El ciclo del agua o ciclo hidrológico es la circulación del agua en la Tierra cambiando entre los estados líquido, gaseoso y sólido. En este movimiento circulatorio el agua transita entre la hidrósfera, la atmósfera, la litósfera y la criosfera.
Este proceso es fundamental para la vida en la tierra debido a que una célula en gran porcentaje está compuesta de agua. En el ser humano el 60 % del cuerpo es agua, alcanzando el 70 % en el cerebro y el 90 % en los pulmones.
El ciclo del agua abarca toda la masa de agua planetaria, tanto superficial como subterránea, en ríos, océanos, el aire y en los seres vivos. Las propiedades del agua más relevantes para el ciclo hidrológico son su punto de ebullición y punto de congelación.
El punto de ebullición o temperatura a la cual pasa de líquido a gas es 100 ºC a nivel del mar (disminuye con la altura). Mientras que el punto de congelación o temperatura a la cual el agua pasa del estado líquido al sólido es de 0 ºC.
Otra propiedad destacada es su carácter de solvente universal, debido que es el líquido que más sustancias disuelve (iones y moléculas polares). El agua, que está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, tiene un polo positivo (hidrógenos) y uno negativo (oxígeno).
En el ciclo del agua este elemento pasa por seis etapas: evaporación y transpiración, condensación, precipitación, escorrentía, infiltración y circulación. La energía que impulsa al ciclo del agua es la energía solar, y otra fuerza fundamental es la gravedad, que posibilita la precipitación, la escorrentía y la infiltración.
[toc]
Etapas de ciclo del agua
Las etapas del ciclo del agua no son estrictamente secuenciales, es decir no toda molécula de agua pasa necesariamente por todas en cada vuelta del ciclo. La combinación de todas las etapas va conformando un flujo cerrado o ciclo que incluye la evaporación del agua y su circulación atmosférica.
Posteriormente, el agua se condensa y precipita, circula por los ríos o se acumula en lagos y océanos, donde ocurre nueva evaporación. Otra parte se escurre por el suelo, de esta una porción se evapora y otra se infiltra, acumula o circula de forma subterránea.
En promedio, cada 8 días se renueva toda el agua atmosférica y cada 16 a 180 días se renueva el agua de los ríos. En contraste, el agua en un lago o en un glacial permanece hasta por 100 años o más.
1- Evaporación y transpiración
La evaporación es la transformación del agua del estado líquido al gaseoso por aumento de su temperatura. Este aumento de temperatura es producto del calentamiento provocado por la radiación solar, principalmente ultravioleta.
Igualmente, el calor irradiado (radiación infrarroja) por la tierra y objetos que están sobre su superficie, contribuye al calentamiento del agua.
El agua se evapora cuando alcanza los 100 ºC o menos según sea la presión atmosférica. Esta gasificación del agua consiste en que las moléculas de agua se cargan de energía cinética aumentando su movimiento y expandiendo el agua.
Al separarse las moléculas entre sí, el agua pierde la coherencia que le asigna su propiedad de líquido y se rompe la tensión superficial. Al ser más ligera, el agua transformada en gas asciende hacia la atmósfera como vapor de agua.
Temperatura, humedad relativa y viento
En la casi totalidad de los casos el agua en los océanos, ríos y en el suelo no alcanza los 100 ºC, pero ocurre la evaporación, debido a que en una capa de agua hay moléculas que se calientan más que otras y rompen la tensión superficial, evaporándose.
Si el aire está muy seco (humedad relativa baja), las moléculas de agua que logren romper la tensión superficial tenderán a pasar más fácilmente al aire. Si por otra parte hay viento, este arrastrará la capa de vapor de agua que se acumula sobre el agua.
La mayor proporción de evaporación ocurre en los océanos, donde la tasa de evaporación es siete veces superior a la de la superficie terrestre.
Evaporación edáfica
Del agua que se infiltra en el suelo, una parte llega hasta la capa de agua subterránea (Zona saturada). Mientras que otra porción se calienta en su tránsito por la zona no saturada y se evapora volviendo a la superficie.
Transpiración
Las plantas necesitan agua para sus procesos metabólicos, la cual obtienen del suelo en la mayoría de los casos. Esto lo hacen por sus raíces y al llegar a las hojas, y una parte es empleada para el proceso de fotosíntesis.
No obstante, cerca del 95 % del agua absorbida por las plantas es liberada al ambiente en forma de vapor de agua en la transpiración. El vapor de agua se libera mediante los estomas en la epidermis foliar.
2- Condensación
Es el paso de un gas al estado líquido, lo cual ocurre sobre una superficie debido a la disminución de la temperatura. Al bajar la temperatura, las moléculas de agua disminuyen su energía cinética y se unen más entre sí para condensarse.
Este proceso requiere que existan partículas a las cuales el agua se adhiera y la temperatura de dichas partículas debe ser menor que la temperatura de saturación del agua. En estas condiciones se alcanza el punto de rocío o temperatura de rocío, es decir la temperatura a la que el agua se condensa.
Formación de nubes
El aire se eleva al calentarse y en este proceso arrastra al vapor de agua que se produce debido a la evaporación en la superficie terrestre. Cuando se eleva, su temperatura disminuye hasta alcanzar el punto de rocío y condensarse.
Así, se forman pequeñas gotas de agua que alcanzan entre 0,004 y 0,1mm de diámetro, que son arrastradas por el viento y terminan chocando entre sí. La acumulación de estos puntos de condensación forma las nubes que al alcanzar su saturación de agua generan la precipitación.
Escarcha
Si la temperatura es muy baja se genera escarcha, es decir una capa de escamas o agujas en pequeños fragmentos de hielo. Esta se produce por deposición directa del vapor de agua sobre una superficie, no por precipitación.
3- Precipitación
La precipitación es la caída del agua condensada en forma líquida o sólida desde la atmósfera hasta la superficie de la Tierra. Al acumularse el agua condensada en la atmósfera en forma de nubes va aumentando su peso, hasta no poder eludir la fuerza de gravedad.
Lluvia
La lluvia es la precipitación de agua en estado líquido, siendo muy importante ya que distribuye agua dulce sobre la superficie terrestre. El 91 % del agua que precipita regresa directamente a los océanos, el 9% va a las masas continentales para alimentar las cuencas volviendo al océano.
Nevada
Si la temperatura en las capas altas de la atmósfera es lo suficientemente baja, el agua condensada se cristaliza formando copos de nieve. Al aumentar de tamaño y acumularse terminan precipitando por acción de la fuerza de gravedad y originando las nevadas.
Granizo
Son piedras de hielo de 5 y 50 milímetros de diámetro o incluso mayores, que se forman en torno a partículas materiales suspendidas. Cuando el hielo acumulado en torno a la partícula alcanza suficiente peso, precipita.
4- Escorrentía
El agua que precipita puede caer directamente sobre un cuerpo de agua (estanque, río, lago u océano) o sobre el suelo. Igualmente los cuerpos de agua pueden rebosarse, es decir parte del agua contenida se escapa de los límites de contención.
Este proceso por el cual se genera una corriente de agua producto del rebosamiento de un contenedor o cauce se denomina escorrentía. Esta se genera cuando la cantidad de agua que precipita o rebosa el contenedor es superior a la capacidad de infiltración del suelo.
5- Infiltración
La infiltración es el proceso por el cual el agua penetra el suelo a través de sus poros y grietas. La tasa de infiltración o cantidad de agua que logra penetrar al interior del suelo en un tiempo dado depende de diversos factores.
Por ejemplo, en un suelo arenoso con partículas gruesas que dejan poros más grandes entre sí, la infiltración será mayor. Mientras que en un suelo arcilloso, que tiene partículas más finas, la infiltración es menor.
Capas del suelo
Los suelos están formados por distintos horizontes o capas dispuestas una sobre otra, cada una con características propias. Existen suelos cuyo horizonte superficial u horizonte A es muy permeable, mientras que alguno de los horizontes inferiores lo es menos.
Si el agua infiltrada se encuentra con una capa impermeable, se acumula sobre ella o circula horizontalmente. Esto forma los cuerpos de agua subterráneos o acuíferos, que son de gran importancia como suministro de agua dulce.
Se estima que la cantidad de agua subterránea a nivel mundial es 20 veces más que la que el agua superficial de la Tierra. Esta masa de agua es la que mantiene el caudal de base de los ríos y provee de agua a las plantas.
Manantiales
El agua acumulada en el subsuelo puede encontrar vías de salida al exterior y formar manantiales. Es decir una fuente natural de agua que brota de la tierra formando estanques o ríos.
6- Circulación
Gran parte del agua está contenida en los océanos, lagos y depósitos subterráneos, o congelada en los polos o en las altas montañas. Sin embargo, una porción relevante se encuentra en permanente circulación, dándole dinámica al ciclo del agua.
Corrientes de aire
Las diferencias de temperaturas entre puntos de la atmósfera terrestre generan desplazamientos de masas de aire. Estos desplazamientos a su vez provocan diferencias de presión atmosférica y se producen los vientos que arrastran el vapor de agua.
Las masas de aire caliente ascienden desde la superficie terrestre hacia las capas altas de la atmósfera. Igualmente, el aire se desplaza horizontalmente desde zonas de alta presión hacia zonas de baja presión.
Corrientes marinas
En los océanos el agua está en constante movimiento circulatorio formando las corrientes marinas. Estas están determinadas por los movimientos de rotación y traslación de la Tierra.
Ríos
El agua que precipita sobre las montañas escurre pendiente abajo debido a la gravedad siguiendo las curvas de nivel del terreno. En este proceso se va constituyendo u cauce por el propio efecto erosivo del agua y esta se canaliza por el mismo. De esta forma se forman cursos de agua que pueden ser temporales o permanentes.
Congelación del agua
Parte del agua que precipita sobre la tierra no circula, debido a que queda inmovilizada en forma de hielo. En el agua de mar el punto de congelación es inferior a 0 ºC debido al alto contenido de sales (generalmente a -2 ºC).
Por otra parte, si no existen partículas a las cuales el agua se aferre, su punto de congelación disminuye hasta – 42 ºC.
Importancia del ciclo del agua
Líquido vital
Los seres vivos requieren de agua para poder vivir, de hecho las células vivas están compuestas en alta proporción de agua. El agua al ser un solvente universal, y ser capaz de disolver una gran cantidad de solutos, es fundamental en las reacciones bioquímicas celulares.
El ciclo del agua, a través de la precipitación y mediante los ríos, lagos y acuíferos subterráneos, suministra el agua requerida para la vida. La producción primaria mediante la fotosíntesis es el proceso que garantiza la transformación de la energía solar en energía útil para la vida.
La fotosíntesis no es posible sin agua, tanto en el caso del plancton (organismos acuáticos) como en las plantas terrestres.
Regulación de la temperatura
Las masas de agua existentes en la Tierra, así como su circulación en el ciclo hidrológico, son un regulador térmico. El elevado calor específico del agua permite que absorba gradualmente calor e igualmente lo emita gradualmente.
De igual forma, los seres vivos regulan su calor corporal mediante transmitiéndolo al agua corporal y perdiéndola por transpiración.
Purificación del agua
El agua al evaporarse se libera de contaminantes y sales disueltas, por lo que al precipitar es agua dulce y relativamente pura. Sin embargo, existen en la atmósfera gases y partículas contaminantes producto de las actividades humanas que pueden afectar su calidad.
Fenómenos climáticos
El ciclo del agua determina o contribuye con la existencia de una serie de fenómenos climáticos como la lluvia, las nevadas y granizadas. De igual manera determina la aparición de neblina, las crecidas periódicas de ríos o variaciones de temperatura en la superficie terrestre.
Efectos negativos
El ciclo del agua también acarrea ciertos efectos negativos para el ser humano, como por ejemplo la lixiviación, la erosión y desastres socio naturales.
Lixiviación
Consiste en el lavado o arrastre de los nutrientes presentes en el suelo debido al efecto solvente del agua que se infiltra. En suelos agrícolas con poca capacidad de retención de nutrientes este fenómeno causa el empobrecimiento del suelo.
Erosión
Es la pérdida de suelo o desgaste de rocas producto de la acción mecánica del viento o del agua. El agua de escorrentía tiene un alto poder erosivo del suelo y las rocas, dependiendo de las características estructurales y mineralógicas de estos.
En suelos descubiertos y con pendientes pronunciadas ubicados en zonas de alta pluviosidad, la erosión es alta. La pérdida de suelo por esta causa tiene un alto impacto económico en la producción de alimentos.
Desastres socionaturales
Las lluvias torrenciales, así como las grandes nevadas y fuertes granizadas pueden causar grandes impactos negativos en las estructuras y comunidades humanas. De igual manera el desbordamiento de ríos y la elevación del nivel del mar generan inundaciones de áreas pobladas y zonas de cultivo.
El ser humano con sus acciones, altera los ciclos naturales y propicia dichos desastres como el calentamiento global o de la construcción de instalaciones en áreas de alto riesgo.
Referencias
- Calow, P. (Ed.) (1998). The encyclopedia of ecology and environmental management.
- Margalef, R. (1974). Ecología. Ediciones Omega.
- Ordoñez-Gálvez, J.J. (2011). Ciclo hidrológico. Cartilla técnica. Sociedad Geográfica de Lima.
- Sterling, T.M. y Hernández-Rios, I. (2019). La Transpiración – Movimiento del Agua a Través de las Plantas. Plant and Soil Sciences eLibrary. Print Lesson.
- Vera, C. y Camilloni, I. (s/f). El ciclo del agua. Explora. Programa de capacitación multimedia. Ministerio de Educación, ciencia y Tecnología.