manantial resulta cuando un acuífero se llena hasta el punto en que el agua se desborda hacia la superficie de la tierra. Los manantiales varían en tamaño: hay desde pequeños manantiales -que únicamente fluyen después de grandes lluvias- hasta grandes piscinas -donde fluyen millones de litros de agua diariamente.

Los manantiales pueden formarse en cualquier tipo de roca pero se encuentran principalmente en las calizas y dolomitas. Este tipo de roca se disuelve fácilmente con la lluvia y se fractura. El agua resultante es ácida. A medida que la roca se disuelve y fractura, se forman espacios que permiten que el agua fluya. Si el flujo es horizontal, éste puede alcanzar la superficie de la tierra, resultando en un manantial.

El agua de un manantial no siempre es transparente

El agua de un manantial generalmente es transparente, aunque en algunos casos puede presentar cierto color marrón que se debe a que el agua ha estado en contacto con minerales. En Florida (Estados Unidos), muchas aguas superficiales contienen taninos ácidos naturales que provienen de la materia orgánica de las rocas subterráneas: el agua se tiñe cuando entra en contacto con estas rocas. La descarga de agua de un manantial fuertemente coloreado puede indicar que el agua está fluyendo rápidamente por grandes canales dentro del acuífero sin estar siendo filtrada a través de la roca caliza.

Manantiales termales

Los manantiales termales son manantiales comunes, salvo que el agua está tibia o en algunos casos caliente, como en los lodos burbujeantes del Parque nacional de Yellowstone en Wyoming, Estados Unidos. Muchos manantiales termales se encuentran en regiones con actividad volcánica reciente y su agua es caliente debido a que ha estado en contacto con rocas que se encuentran a altas temperaturas, ubicadas en las zonas más profundas. Las rocas se vuelven más calientes a medida que aumenta la profundidad y, si el agua subterránea profunda alcanza una gran grieta que ofrece un camino hacia la superficie, se puede producir un manantial termal. Los famosos Manantiales Tibios de Georgia y los Manantiales Calientes de Arkansas son de este tipo. Los manantiales termales se encuentran en todo el mundo, incluso pueden coexistir con los glaciares, como en Groenlandia.

Transpiración y las hojas de las plantas

La transpiración es el proceso por el cual el agua es llevada desde las raíces hasta pequeños poros que se encuentran en la cara inferior de las hojas, donde se transforma en vapor de agua y se libera a la atmósfera. La transpiración es esencialmente la evaporación del agua desde las hojas de las plantas. Se estima que alrededor de 10% de la humedad de la atmósfera proviene de la transpiración de las plantas.

Durante la estación de crecimiento, una hoja transpirará una cantidad de agua mucho mayor a su propio peso. Un acre plantado con maíz produce de 11,400 a 15,100 litros de agua por día y un roble grande puede transpirar alrededor de 151,000 litros por año.

Factores atmosféricos que afectan la transpiración

La cantidad de agua que transpiran las plantas varía según la región geográfica y a través del tiempo. Hay varios factores que determinan las tasas de transpiración:

1. Temperatura. La tasa de transpiración aumenta a medida que aumenta la temperatura, especialmente durante la estación de crecimiento, cuando el aire es más cálido.
2. Humedad relativa. A medida que aumenta la humedad del aire que rodea a la planta, la tasa de transpiración disminuye. Es más fácil para el agua evaporarse hacia el aire seco que hacia el aire saturado.
3. Viento y movimiento del aire. El aumento en el movimiento del aire que rodea a la planta provocará una mayor transpiración
4. Tipos de planta. Las distintas plantas presentan distintas tasas de transpiración. Algunas de las plantas que crecen en las zonas áridas, como los cactus, conservan la tan preciada agua transpirando menos.

Agua subterránea almacenada

El agua almacenada forma parte del ciclo del agua; el agua debajo de la tierra ha estado ahí por millones de años.

El suelo almacena grandes cantidades de agua. Esta agua sigue moviéndose, aunque de manera muy lenta, y sigue siendo parte del ciclo del agua. La mayor parte del agua del suelo proviene de la lluvia que se infiltra a través de la superficie del suelo. La capa superior del suelo es la zona no saturada, donde las cantidades de agua varían con el tiempo pero no alcanzan a saturar el suelo. Por debajo de esta capa se encuentra la zona de saturación, donde todos los poros, grietas y espacios entre las partículas de roca se encuentran llenos de agua. El término agua subterránea se utiliza para describir esta zona. Otro término para el agua subterránea es “acuífero”. Los acuíferos son los grandes almacenes de agua en la Tierra: muchas personas alrededor de todo el mundo dependen del agua subterránea en su diario vivir.

Nubes

Las nubes se forman por el enfriamiento del aire que provoca que el vapor de agua (invisible) se condense en gotitas o partículas de hielo (visibles).

La primera fase del ciclo hidrológico es la evaporación, la cual tiene lugar principalmente en la superficie del mar, en especial en las zonas cálidas. Esta agua, en forma de vapor, pasa a la atmósfera y origina la formación de nubes, que serán las responsables de la precipitación. Las nubes son la forma condensada de la humedad atmosférica, compuesta de pequeñas gotas de agua o diminutos cristales de hielo. Son el principal fenómeno atmosférico visible y representan un paso transitorio, aunque vital, en el ciclo del agua. Este ciclo incluye la evaporación de la humedad desde la superficie de la Tierra, su transporte hasta niveles superiores de la atmósfera, la condensación del vapor de agua en masas nubosas y el retorno final del agua a la tierra en forma de precipitaciones de lluvia y nieve. La formación de nubes se debe al enfriamiento del aire que provoca la condensación del vapor de agua en gotitas o partículas de hielo.

Las partículas que componen las nubes tienen un tamaño que varía entre 5 y 75 micras, (0.0005 cm y 0.008 cm). Son tan pequeñas que las corrientes verticales leves las sostienen en el aire. Las diferencias entre formaciones nubosas derivan, en parte, de las diferentes temperaturas de condensación. Cuando ésta se produce a temperaturas inferiores a la de congelación, las nubes suelen componerse de cristales de hielo. Las nubes que se forman en aire más cálido suelen estar compuestas de gotitas de agua. Sin embargo, en ocasiones, nubes “superenfriadas” contienen gotitas de agua a temperaturas inferiores a la de congelación.

El movimiento de aire asociado al desarrollo de las nubes también afecta su formación. Las nubes que se crean en aire en reposo tienden a aparecer en capas o estratos, mientras que las que se forman entre vientos o aire con fuertes corrientes verticales presentan un gran desarrollo vertical.

Las nubes desempeñan una función muy importante: modifican la distribución del calor solar sobre la superficie terrestre y en la atmósfera. En general, ya que la reflexión de la parte superior de las nubes es mayor que la de la superficie de la Tierra, la cantidad de energía solar reflejada al espacio es mayor en días nublados. Aunque las capas superiores de las nubes reflejan la mayor parte de la radiación solar, algo de ella penetra hasta la superficie terrestre, que la absorbe y la emite de nuevo. La parte inferior de las nubes es opaca para esta radiación terrestre de onda larga, por lo que la refleja de vuelta a la Tierra. El resultado es que la atmósfera inferior absorbe, en general, más energía calorífica en días nublados por la presencia de esta radiación atrapada. Por el contrario, en una día claro, la superficie de la Tierra absorbe inicialmente más radiación solar pero esta energía se disipa muy rápido por la ausencia de nubes. Sin considerar otros efectos meteorológicos relacionados, la atmósfera absorbe menos radiación en días claros que en días nublados.

La nubosidad tiene una influencia considerable en las actividades humanas. Por ejemplo, en los primeros tiempos de la aviación las nubes afectaban la visibilidad. Con el desarrollo del vuelo con instrumentos, que permite al piloto navegar en el interior de una nube grande, este obstáculo ha sido mitigado.

El primer estudio científico de las nubes se hizo en 1803, cuando el meteorólogo británico Luke Howard ideó un método para clasificarlas. Lo siguiente fue la publicación, en 1887, de un sistema de clasificación que más tarde sirvió de fundamento del Atlas Internacional de las Nubes de 1896. Este atlas se revisa y modifica regularmente, y se usa en todo el mundo. Las nubes suelen dividirse en cuatro familias principales según su altura: nubes altas, nubes medias, nubes bajas y nubes de desarrollo vertical (estas últimas se pueden extender a lo largo de todas las alturas). Estas cuatro divisiones pueden subdividirse en género, especie y variedad, describiendo en detalle el aspecto y el modo de formación de las nubes.

Se distinguen más de cien tipos diferentes de nubes. A continuación se describen sólo las familias principales y los géneros más importantes.

 Nubes altas

Compuestas por partículas de hielo, se ubican en altitudes medias de 8 kilómetros sobre la tierra. Esta familia contiene tres géneros principales:

1. Los cirros están aislados, tienen aspecto plumoso y en hebras, a menudo con ganchos o penachos y se disponen en bandas.
2. Los cirroestratos aparecen como un velo delgado y blanquecino; en ocasiones muestran una estructura fibrosa y, cuando están situados entre el observador y la Luna, dan lugar a halos.
3. Los cirrocúmulos forman globos y mechones pequeños y blancos parecidos al algodón; se colocan en grupos o filas.

Nubes medias

Las nubes medias están compuestas por gotitas de agua, tienen una altitud que varía entre 3 y 6 kilómetros sobre la tierra. Esta familia incluye dos géneros principales:

1. Los altos estratos parecen velos gruesos grises o azules, a través de los cuales el Sol y la Luna se ven como a través de un cristal traslúcido.
2. Los altocúmulos tienen el aspecto de globos densos, algodonosos y esponjosos un poco mayores que los cirrocúmulos. El brillo del Sol y la Luna a través de ellos puede producir una corona, o anillo coloreado, de diámetro mucho menor que un halo.

Nubes bajas

Las nubes bajas también están compuestas por gotitas de agua, suelen tener una altitud menor de 1.6 kilómetros. Este grupo comprende tres tipos principales:

1. Los estratocúmulos son grandes rollos de nubes de aspecto ligero y de color gris. Con frecuencia cubren todo el cielo. Debido a que la masa nubosa no suele ser gruesa, a menudo aparecen retazos de cielo azul entre el techo nuboso.
2. Los nimboestratos son gruesos, oscuros y sin forma. Son nubes de precipitación, desde las que casi siempre llueve o nieva.
3. Los estratos son capas altas de niebla; aparecen como un manto plano y blanco a alturas por lo general inferiores a los 600 metros. Cuando se fracturan por la acción del aire caliente en ascensión, se ve un cielo azul y claro.

Nubes de desarrollo vertical

Las nubes de desarrollo vertical alcanzan altitudes que varían desde menos de 1.6 a 13 kilómetros sobre la tierra. En este grupo se incluyen dos tipos principales:

1. Los cúmulos tienen forma de cúpula o de madejas de lana. Suelen verse durante el medio y el final del día, cuando el calor solar produce las corrientes verticales de aire necesarias para su formación. La parte inferior es en general plana y la superior redondeada, parecida a una coliflor.
2. Los cumulonimbos son oscuros y de aspecto pesado. Se alzan a gran altura como montañas y muestran a veces un velo de nubes de hielo, falsos cirros, con forma de yunque en su cumbre. Estas nubes tormentosas suelen producir aguaceros violentos e intermitentes.

El grupo de nubes anómalas incluye las nubes nacaradas, o de madreperla, con altitudes entre 19 y 29 kilómetros, y las nubes noctilucentes, con altitudes entre 51 y 56 kilómetros. Estas nubes, muy delgadas, pueden verse sólo entre el ocaso y el amanecer, en altas latitudes. El desarrollo de la aviación a gran altura ha introducido un nuevo grupo de nubes artificiales llamadas estelas de condensación, que están formadas por el vapor de agua condensado que es expulsado junto con otros gases por los motores de los aviones.

Del mismo modo que ocurre con la energía, la cantidad de agua que existe en la naturaleza es constante, lo que cambia es su forma.