El agua es la esencia de la vida. Ningún ser vivo de la Tierra puede sobrevivir mucho tiempo sin él. Trout55 / Getty Images En su forma más pura, es inodoro, casi incoloro e insípido. Está en tu cuerpo la comida que come y las bebidas que bebe. Lo usas para limpiarte, tu ropa, tus platos, tu coche y todo lo que te rodea. Puede viajar en él o saltar para refrescarse en los calurosos días de verano. Muchos de los productos que usas todos los días lo contienen o fueron fabricados con él. Todas las formas de vida lo necesitan y si no obtienen suficiente, ellos mueren. Las disputas políticas se han centrado en torno a ella. En algunos lugares, es un tesoro e increíblemente difícil de conseguir. En otros, es increíblemente fácil de conseguir y luego desperdiciar. ¿Qué sustancia es más necesaria para nuestra existencia que cualquier otra? Agua.
En su forma más básica, el agua es una molécula con un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno, unidos por compartido electrones . Es una forma de V Molécula polar , lo que significa que está cargado positivamente cerca de los átomos de hidrógeno y negativamente cerca del átomo de oxígeno. Las moléculas de agua se atraen naturalmente y se adhieren entre sí debido a esta polaridad, formando un enlace de hidrógeno . Este enlace de hidrógeno es la razón detrás de muchas de las propiedades especiales del agua, como el hecho de que es más denso en estado líquido que en estado sólido (el hielo flota sobre el agua). Veremos más de cerca estas propiedades especiales más adelante.
El agua es la única sustancia que se produce naturalmente como sólido (hielo), un líquido y un gas (vapor de agua). Cubre alrededor del 70 por ciento de la Tierra para un total de aproximadamente 332,5 millones de millas cúbicas (1, 386 millones de kilómetros cúbicos) [fuente:Servicio Geológico de Estados Unidos]. Si está familiarizado con las líneas "Agua, agua, En todas partes, ni una gota para beber "del poema" La escarcha del antiguo marinero, "comprenderá que la mayor parte de esta agua, el 97 por ciento, no es potable porque es agua salada (vea la ilustración en la página siguiente). Solo el 3 por ciento del suministro de agua del mundo es agua dulce, y el 77 por ciento de eso está congelado. Del 23 por ciento que no está congelado, sólo el medio por ciento está disponible para abastecer a todas las plantas, animal y persona en la Tierra con toda el agua que necesitan para sobrevivir [fuente:National Geographic].
Entonces el agua es bastante simple ¿Derecha? Realmente, hay muchas cosas al respecto que los científicos aún no comprenden completamente. Y el problema de asegurarse de que esté lo suficientemente limpio, el agua potable está disponible para todos y todo lo que la necesita es todo menos simple. En este articulo, veremos algunos de estos problemas. También exploraremos exactamente qué plantas, los animales y las personas hacen con el agua y aprenden más sobre lo que hace que el agua sea tan especial.
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¿De dónde viene nuestra agua? A menudo se habla en las noticias de la disminución del suministro de agua en el mundo, pero esto no es del todo exacto. La cantidad de agua no disminuye, pero la demanda aumenta constantemente. Algunos científicos creen que la población mundial, actualmente en 6 mil millones, se duplicará para 2050 [fuente:Cossi]. Además, la cantidad de agua limpia y potable está disminuyendo constantemente debido a la contaminación.
Para muchas personas en países industrializados, conseguir agua es tan fácil como abrir un grifo, y es bastante económico. Pero el agua dulce no se distribuye de manera uniforme en todo el mundo. Más de la mitad del suministro de agua del mundo está contenido en solo nueve países:Estados Unidos, Canadá, Colombia, Brasil, la República Democrática del Congo, Rusia, India, Fuente de China e Indonesia:Consejo Empresarial Mundial para el Desarrollo Sostenible]. Areas urbanas, obviamente, tienen una mayor necesidad de agua más allá de lo básico para beber y saneamiento. Pero la superpoblación en los países subdesarrollados significa que muchas personas ni siquiera comprenden lo básico.
La mayor parte del agua dulce del mundo, alrededor de 2,4 millones de millas cúbicas (10 millones de kilómetros cúbicos), está contenida en el subsuelo. acuíferos . El resto proviene de:
[fuente:Consejo Empresarial Mundial para el Desarrollo Sostenible]
La distribución del agua tiene mucho que ver con las fronteras políticas, desarrollo económico y riqueza. En la ciudad de México, por ejemplo, El 9 por ciento de la población utiliza el 75 por ciento del agua disponible, y una infraestructura en ruinas significa que hasta la mitad del suministro de agua se pierde por fugas en las tuberías y evaporación [fuente:Cossi].
Algunos países no tienen suficiente agua limpia para sus poblaciones en rápido crecimiento, y no pueden pagar la infraestructura necesaria para limpiarla y transportarla. Por ejemplo, la mayoría de las personas en las ciudades de China sufren escasez de agua, y la mayor parte del agua subterránea de China, los lagos y los ríos están contaminados. Aproximadamente 700 millones de chinos tienen acceso solo a agua potable que no cumple con los estándares establecidos por la Organización Mundial de la Salud [fuente:OMS].
Los países de Oriente Medio utilizan la menor cantidad de agua por persona porque hay muy pocas fuentes naturales de agua dulce. A diferencia de, el uso de agua es mayor en los Estados Unidos que en cualquier otro país, con alrededor de 60, 000 pies cúbicos (1, 700 metros cúbicos) de agua utilizada por persona en 2002 [fuente:Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos]. Pero incluso dentro de los Estados Unidos, hay algunos estados y regiones que no contienen suficiente agua para abastecer a sus poblaciones. Las regiones costeras de Florida tienen tanta agua salada que deben tener agua dulce entubada desde áreas del interior, lo que ha dado lugar a disputas políticas por el control del suministro de agua.
Esta fotografía aérea muestra los daños en el mar de Aral provocados por el desvío de sus aguas. Foto cortesía de la NASA. En muchas áreas, el agua está regulada y distribuida por los gobiernos. En los Estados Unidos, está regulado por el Ley de agua potable segura . Sin embargo, el control del gobierno no siempre es lo mejor para todos. En la década de 1930, para regar los campos de algodón, el gobierno soviético creó canales para desviar los ríos que alimentan el mar de Aral (ubicado entre Kazajstán y Uzbekistán). Como resultado, la superficie del mar se ha reducido en más del 50 por ciento y su volumen en un 80 por ciento durante los últimos 50 años [fuente:Swanson]. Su salinidad aumentó y se contaminó con pesticidas, escorrentías de fertilizantes y desechos industriales. La pérdida del mar significó el declive de la industria pesquera comercial, lo que ayudó a enviar a la región a la pobreza. Los contaminantes del lecho marino expuesto se han encontrado en la sangre de pingüinos antárticos [fuente:Swanson].
Algunas regiones han privatizado su distribución de agua, lo que a menudo ha dado lugar a conflictos. A finales de la década de 1980, el Reino Unido vendió sus juntas de agua (organizaciones gubernamentales de suministro de agua) a empresas privadas, que mejoró la infraestructura. Mucha gente estaba indignada de que las empresas pudieran beneficiarse de una necesidad tan básica, especialmente cuando las personas que no podían pagar sus facturas sufrieron duras sanciones. El problema se solucionó más tarde con la legislación.
En 2000 y 2005, Los manifestantes tomaron las calles en Bolivia para protestar por la privatización del suministro de agua. Cuando empresas extranjeras se hicieron cargo del sistema de agua de Bolivia, el costo del agua se volvió demasiado caro para los pobres. En la ciudad de El Alto, "el costo de obtener una conexión de agua y alcantarillado excedió los ingresos de medio año con el salario mínimo" [fuente:Shultz]. La revuelta de 2000, llamadas las "Guerras del Agua de Bolivia, "provocó la ley marcial y 100 heridos. Después de ambos incidentes, el gobierno boliviano canceló los contratos de la empresa privada.
En la actualidad, más de mil millones de personas, alrededor del 17 por ciento de la población mundial, no tienen acceso a agua potable [fuente:Organización Mundial de la Salud]. Hay varias organizaciones gubernamentales y no gubernamentales, incluyendo UNICEF y Water Aid, trabajando para ayudar a las comunidades pobres de Asia y África a obtener suministros sostenibles de agua potable e instalaciones de saneamiento. La escasez de agua ocurre en los Estados Unidos, también - muchos estados tienen programas para ayudar a los desfavorecidos a obtener suficiente agua y pagar sus facturas de agua y alcantarillado.
Obviamente, la falta de agua es un gran problema. Pero, ¿por qué es eso? ¿exactamente? En la siguiente sección, veremos el papel que juega el agua en el cuerpo humano.
Conservando Agua
Una forma en que puede ayudar a reducir la demanda de agua es conservarla durante todo el año. Muchas áreas prohíben regar el césped y el jardín cuando el agua se agota, pero aquí hay algunas cosas fáciles que puede hacer por su cuenta:
Para obtener más consejos, consulte este enlace de la EPA.
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¿Por qué los humanos necesitan agua? Nuestros cuerpos son aproximadamente un 60 por ciento de agua [fuente:Clínica Mayo]. El agua regula nuestra temperatura corporal, mueve los nutrientes a través de nuestras células, mantiene nuestras membranas mucosas húmedas y elimina los desechos de nuestro cuerpo. Nuestros pulmones son 90 por ciento de agua, nuestros cerebros son 70 por ciento de agua y nuestra sangre es más de 80 por ciento de agua. Simplemente pon, no podemos funcionar sin él. La mayoría de las personas sudan alrededor de dos tazas de agua al día (0,5 litros). Cada día, también perdemos un poco más de una taza de agua (237 ml) cuando la exhalamos, y eliminamos unas seis tazas (1,4 l) de ella. También perdemos electrolitos - minerales como el sodio y el potasio que regulan los fluidos corporales. Entonces, ¿cómo lo reemplazamos?
Podemos obtener aproximadamente el 20 por ciento del agua que necesitamos a través de los alimentos que comemos. Algunos alimentos, como la sandia, son casi 100 por ciento agua. Aunque la cantidad de agua que necesitamos cada día varía, suele ser de unas ocho tazas (2 l). Pero en lugar de preocuparse por meterse en esas ocho tazas, sólo debe beber cuando empiece a tener sed. Puede obtener agua bebiendo otras bebidas, pero algunas bebidas, como el alcohol, puede hacerte más deshidratado.
Si su orina es de color amarillo oscuro, es posible que no esté bebiendo suficiente agua. Por supuesto, necesita más agua cuando hace ejercicio; enfermo de diarrea, vómitos o fiebre; o en un ambiente caluroso durante mucho tiempo. La mayoría de las personas pueden sobrevivir solo unos días sin agua, aunque depende de varios factores, incluyendo su salud y medio ambiente. Algunos han durado hasta dos semanas. Los seguidores de un niño budista que medita en Nepal afirman que ha pasado dos años sin comida ni agua, pero los médicos no han podido corroborar esto [fuente:All Headline News].
Cuando no tienes suficiente agua o perder demasiada agua, te conviertes deshidratado . Los signos de deshidratación leve incluyen sequedad de boca, sed excesiva, mareo, aturdimiento y debilidad. Si las personas no reciben líquidos en este momento, pueden experimentar deshidratación severa, que puede provocar convulsiones, respiración rápida, un pulso débil, piel flácida y ojos hundidos. Por último, la deshidratación puede provocar insuficiencia cardíaca y la muerte.
La deshidratación causada por la diarrea es una de las principales causas de muerte en los países subdesarrollados. Casi 2 millones de personas, en su mayoría niños, mueren a causa de ella cada año [fuente:OMS]. Consumir agua contaminada con contaminantes biológicos y no tener acceso a instalaciones sanitarias adecuadas puede provocar enfermedades como la malaria y el cólera y parásitos como la criptosporidiosis y la esquistosomiasis. El agua también puede estar contaminada con productos químicos, pesticidas y otras sustancias naturales.
En la página siguiente aprenderemos sobre la purificación del agua.
El agua que es segura para beber se llama agua potable , o beber agua, en contraste con agua segura , que se puede utilizar para bañarse o limpiar. En los Estados Unidos, la Agencia de Protección Ambiental establece niveles máximos para los 90 contaminantes más comunes. Si algo le sucede a su suministro de agua, su proveedor debe comunicarse con usted para informarle qué precauciones debe tomar.
El tratamiento del agua requiere seis pasos básicos.
En la siguiente sección, Echaremos un vistazo más de cerca a exactamente cómo circula el agua en las células animales y vegetales.
Técnicas de supervivencia en el aguaSi su agua se contamina y no tiene agua embotellada, puedes purificarlo de diferentes formas. Si está nublado, primero filtrarlo con paños limpios o dejar que se asiente y luego verter el agua limpia. Luego, puede hervir el agua durante un minuto para matar la mayoría de los organismos que causan enfermedades.
También puede agregar un octavo de cucharadita de blanqueador de cloro doméstico por galón de agua (o siga las instrucciones de la etiqueta). Debe duplicar la cantidad si el agua está descolorida o turbia. Remover y dejar reposar durante 30 minutos. Las tabletas de blanqueador de cloro se venden en las tiendas de suministros para acampar para purificar el agua para beber. También puede usar cinco gotas de yodo por galón para desinfectar el agua.
Almacene agua hervida o desinfectada en un lugar limpio, contenedores cubiertos. Si el agua hervida tiene un sabor demasiado plano o el sabor a cloro es demasiado fuerte, viértalo de un recipiente a otro.
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El agua regula la temperatura de las plantas y transporta nutrientes a través de ellas. Martin Poole / Digital Vision / Getty Images Las plantas contienen incluso más agua que los animales; la mayoría de ellas contienen entre un 90 y un 95 por ciento de agua [fuente:BBC]. Al igual que en los animales, el agua regula la temperatura de la planta y transporta nutrientes a través de ella. Pero en lugar de tomar agua bebiendo y comiendo, las plantas lo pasan por el rocío, riego y lluvia.
Las plantas toman agua a través de sus raíces, y los verdes lo usan en fotosíntesis , que es como crean azúcar para la alimentación. (Puede obtener más información sobre el proceso de la fotosíntesis en Cómo funciona la tierra). Las plantas también necesitan agua para mantenerse. Presión del proceso de ósmosis - el movimiento del agua desde el exterior hacia el interior de las células de la planta - mantiene las paredes celulares de la planta.
Cuando riegas una planta, succiona el agua a través acción capilar . Luego, el agua viaja desde las raíces a través de tubos llamados vasos del xilema . El agua llega a las hojas de la planta y se escapa a través de pequeños orificios llamados estomas , que se abren cuando la planta necesita enfriarse. Este proceso se llama transpiración y es similar a cómo sudan las personas (y algunos animales). El dióxido de carbono también ingresa a la planta a través de los estomas.
El procesamiento del agua es más complicado en animales y personas, aunque también es similar en muchos aspectos. El agua que consume se absorbe en la parte superior del intestino delgado mediante ósmosis. Ingresa al torrente sanguíneo y se transporta por todo el cuerpo. A diferencia de las células vegetales, sin embargo, las células animales no tienen paredes celulares. Es por eso que los animales tienen sistemas circulatorios; de lo contrario, nuestras células absorberían agua y sal hasta que se hincharan. Nuestros sistemas circulatorios mueven el agua alrededor de nuestro cuerpo y la eliminan según sea necesario a través del sudor y la micción.
Algunos animales, como un organismo microscópico llamado tartigrado , puede estar sin agua durante un período de tiempo extraordinario. Si el entorno del tartígrado no tiene suficiente agua, el animal entra en una vida sin agua, llamado anhidrobiosis . El azúcar ocupa el lugar del agua en sus células, haciéndolo impermeable a temperaturas extremas. Su metabolismo disminuye, y el tartígrado permanece en este estado apenas vivo hasta que tenga suficiente agua para vivir realmente de nuevo.
Algunas plantas también han encontrado formas únicas de vivir con poca o ninguna agua. Una forma es una variación de la fotosíntesis llamada Fotosíntesis del metabolismo del ácido crasuláceo (CAM) . En la fotosíntesis CAM, una planta almacena dióxido de carbono como ácido y mantiene sus estomas cerrados durante el día para ahorrar agua (la evaporación ocurre a un ritmo más lento durante la noche). Incluso puede mantener sus estomas cerrados en todo momento si las condiciones son especialmente áridas. Los cactus utilizan la fotosíntesis CAM para sobrevivir al calor extremo y la sequía del desierto.
Próximo, veremos como el hidrológico , o agua, funciones de ciclo.
El vapor de agua que termina en las nubes finalmente se condensa en gotas de agua y se precipita en forma de lluvia. aguanieve, granizo o nieve. Pete Turner / Banco de imágenes / Getty Images El ciclo del agua es el movimiento continuo del agua dentro y alrededor de la Tierra. Como se menciono antes, el agua nunca desaparece realmente, simplemente cambia de forma. El sol impulsa todo el ciclo del agua y es responsable de sus dos componentes principales: condensación y evaporación . Cuando el sol calienta la superficie del agua, se evapora y termina en la atmósfera como vapor de agua. Refresca y asciende, convirtiéndose en nubes, que eventualmente se condensan en gotas de agua. Dependiendo de la temperatura de la atmósfera y otras condiciones, el agua precipita como lluvia, aguanieve, granizo o nieve.
Parte de esta precipitación es capturada por las copas de los árboles y se evapora nuevamente a la atmósfera. La precipitación que golpea el suelo se convierte en escapada , que pueden acumularse y congelarse en capas de nieve o glaciares. También puede infiltrarse en el suelo y acumularse, eventualmente almacenando en acuíferos . Un acuífero es un gran depósito de agua subterránea que se puede extraer y utilizar. Esta escorrentía también proviene de deshielo , que ocurre cuando el sol y los cambios climáticos derriten la nieve y el hielo. Finalmente, parte de esta escorrentía regresa a los lagos y océanos, donde nuevamente es evaporado por el sol. Puede obtener más información sobre el ciclo del agua en Cómo funciona la Tierra.
El agua que cae al suelo y se queda en el suelo acaba por evaporarse y retirarse a la atmósfera. Pero el agua subterránea que es la principal fuente de agua potable, puede acumularse en los acuíferos durante miles de años. Acuíferos no confinados tener el nivel freático, o la superficie donde la presión del agua es igual a la presión atmosférica, como sus límites superiores. Acuíferos confinados a menudo se encuentran debajo de acuíferos no confinados y tienen una capa de roca u otros materiales como límites superiores.
En los Estados Unidos, el agua subterránea más antigua, conocido como agua fósil, está contenido en el Acuífero Ogallala. Acostado por debajo de unos 175, 000 millas cuadradas (450, 000 kilómetros cuadrados) de ocho estados de las Grandes Llanuras, el Acuífero de Ogallala almacena alrededor de 2, 900 millones de acres-pies (3, 600 millones de kilómetros cúbicos) de agua [fuente:Altiplano / Acuífero de Ogallala]. El Acuífero de Ogallala se formó hace entre 2 y 6 millones de años, cuando se estaba formando la cadena de las Montañas Rocosas. Debido a que el clima de las Grandes Llanuras es árido, el agua del acuífero se utiliza más rápido de lo que se puede recargar. Es por eso que algunos científicos se refieren al uso de acuíferos de agua fósil como agua minería .
El agua subterránea también puede existir en otros planetas. Las imágenes de la nave espacial Mars Global Surveyor muestran lo que parecían barrancos excavados por ríos de agua en la superficie del planeta. Según la NASA, el agua es probablemente de 300 a 1, 300 pies (100 a 400 metros) debajo de la superficie. Europa una de las lunas de Júpiter, también puede tener agua subterránea. Como nuestra necesidad de agua supera el suministro de la Tierra, los científicos se preguntan si algún día podremos extraer agua en los otros planetas y lunas de nuestro sistema solar.
El agua tiene muchas propiedades únicas y sorprendentes que la hacen tan importante para la vida. Es por eso que buscamos constantemente mejores formas de obtenerlo y conservarlo. En la siguiente sección, veremos estas propiedades y aprenderemos más sobre el agua en sí.
Un zancudo acuático demuestra tensión superficial. Steve Maslowski / Getty Images El enlace de hidrógeno entre las moléculas de agua del que hablamos en la primera sección es la razón detrás de dos de las propiedades únicas del agua: cohesión y adhesión . La cohesión se refiere al hecho de que el agua se adhiere a sí misma con mucha facilidad. La adherencia significa que el agua también se adhiere muy bien a otras cosas, por eso se extiende en una fina película sobre determinadas superficies, como el vidrio. Cuando el agua entra en contacto con estas superficies, las fuerzas adhesivas son más fuertes que las fuerzas cohesivas. En lugar de estar juntos en una bola, se extiende.
El agua también tiene un alto nivel de tensión superficial . Esto significa que las moléculas en la superficie del agua no están rodeadas por moléculas similares en todos los lados, por lo que están siendo arrastrados solo por la cohesión de otras moléculas en el interior. Estas moléculas se unen fuertemente entre sí pero se adhieren débilmente al otro medio. Un ejemplo de esto es la forma en que el agua se acumula en las superficies cerosas, como hojas o carros encerados. La tensión superficial hace que estas gotas de agua sean redondas para que cubran la menor superficie posible.
Acción capilar también es el resultado de la tensión superficial. Como mencionamos, esto sucede en las plantas cuando "succionan" agua. El agua se adhiere al interior de los tubos de la planta, pero la tensión superficial intenta aplanarla. Esto hace que el agua suba y se adhiera a sí misma nuevamente, un proceso que continúa hasta que se acumula suficiente agua para que la gravedad comience a tirar de ella hacia abajo.
Los enlaces de hidrógeno del agua también son la razón por la que su forma sólida, hielo , puede flotar en su forma líquida. El hielo es menos denso que el agua porque las moléculas de agua forman estructuras cristalinas a temperaturas de congelación (32 grados Fahrenheit o 0 grados Celsius). Las propiedades térmicas del agua también están relacionadas con sus enlaces de hidrógeno. El agua tiene un nivel muy alto capacidad calorífica específica , que es la cantidad de calor por unidad de masa necesaria para elevar su temperatura en un grado Celsius. La energía necesaria para elevar la temperatura del agua en un grado Celsius es de 4,2 julios por gramo. El agua también tiene un alto calor de vaporización , lo que significa que puede soportar mucho calor sin que su temperatura suba mucho. Esto juega un papel muy importante en el clima, porque significa que los océanos tardan mucho en calentarse.
El agua se conoce a menudo como el solvente universal , lo que significa que muchas sustancias se disuelven en él. Las sustancias que se disuelven en agua son hidrofílico . Esto significa que son tan fuertes o más fuertes que las fuerzas cohesivas del agua. La sal y el azúcar son polares, como el agua, por lo que se disuelven muy bien en él. Las sustancias que no se disuelven en agua son hidrofóbico . Esta es la fuente del dicho "el agua y el aceite no se mezclan". La solvencia del agua es la razón por la que el agua que usamos rara vez es pura; generalmente tiene varios minerales disueltos.
La presencia de estos minerales es la diferencia entre agua dura y agua suave . El agua dura generalmente contiene mucho calcio y magnesio, pero también puede contener metales. El jabón no se enjabona bien en agua dura, pero el agua dura no suele ser peligrosa. También puede provocar depósitos de cal en las tuberías, Calentadores de agua y baños.
Parte de la controversia más reciente sobre las propiedades del agua radica en cómo se comporta el hielo cuando se derrite. Algunos científicos afirman que se ve más o menos igual que cuando es sólido, excepto que algunos de sus enlaces de hidrógeno están rotos. Otros afirman que forma una estructura completamente nueva. Entonces, a pesar de su importancia, todavía no entendemos completamente el agua.
Para obtener mucha más información sobre el agua y temas relacionados, consulte los enlaces en la página siguiente.
