La ciencia del ciclo del agua

El agua es una sustancia química formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno que se combinan formando de tetraedros que se unen unos a otros mediante puentes de hidrógeno. Cuando el agua solidifica (se congela) esta estructura se mantiene, quedando una gran cantidad de huecos que hacen que la densidad del hielo sea menor que la del agua líquida, una peculiridad bastante extraña en la naturaleza que hace que el hielo flote y no se hunda. Pero el agua además, por sus características físicas, es la única sustancia que puede presentarse en la superficie de la Tierra en los tres estados habituales de la materia: sólido (hielo), líquido y gas (nubes). Este cambio de estado es muy importante porque es un factor crucial para poder comprender lo que llamamos el Ciclo Hidrológico, de lo hablaremos en esta entrada.

agua
La molécula de agua (izquierda) está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno unidos mediante enlace covalente. Además se trata de una molécuala polar en la que las moléculas se unen unas a otras por los llamados puentes de hidrógeno (derecha).

El Ciclo Hidrológico

El ciclo hidrológico, o ciclo del agua, es la circulación que experimenta el agua entre los distintos reservorios del planeta que la contienenen: la hidrosfera (océano, ríos, lagos…), la atmósfera (nubes y humedad ambiental), la biosfera (plantas, animales y otros organismos), la litosfera (en algunos minerales hay agua) y la criosfera (glaciares, polos). Se trata de un proceso biogeoquímico complejo que tardamos muchos siglos en comprender, ya que en el pasado hombres de gran peso en la historia de la ciencia, como Aristóteles, Kepler o Descartes, no eran capaces de entender que las lluvias fueran en realidad las que alimentaban con sus aguas a los ríos. Ellos creían que el agua del mar entraba al interior del planeta, donde perdía la sal antes de ascender y salir por las montañas en forma de manatiales, que eran los que más tarde formaban los ríos. Pero no todo el mundo era de su mismo parecer, ya que en el pasado sí hubo quienes entendieron que la lluvia era una parte crucial, ya que hombres como Vitrubio o Leonardo da Vinci sí que creían que el ciclo del agua era como efectivamente sabemos que es.

ciclo_agua
El ciclo del agua es el nombre que recibe al constante fluir del agua por todos sus reservorios, y que es crucial para explicar la existencia de vida en nuestro planeta (imagen modificada a partir de pendientedemigracion.ucm.es).

El ciclo hidrológico lo podemos dividir en dos etapas principales. La primera, que podríamos llamar etapa aérea, correspondería con todo lo que sucede desde que se produce la evaporación del mar y hasta que el agua vuelve a caer sobre el planeta. Es por tanto una etapa de cambio de estado (de líquido a gaseoso y de gaseoso a líquido) en el que la dinámica atmosférica tiene mucho que decir. La segunda etapa, la que podemos denominar etapa terrestre, es la definida por la historia del agua en su viaje de vuelta al océano, dominada por su estado sólido y en la que los principales capítulos los protagonizan los ríos, los lagos y los acuíferos.

La Etapa Aérea del Ciclo Hidrológico

La primera parte del ciclo hidrológico es la que corresponde a la estancia del agua en la atmósfera. Se inicia en el momento de la evaporación como consecuencia de la incidencia de los rayos solares sobre la superficie del planeta, que es siempre mayor en la zona ecuatorial que en los polos. El vapor de agua es un poderoso gas invernadero, más fuerte incluso que el famoso dióxido de carbono (CO2), que por lo general no vemos porque es invisible, aunque sí lo podemos notar como humedad ambiental. Existen tres tipos de evaporación: la evaporación sensu stricto, que es el paso de líquido a gas del agua, ya sea en un lago, el océano, un río o un simple charco en el suelo, a la que podemos añadir la sublimación de la nieve y el hielo; la interceptación, que es cuando el agua que queda retenida en las hojas de las plantas vuelve a la atmósfera; y la transpiración, que es la pérdida a la atmósfera del agua que antes habían capturado las plantas. A los tres tipos los conocemos en conjunto como evapotranspiración, que sería el proceso contrario al de precipitación. La precipitación, que no es más que «cualquier agua meteórica recogida sobre la superficie terrestre», se produce cuando la temperatura del aire desciente mucho y el vapor de agua puede cambiar de fase. Primero se forman nubes, formadas por millones de microgotitas, pero si las temperaturas lo permiten estas gotas pueden crecer hasta no ser sostenibles por la propia nube, cayendo en forma de precipitaciones, ya sea como lluvia, como nueve o como granizo.

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La acción conjunta de la evaporación y la transpiración definen el proceso opuesto al de precipitación, que recibe el nombre de evapotranspiración (imagen tomada de meteorologiaenred.com).

Las precipitaciones y la evapotranspiración son los dos procesos principales de la etapa aérea del ciclo hidrológico y se miden en milímetros (mm) o milímetros por año (mm/año), no en litros por metro cuadrado (l/m2). Y si bien los dos suceden en toda la superficie del planeta, no ocurren por igual sobre los océanos que en los continentes. Esto es así sin duda porque el agua tiene un elevado calor específico que hace que al océano le cueste más cambiar su temperatura que a los continentes, lo que hace que sea en estos donde tenemos más evapotranspiración y también más precipitaciones. En cuanto a la latitud, hay que tener en cuenta que la radiación solar no llega por igual a toda la superficie del planeta, por lo que tanto la evapotranspiración como las precipitaciones son más abundantes en las regiones tropicales que en las zonas polares, ya que es en estas zonas donde la radiación solar incide con más fuerza.

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Tanto la evapotranspiración (izquierda, tomado de MODIS Global Evapotranspiration Project, MOD16), como las precipitaciones (derecha, tomado de WorldClim), son más abundantes en las regiones tropicales que en las polares debido a la mayor incidencia de la radiacoón solar. Llama especialmente la atención el vacío de evapotranspiración que hay en el Sáhara, causado porque no se tienen medidas en esta región.

La Etapa Terrestre del Ciclo Hidrológico

La etapa terrestre del ciclo hidrológico se inicia con la caída del agua sobre la superficie del planeta. Si esta ocurre sobre el propio océano el ciclo quedaría cerrado sin más etapas, pero si ocurre sobre el continente el agua todavía tendrá un largo camino hasta llegar a su destino final. En primer lugar parte del agua se filtrará en el propio terreno, que es lo que conocemos como infiltración, pero la inmensa mayoría del agua no podrá tomar este camino. En su lugar fluirá y discurrirá hacia el océano constituyendo lo que conocemos como escorrentía. Existen tres tipos de escorrentía: la escorrentía superficial (sin infiltración) que define los cursos fluviales (ríos y arroyos); la escorrentía subsuperficial (breve infiltración), si discurre de manera subsuperficial; y escorrentía subterránea (infiltrada), definida por los acuíferos.

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El agua de las precipitaciones puede tomar tres caminos después de caer: ser captada por las plantas, volver a la atmósfera por medio de la evapotranspiración o fluir por el terreno, ya sea en superficie o de manera subterránea (imagen tomada de Apuntes de Hidrogeología, de F. Javier Sánchez San Román, Universidad de Salamanca).

El agua, en su camino hacia el mar, puede por tanto discurrir en superficie o en profundidad, pero siempre lo hará hacia el mar. De hecho podemos considerar a todos los tipos de escorrentía como un todo, ya que muchas veces parte del agua que se ha filtrado vuelve a salir y a veces el agua de los ríos se filtra y desaparece, como ocurre con el Guadiana. A este tipo de ríos, que pierden agua en favor de los acuíferos de la zona, los conocemos como ríos influentes o perdedores, mientras que a los ríos que se alimentan de los acuíferos cercanos los llamamos ríos efluentes o ganadores. Este es uno de los motivos por los que los ríos pueden seguir llevando agua mucho tiempo después de que las lluvias hayan terminado por la zona y sin que haya una fuente asociada con el deshielo.

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Esquema simplificado de tres tipos de ríos en función de cómo es el intercambio de agua con respecto a los acuíferos: efluente si ganan agua, influente si la pierde e independiente si no hay intercambio (fuente: es.slideshare.net).

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